Une technique de culture cellulaire développée par les scientifiques de KAUST aide à créer des conditions biologiques qui reflètent plus étroitement les environnements physiologiques par rapport aux protocoles standard utilisés dans la plupart des laboratoires aujourd’hui.
Le nouveau système de bioréacteur délivre des gaz plutôt que des produits chimiques pour maintenir les niveaux d’acidité et la cinétique d’échange d’oxygène dans des plages comparables à celles du corps, une approche qui permet un contrôle plus minutieux des paramètres environnementaux.
Il est également plus réactif à l’activité métabolique des cellules et plus représentatif de ce qui se passe à l’intérieur des organismes vivants. Si elle est largement adoptée, la plate-forme pourrait conduire à des expériences plus précises, interprétables et reproductibles dans la recherche biomédicale.
L’appareil de culture cellulaire est né d’une collaboration interdisciplinaire unique entre le biologiste marin Carlos Duarte et le biologiste des cellules souches Mo Li.
Duarte et Li ont uni leurs forces ces dernières années pour mettre en évidence des problèmes répandus dans le contrôle, la surveillance et la notification des conditions environnementales dans les systèmes de culture cellulaire. Avec les membres de leur groupe de laboratoire, y compris le chercheur scientifique Shannon Klein et Ph.D. étudiants Samhan Alsolami et Silvia Arossa, en 2022, ils ont montré que les techniques courantes de maintien des cellules souches pluripotentes humaines produisent systématiquement de grandes fluctuations des niveaux de gaz ambiants, du pH et d’autres paramètres, des changements qui peuvent entraîner des changements imprévisibles dans la cinétique de la croissance cellulaire.
Suite à cette découverte, les chercheurs décrivent maintenant comment même de petites perturbations du pH peuvent inciter les cellules humaines à réorienter considérablement leurs profils d’expression génique. « Nous avons révélé des changements robustes et coordonnés dans l’expression des gènes liés à l’inflammation et au métabolisme en réponse à des environnements acides », explique Li.
Ce résultat, décrit dans leur dernier rapport, « souligne l’importance de maintenir des conditions physiologiques pour éviter les artefacts dans la recherche dérivée de cultures de cellules humaines », a déclaré Duarte.
Cherchant à purger ces artefacts des expériences et à créer un milieu de culture plus stable, l’équipe a ensuite modernisé un système de bioréacteur standard avec des systèmes de surveillance des gaz automatisés et des vannes pour fournir des apports purs d’oxygène, de dioxyde de carbone et d’azote.
Cela a permis aux chercheurs de maintenir un contrôle précis et physiologiquement pertinent du pH et d’autres paramètres de culture, sans avoir à s’appuyer sur des agents tampons artificiels qui ont une capacité plus limitée à préserver la stabilité environnementale.
Notamment, une grande partie de l’inspiration pour la configuration expérimentale est venue des enquêtes précédentes de Duarte sur les écosystèmes marins. Duarte avait imaginé des moyens d’affiner les fluctuations du pH et des gaz afin d’étudier les effets de l’acidification des océans sur les herbiers marins de la mer Rouge.
Comme il l’explique : « Nous avons ensuite utilisé notre expérience dans le contrôle précis du pH, de l’O2 et du CO2 dans des expériences avec des organismes marins pour concevoir des systèmes qui pourraient réaliser des contrôles stricts de l’environnement dans des études de culture de cellules humaines.
« Ce fut une belle fertilisation croisée entre les sciences marines et la recherche biomédicale », a déclaré Duarte.
Plus d’information:
Silvia Arossa et al, Un système de bioréacteur à gaz uniquement maintient des environnements de culture stables et révèle que des écarts de pH modérés déclenchent des réponses à l’échelle du transcriptome dans des cellules humaines cultivées en physioxie et dans des tampons physiologiques, Médecine de la vie (2022). DOI : 10.1093/lifemedi/lnac056
Shannon G. Klein et al, La surveillance in situ révèle des instabilités environnementales cellulaires dans la culture de cellules souches pluripotentes humaines, Biologie des communications (2022). DOI : 10.1038/s42003-022-03065-w