Projet ANR-12-BSV5-0008 – SPH-IM-3D : Ingénierie et Imagerie de sphéroïdes pour l'étude de la prolifération en 3D
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Bernard DUCOMMUN (Institut des Technologies Avancées en seciences du Vivant)
Partenaires : IMAGINE OPTIC; Institut des Technologies Avancées en Sciences du Vivant; Institut des Technologies Avancées en Sciences du Vivant
Montant : 529999.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : De nouvelles approches d’imagerie pour explorer la prolifération dans des modèles 3DL’ambition de notre projet est de développer des approches innovantes d'imagerie et de produire des modèles multicellulaires originaux à partir de sphéroïdes pour explorer la prolifération cellulaire tumorale dans des modèles complexes en 3D.
Imagerie à feuille de lumière et ingénierie de modèles 3DCe projet s'organise autour de trois objectifs complémentaires. En premier lieu, nous poursuivons le développement d'une nouvelle technologie d'imagerie 3D, le SPIM (Imagerie à feuille de lumière). Nous conduirons des développements innovants dans le domaine de l'optique adaptative, dans l'implémentation de techniques de photomanipulation, ainsi que dans le domaine du traitement et de l’analyse du signal. Parallèlement, le second objectif de ce projet est de développer des modèles originaux et innovants de culture tissulaire en 3D reproduisant l'hétérogénéité cellulaire observée dans un tissu tumoral. Ces Multicellular Tumour Spheroids (MCTS), ou sphéroïdes, sont génétiquement modifiés pour exprimer des biomarqueurs fluorescents spécifiques de paramètres et de fonctions étudiées, afin de permettre le suivi en temps réel du comportement des cellules au sein des sphéroïdes. Enfin, nous démontrerons que ces modèles et cette nouvelle technologie d'imagerie peuvent être utilisés pour explorer la biologie de la division cellulaire et la prolifération tumorale dans un contexte intégré 3D, avec un intérêt particulier pour l'étude de la régulation spatiale de la mitose et de la réponse aux stress génotoxiques.
Développements en imagerie à feuille de lumièreNos travaux reposent largement sur des développements dans le domaine de l'optique adaptative, dans l'implémentation de techniques de photomanipulation, ainsi que dans le domaine du traitement et de l’analyse du signal.
Résumé de la soumission : L'acronyme SPH-IM-3D réuni les termes SPHéroïdes, IMagerie et 3D, mots clés associés à ce projet dont l'ambition est de développer des approches innovantes d'imagerie et de produire des modèles multicellulaires originaux à partir de sphéroïdes pour explorer la prolifération cellulaire tumorale dans des modèles complexes en 3D.Ce projet s'organise autour de trois objectifs complémentaires. En premier lieu, nous poursuivons le développement d'une nouvelle technologie d'imagerie 3D, le SPIM (Imagerie à feuille de lumière), technologie non commerciale dont il n'existe que quelques prototypes dans le monde. Nous conduirons des développements innovants dans le domaine de l'optique adaptative, dans l'implémentation de techniques de photomanipulation, ainsi que dans le domaine du traitement et de l’analyse du signal. Parallèlement, le second objectif de ce projet est de développer des modèles originaux et innovants de culture tissulaire en 3D reproduisant l'hétérogénéité cellulaire observée dans un tissu tumoral. Ces Multicellular Tumour Spheroids (MCTS), ou sphéroïdes, sont génétiquement modifiés pour exprimer des biomarqueurs fluorescents spécifiques de paramètres et de fonctions étudiées, afin de permettre le suivi en temps réel du comportement des cellules au sein des sphéroïdes. Enfin, nous démontrerons que ces modèles et cette nouvelle technologie d'imagerie peuvent être utilisés pour explorer la biologie de la division cellulaire et la prolifération tumorale dans un contexte intégré 3D, avec un intérêt particulier pour l'étude de la régulation spatiale de la mitose et de la réponse aux stress génotoxiques.Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives, en particulier pour l'utilisation des modèles et technologies développées dans le domaine de l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques et de l'évaluation d'efficacité d’agents anti-tumoraux. Ce projet est soutenu par deux équipes académiques aux compétences et expertises complémentaires dans les domaines de la biologie du cancer, l’imagerie cellulaire, l’optique et les mathématiques, ainsi que par une PME spécialiste de l’optique adaptative. Il est coordonné par le groupe de recherche IP3D, Innovation pour l’étude de la Prolifération en 3D, responsable du programme Imagerie de l'hôtel à projet interdisciplinaire "Institut des technologies Avancées des sciences du Vivant – Centre Pierre Potier".
Résultats : Les résultats déjà obtenus portent sur la mise en place des instruments et des techniques d’imagerie à feuille de lumière, sur la mise au point d’un nouvel analyseur de front d’onde, sur l’ingéniérie de modèles biologiques appropriés, et sur le développement des outils mathématiques pour analyser et exploiter les données obtenues.
L’ingéniérie de sphéroïdes exprimant des biosenseurs ou marqueurs fluorescents nous permet de réaliser des études par imagerie dynamique d’évènements à l’échelle cellulaire se produisant en profondeur. Ces études sont rendues possible par la combinaison des compétences des partenaires, en particulier celles des mathématiciens qui développent les outils logiciels spécifiquement adaptés. Des résultats importants ont ainsi déjà été obtenus. Ils portent sur la caractérisation des effets de contraintes sur le déroulement des différentes phases de la mitose. Nous avons par exemple montré l’impact d'un stress mécanique sur la progression en prométaphase et l’implication du cytosquelette d’actomyosine dans cette réponse.
Perspectives : Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives, en particulier pour l'utilisation des modèles et technologies développées dans le domaine de l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques et de l'évaluation d'efficacité d’agents anti-tumoraux.
Publications et brevets : Après une première phase principalement dédiée à la mise en place des outils, des instruments et des modèles biologiques, le projet commence à entrer dans une phase d’exploitation et de valorisation.
Cela se traduit par des communications dans de nombreux colloques spécialisés, aussi bien en imagerie, en biologie du cancer, qu’en mathématiques appliquées. 
Plusieurs articles sont en préparation pour une soumission prochaine dans des revues internationales à comité de lecture. Un exemple illustrant ces travaux est présenté ci-après. Il s’agit d’une étude dédiée à la caractérisation du déroulement de la division dans différentes situations et de l’impact sur la croissance tumorale. Cette étude n’aurait pu être réalisée sans les développements techniques et mathématiques réalisés dans le cadre du consortium SPH-IM-3D.