Conditions de départ constantes pour les méthodes de culture cellulaire 3D : une plateforme unique permettant la culture jusqu'à 9 000 sphéroïdes uniformes et contrôlés en taille

Le travail avec la SP5D prête à l'emploi est particulièrement convivial, de sorte que la prise en main de la plateforme s'apprend rapidement : la culture ne nécessite aucun traitement préalable. Le changement de milieu par simple pipetage est également très pratique. (Source : Kugelmeiers Ltd.)

Avec la SP5D et sa géométrie brevetée, il est possible de cultiver un grand nombre de sphéroïdes uniformes – jusqu’à 9 000 sur une seule plaque. Douze puits, chacun contenant 750 micro-puits, sont disponibles sur une SP5D, ce qui garantit un rendement très élevé. (Source : Kugelmeiers Ltd.)

SP5D signifie « Plaque Sphérique 5D » : le nom fait référence à la structure 3D du groupe de cellules en croissance dans la plaque, au temps nécessaire pour la culture en tant que quatrième dimension et à la communication dite cellule-cellule en tant que cinquième dimension. (Source : Kugelmeiers Ltd.)

Les cellules glissent dans des « trous en pyramide » carrés avec une pointe arrondie, formant ainsi à chaque fois de petites sphères de même taille. Cette configuration conduit à une formation de grappes régulière et sans échafaudage, de sorte que l'agrégat reste toujours centré dans la microcavité (puits) individuelle. (Source : Kugelmeiers Ltd.)

Les cellules glissent dans des « trous en pyramide » carrés avec une pointe arrondie et forment ainsi à chaque fois des sphères de la même taille. Cette configuration conduit à une formation de grappes régulière sans échafaudage, de sorte que l'agrégat est toujours maintenu au centre de chaque micro-recoin (puits). (Source : Kugelmeiers Ltd.)

L'angle spécifique des cavités individuelles permet aux cellules de couler en nombre constant, éliminant ainsi la nécessité d'une centrifugation supplémentaire. La nanocouche spéciale empêche l'adhérence des résidus de protéines et garantit un glissement propre. (Source : Kugelmeiers Ltd.)

« Dans le corps humain, les cellules s'organisent en tissus et en organes, ce qui signifie qu'elles croissent en trois dimensions et ne sont pas simplement plates », explique Cordula Böttger, spécialiste en applications dans le domaine des sciences de la vie chez Heidolph Instruments GmbH & Co. KG. « Avec une culture cellulaire en 3D, il est possible de créer un environnement artificiel dans lequel les cellules peuvent croître dans toutes les trois dimensions et interagir avec leur environnement. Cela rend leur comportement beaucoup plus proche des conditions réelles dans le corps, ce qui permet d'obtenir des résultats cliniquement plus pertinents. » (Source : Heidolph Instruments GmbH & Co. KG)

Les expériences de culture cellulaire 3D permettent une simulation de croissance plus proche des processus dans le corps humain. C'est pourquoi elles gagnent en importance, notamment dans les sciences de la vie. Cependant, de nombreux designs de plaques sont limités en termes de reproductibilité ou de nombre maximal de clusters cellulaires cultivés dans une expérience. Par conséquent, la culture cellulaire en 3D est souvent chronophage et coûteuse pour de nombreux laboratoires. C'est pourquoi la start-up Kugelmeiers Ltd., en partenariat avec Heidolph Instruments GmbH & Co. KG, a développé la plaque de culture cellulaire SP5D, qui élimine ces limitations. Son principe 5D combine les trois dimensions spatiales avec les facteurs temps et communication cellule-à-cellule : La conception spéciale permet la culture contrôlée et rapide de jusqu'à 9 000 clusters uniformes sur une seule plaque, permettant ainsi un rendement supérieur par cycle. La SP5D est prête à l'emploi ; aucune préparation préalable de la plaque ni centrifugation après la semence ne sont nécessaires. La géométrie brevetée spécialement conçue et le revêtement non-fouling de grade clinique garantissent une croissance homogène, rendant les résultats particulièrement précis et hautement reproductibles. De nombreux types cellulaires ont déjà été cultivés avec succès sur cette plaque, notamment des cellules souches humaines, embryonnaires, ainsi que des cellules souches de souris.

La culture de cellules en trois dimensions devient de plus en plus la norme dans de nombreux laboratoires – notamment dans des domaines tels que la recherche sur les cellules souches ou la médecine régénérative. « Dans le corps humain, les cellules s'organisent en tissus et organes, c'est-à-dire qu'elles croissent en trois dimensions et ne sont pas simplement plates », explique Cordula Böttger, spécialiste en applications dans le domaine des sciences de la vie chez Heidolph Instruments GmbH & Co. KG. « Avec une culture cellulaire 3D, il est possible de créer un environnement artificiel où les cellules peuvent croître dans toutes les trois dimensions et interagir avec leur environnement. Cela permet de reproduire leur comportement de manière beaucoup plus fidèle aux conditions réelles dans le corps, ce qui donne des résultats cliniquement plus pertinents. » Idéalement, la recherche peut ainsi être rendue translationnelle, permettant de transformer beaucoup plus rapidement que jusqu'à présent les découvertes en mesures thérapeutiques.

Cependant, de nombreuses plaques de culture 3D sont limitées soit en nombre, soit en uniformité des sphéroïdes cultivés, ce qui rend la méthode moins économique malgré ses avantages. De plus, leur utilisation nécessite de respecter certains points : le matériau porteur doit être conçu de manière à ce que les sphéroïdes ne deviennent pas trop gros, car sinon ils mourraient par manque d'oxygène en raison de l'absence de vaisseaux sanguins. De plus, l'interaction entre les cellules durant la phase de croissance doit se limiter à l'intérieur du cluster pour éviter une différenciation cellulaire incontrôlée due à de mauvais signaux. L'objectif était donc de développer une conception de plaque sûre, éliminant ces risques tout en permettant une scalabilité flexible et une manipulation simple. Avec la SP5D et sa géométrie brevetée, il est désormais possible de cultiver un grand nombre de sphéroïdes uniformes – jusqu'à 9 000 sur une seule plaque. Cela représente un gain d'espace de 400 fois par rapport à la technologie de gouttelettes 3D couramment utilisée. La plateforme est conçue pour augmenter la reproductibilité des expériences ultérieures, car les expériences démarrent toujours dans des conditions initiales identiques, grâce à la faible variance de taille des clusters cellulaires cultivés.

Géométrie tridimensionnelle avec des fonds arrondis

« La désignation SP5D signifie 'Sphericalplate 5D', où le 5D fait référence aux cinq dimensions impliquées », explique Böttger. « Elles se composent de la structure 3D des clusters cellulaires en croissance dans la plaque, du temps nécessaire en tant que quatrième dimension, qui est réduit grâce à une meilleure récolte et une utilisation plus simple, ainsi que de la communication cellule-cellule en tant que cinquième dimension, essentielle pour un environnement physiologiquement correct et qui bloque les signaux indésirables. » Un jeu homogène de ces paramètres est notamment obtenu grâce à la géométrie brevetée des micro-trous sur la plaque. Le principe peut être illustré comme suit : les cellules glissent dans des « pyramides » quadratiques arrondies, formant ainsi régulièrement des sphérules de taille identique. Cette configuration conduit à une formation de clusters sans armature, régulière, de sorte que l'agrégat ou la sphère cellulaire reste toujours centrée dans chaque micro-trou. Ce qui n'est pas toujours possible avec d'autres designs, rendant la formation de clusters identiques plus difficile.

« Sur une plaque SP5D, douze puits contenant chacun 750 micro-trous sont disponibles, garantissant ainsi une très grande récolte. L'angle spécifique de chaque dépression permet aux cellules de descendre en nombre constant, évitant ainsi la centrifugation supplémentaire », explique Böttger. « Par ailleurs, le revêtement spécial empêche l'adhérence de résidus de protéines et la signalisation de surface cellulaire, empêchant ainsi l'activation des récepteurs de la membrane cellulaire par des matériaux étrangers. Les dimensions géométriques particulières offrent aux cellules juste assez d'espace pour croître, sans dépasser une taille définie, ce qui éviterait des dommages hypoxiques dus à un manque d'oxygène. »

SP5D – optimisée pour le quotidien en laboratoire et la médecine translationnelle

Le travail avec la SP5D prête à l'emploi est particulièrement convivial, permettant une prise en main rapide de la plateforme : la culture ne nécessite pas de traitement préalable, aucune étape de revêtement complexe n'est requise. Le changement de média est également très simple grâce à une pipette, car la hauteur des micro-trous a été conçue pour retenir les clusters cellulaires. Avec un seul mouvement de pipette, 750 clusters sont transférés, ce qui est cent fois plus rapide que sur d'autres plateformes de sphéroïdes. La récolte est également rapide : comme les sphéroïdes ne collent pas à la surface, ils flottent librement et peuvent être facilement aspirés hors de la plaque SP5D. De plus, la plateforme est compatible avec des unités d'automatisation standard, facilitant l'intégration de la culture cellulaire 3D dans les flux de travail existants. Le choix du matériau de la plaque en COC (copolymère d'oléfine cyclique) garantit une imagerie en temps réel avec un minimum de bruit de fond.

Le haut niveau de standardisation et de fiabilité fait de la SP5D un outil idéal pour les institutions de recherche à haute fréquence, travaillant avec de nombreuses lignées cellulaires et systèmes de co-culture. Parmi les applications les plus prometteuses où la SP5D est déjà utilisée avec succès figurent les applications in vivo et la recherche translationnelle. La SP5D offre aux chercheurs beaucoup d'espace pour faire des découvertes, ainsi que pour cultiver du matériel de haute qualité pour des processus ultérieurs. Cela est particulièrement évident dans la recherche sur le cancer et les cellules souches : « De nombreux types de cancer proviennent de cellules souches, et notre plateforme pourrait être utilisée pour reproduire l'environnement des cellules cancéreuses – y compris la signalisation cellulaire et la physiologie. De cette manière, il serait possible de comparer des chimiothérapies et de déterminer le traitement le plus efficace pour le patient », résume Böttger, soulignant l'utilité translationnelle de la SP5D.