Le modèle de conjonctive 3D in vitro pleine épaisseur permet la différenciation des cellules caliciformes

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12261 (2023) Citer cet article

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La culture in vitro et la génération de cellules caliciformes hautement spécialisées restent un défi majeur dans les équivalents conjonctivals 3D in vitro. Un modèle comprenant tous les facteurs physiologiques, y compris les cellules caliciformes sécrétant du mucus, pourrait potentiellement servir de nouvelle plate-forme pour les études sur les maladies conjonctivales. Nous avons isolé des cellules épithéliales conjonctivales primaires et des fibroblastes de biopsies humaines. Des modèles 3D ont été générés à partir de couches épithéliales ou d'une combinaison de celles-ci avec un équivalent de tissu conjonctif. Des modèles épithéliaux ont été étudiés pour l'expression des marqueurs et la fonction barrière. Des modèles pleine épaisseur ont été analysés pour la morphologie des cellules caliciformes et l’expression des marqueurs par immunofluorescence et PCR quantitative en temps réel. Des modèles épithéliaux simples cultivés à l'interface air-liquide ont montré des épithéliums multicouches stratifiés avec kératinisation pathologique et sans formation de cellules caliciformes. La combinaison avec un équivalent de tissu conjonctif pour générer un modèle pleine épaisseur a conduit à la formation d’un épithélium multicouche stratifié non kératinisé et a induit une différenciation des cellules caliciformes. Dans notre modèle, une grande ressemblance avec la conjonctive naturelle a été obtenue grâce à la combinaison de cellules épithéliales conjonctivales avec des fibroblastes intégrés dans un hydrogel de collagène comme équivalent de tissu conjonctif. À l’avenir, notre équivalent conjonctival in vitro permettra d’étudier la différenciation des cellules caliciformes, les pathologies conjonctivales ainsi que les tests de médicaments.

La conjonctive contribue au film lacrymal de la surface oculaire en sécrétant un mucus lissant1,2. Les fonctions cruciales de la conjonctive sont la protection contre les influences mécaniques et pathogènes et la capacité de réagir aux substances nocives et aux allergènes par la production de mucus régulée par les IgE et les éosinophiles3. Par ce mécanisme, la conjonctive contribue au système immunitaire privilégié de la surface oculaire. Des influences néfastes telles que les fluctuations de l'humidité, la sécheresse oculaire, les allergènes, les infections et les réactions auto-immunes, par exemple le syndrome de Stevens-Johnson ou la pemphigoïde des muqueuses, peuvent provoquer une destruction conjonctivale et éventuellement la cécité4,5.

Intercalées dans l'épithélium non kératinisé de 2 à 9 couches de cellules squameuses et colonnaires stratifiées se trouvent des cellules caliciformes hautement spécialisées. Leurs mucines sécrétées contribuent au film lacrymal pour assurer une surface oculaire lisse. Un pourcentage élevé de la partie interne des cellules caliciformes est remplie de vésicules contenant du mucus, tandis que les noyaux des cellules sont situés sur leur face basale6. En général, les mucines dépendent des tissus et sont divisées en deux classes : les mucines associées aux membranes et les mucines sécrétées. Dans le contexte de l'épithélium conjonctival, les mucines associées à la membrane MUC1, MUC4 et MUC16 ainsi que la mucine sécrétée formant un gel MUC5AC et la mucine soluble sécrétée MUC7 ont été identifiées1,7. Les cellules caliciformes conjonctivales expriment principalement MUC5AC et dans une moindre mesure MUC161,8,9. Des systèmes de tests conjonctivaux in vitro utilisant des cultures 2D et 3D traitant de la conjonctivite, de la sécheresse oculaire, de la migration des fibroblastes du ptérygion, de la fibrose ainsi que de l'administration de médicaments ont été développés ces dernières années et ont fourni des informations importantes10,11,12,13. Des modèles 3D complexes comprenant l’ensemble de la structure conjonctivale ont été développés par différents auteurs, dans lesquels un équivalent de tissu conjonctif a été utilisé comme échafaudage pour la culture de cellules épithéliales au sommet. Dans ces études, des échafaudages fabriqués à partir de collagène I, de fibrine ou de conjonctive décellulaire ont été utilisés, tandis que les matrices de collagène I et de fibrine comprenaient des cellules stromales14,15,16. Ces modèles ont pu répondre à des questions spécifiques de recherche sur la conjonctive, notamment la différenciation, les études sur l'inflammation et les objectifs cliniques. Bien que le mucus puisse être détecté dans ces modèles via les colorations ELISA et Alcianblue/PAS, les cultures d'explants sont difficiles à standardiser et les modèles de conjonctive générés in vitro présentent certaines caractéristiques, mais pas toutes. Par conséquent, il existe toujours un besoin pour un modèle combinant un épithélium stratifié multicouche avec des cellules caliciformes et une coloration spécifique MUC5AC à l’intérieur de leurs structures en forme de coupe. De plus, la culture de ces cellules caliciformes spécialisées reste un défi majeur en raison de facteurs clés manquants ou inconnus dans leur développement6.