Culture cellulaire et établissement de lignées cellulaires
La culture cellulaire et les lignées cellulaires ont pris un rôle important dans l’étude des processus physiologiques, physiopathologiques et de différenciation de cellules spécifiques. Elles permettent d’examiner les altérations progressives de la structure, de la biologie et du patrimoine génétique de la cellule dans des environnements contrôlés. Elle est particulièrement précieuse pour les tissus complexes, tels que le pancréas, qui est composé de divers types de cellules, où l’examen in vivo des cellules individuelles est difficile, voire impossible. Les difficultés extrêmes d’isolement et de purification des cellules épithéliales individuelles à partir de tissus complexes en conservant leurs caractéristiques natives ont entravé notre compréhension de leurs caractéristiques physiologiques, biologiques, de croissance et de différenciation.
Des tentatives ont été faites pour cultiver presque tous les tissus, y compris les cellules neuronales, les os, les cartilages, les cellules capillaires, etc. En général, les cellules animales, en particulier les fibroblastes, peuvent être cultivées avec plus de succès que les cellules humaines, et les fibroblastes humains sont plus faciles à cultiver que les cellules épithéliales. En outre, les différentes cellules épithéliales présentent des réponses différentes aux conditions de culture. Malgré les progrès des techniques de culture, les cellules épithéliales humaines n’ont pas pu être maintenues en culture pendant de longues périodes. Le problème est la tendance des cellules humaines à subir une sénescence après une certaine division cellulaire. La transfection de ces cellules avec le gène E6E7 du papillomavirus humain 16, ou avec les antigènes T petit et grand du virus simien (SV) 40, a permis de surmonter partiellement la sénescence et d’augmenter la longévité des cellules in vitro, mais n’a pas conduit à l’immortalité des cellules. Les manipulations génétiques qui en résultent limitent l’utilisation de ces cellules pour des études de biologie moléculaire, notamment pour définir les changements génétiques qui se produisent lors de la différenciation et de la transformation des cellules. L’introduction de ces gènes étrangers modifie la fonction des gènes régulateurs de l’hôte, notamment l’inactivation de la protéine suppresseur de tumeur p53 et de la protéine de rétinoblastome pRb. Même si ces lignées cellulaires ne se développent pas dans la gélose molle, ce qui serait un premier signe de transformation, ou lorsqu’elles sont introduites dans des souris nude, la transfection supplémentaire avec certains oncogènes tels que k-ras a entraîné la transformation maligne des cellules.
La qualité du milieu de culture et la technique de préparation des cellules sont très importantes pour le maintien des cellules épithéliales humaines en culture. En utilisant un milieu de culture défini et une technique de séparation des cellules, des cellules épithéliales pancréatiques humaines ont été maintenues en culture pendant plus de 10 mois. Une autre méthode récemment découverte pour prolonger la durée de vie des cellules humaines est l’infection des cellules par la télomérase, une enzyme qui empêche la perte des télomères par addition de novo. Elle rétablit la longueur des télomères qui, sinon, raccourcissent à chaque prolifération cellulaire, ce qui entraîne la sénescence. Jusqu’à présent, les rapports réussis incluent des fibroblastes immortalisés, des cellules rétiniennes et endothéliales.
On a tenté d’identifier et de cultiver des cellules souches de tissus spécifiques car ces cellules peuvent mieux s’adapter aux conditions environnementales et peuvent donner naissance à une variété de cellules matures dans des environnements spécifiques. Par exemple, il a été démontré que les cellules du côlon cultivées contenant des cellules souches peuvent donner naissance à des cellules neuroendocrines, des cellules du côlon ou un mélange des deux. Par conséquent, ces cultures offrent de nombreuses possibilités d’étudier les voies de différenciation et constituent un outil unique pour tester les effets des substances naturelles et synthétiques, y compris les cytokines, les facteurs de croissance, les nutriments et les facteurs physiques dans la maturation ou la mort des cellules.
Les mécanismes de transformation maligne peuvent être étudiés in vitro en utilisant des lignées cellulaires traitées par un carcinogène ou des radiations en culture. Des modifications progressives phénotypiques, génétiques (par exemple, niveaux d’adduits de l’ADN, alkylations, mutations) et chromosomiques peuvent être étudiées. Des marqueurs spécifiques associés à la transformation peuvent être exprimés, comme le facteur de croissance tumorale-α (TGF-α) et le récepteur du facteur de croissance épithélial (EGFR). Malheureusement, il n’a pas été possible à ce jour de transformer des cellules épithéliales humaines en culture, de sorte que le besoin de modèles animaux existe toujours. Les rongeurs sont beaucoup plus sensibles à la cancérogénicité que les humains.