EP2250253A1 - System and method for the clonal culture of epithelial cells and applications thereof - Google Patents

System and method for the clonal culture of epithelial cells and applications thereof

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EP2250253A1
EP2250253A1 EP09711589A EP09711589A EP2250253A1 EP 2250253 A1 EP2250253 A1 EP 2250253A1 EP 09711589 A EP09711589 A EP 09711589A EP 09711589 A EP09711589 A EP 09711589A EP 2250253 A1 EP2250253 A1 EP 2250253A1
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EP
European Patent Office
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cell
culture
clonal
cells
epithelial
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Application number
EP09711589A
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Nicolas Fortunel
Michèle MARTIN
Pierre Vaigot
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/0625Epidermal cells, skin cells; Cells of the oral mucosa
    • C12N5/0629Keratinocytes; Whole skin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12N2503/00Use of cells in diagnostics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12N2503/04Screening or testing on artificial tissues
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    • C12N2503/06Screening or testing on artificial skin

Definitions

  • the basal layer of the epidermis which has only one cell base, is the germinal compartment. It is at the level of this layer that the proliferation of keratinocytes takes place.
  • the basal keratinocytes there is a small proportion of cells called stem cells, which are believed to be responsible for long-term epidermal renewal.
  • the immediate offspring of stem cells is called the progenitor population.
  • the epidermis thus consists of a heterogeneous set of cells with variable degrees of differentiation (or immaturity). It is generally accepted that basal keratinocytes represent approximately 10% of the whole of the keratinocytes of the epidermis, and the epidermal stem cell compartment only of the order of 0.1%.
  • Another object of the present invention is an optimized clonally cultured epithelial cell culture method for evaluating and exploiting specific properties of a single cell, comprising at least the steps of: a) extracting one or more epithelial cells directly from a biological sample of epithelial tissue; b) optionally, selecting at least one population and / or subpopulation of epithelial cells from the cells extracted in step a); c) performing a clonal culture seeded with a distinct and unique epithelial cell directly from step a) or b); and d) qualitatively and / or quantitatively assessing cell growth in the clonal culture of step c).
  • the inventors have been able to observe that the growth potential of the cells cultured according to the clonal culture method of the present invention is higher than that of cells cultured according to conventional procedures (see Example B below). .
  • the method according to the invention further comprises the step f) of evaluating the tissue reconstruction potential of the cell population of the clonal culture of step c), or of his offspring. More precisely, step f) preferably consists in using the cell population of the clonal culture of step c), or its progeny, to reconstruct a three-dimensional tissue so as to evaluate its tissue reconstruction potential.
  • step f) preferably consists in using the cell population of the clonal culture of step c), or its progeny, to reconstruct a three-dimensional tissue so as to evaluate its tissue reconstruction potential.
  • cells derived from the primary clonal cultures or micro-cultures can be taken off their culture support and then used individually for each clone of interest to produce a three-dimensional organotypic culture model (for example, an epithelium, epidermis or reconstructed skin).
  • the keratinocytes derived from the clonal micro-cultures were removed by trypsination (Gibco) and then placed in mass culture, individually for each clone studied. These cultures were carried out on plastic surfaces on which type I collagen was adsorbed (for example Petri dishes, Biocoat, Becton-Dickinson).
  • the culture conditions were equivalent to those used for primary clonal growth: feeder layer of irradiated fibroblasts, culture medium of similar composition. After one week, the cultures reached 50% to 80% confluence.
  • the keratinocytes were then removed by trypsination, counted and then reseeded at a density of 2000 to 3000 cells / cm 2 , under identical conditions.
  • CFE colony-forming efficiency
  • - 1 clone generated a cumulative progeny of 8.48x10 12 keratinocytes in 8 weeks of multiplication in culture (No. 1), which is equivalent to a cumulative average population of 42.95 doublings.
  • - 2 clones generated a cumulative progeny of 6.36x10 11 and 2.4x10 11 keratinocytes (No. 2 and No. 3), which equates to 39.21 and 37.80 mean doublings of population, respectively.
  • - 1 clone generated cumulative progeny of 2.03x10 10 keratinocytes in 6 weeks of multiplication in culture (No. 4), which is equivalent to a cumulative 34.24 average population doublings.
  • - 1 clone generated a cumulative progeny of 2.15x10 9 keratinocytes in 6 weeks of multiplication in culture (No. 5), which equates to a cumulative 31, 00 average population doublings.
  • the experiment was carried out at a stage of growth of the clones equivalent to that described in the embodiment example No. 1 (multiplication corresponding to -16 to 17 successive cell generations).
  • the technology of parallel clonal micro-cultures makes it possible to precisely estimate the individual clonogenic capacity of the cells of a sample of interest, in this exemplary embodiment a preparation of basal keratinocytes of the epidermis.
  • the method is resolutive in defining a clonal growth profile providing a representative functional signature of a tissue, or a sub-localization within a tissue, in this case the basal layer of tissue. the adult human interfollicular epidermis.
  • the system makes it possible to distinguish, within a cell sample of interest, cells having distinct potentialities, as a function of their clonal growth capacity in the short term.
  • the culture model according to the present invention thus provides an original functional test for estimating the clonogenic capacity of cohorts of cells placed in culture individually.
  • One possible application is the development of quality checks carried out at the individual cell scale to evaluate the functionality (or non-functionality) of cellular samples of interest, compared to a validated reference.
  • the clonal micro-culture system further provides the ability to generate cell samples from a single cell, each individually corresponding to a precisely defined short-term proliferation capability.
  • Another possible application is to use the system for conducting studies to analyze the short-term functional consequences of a treatment (beneficial or toxic) applied at the individual cell level.
  • the system makes it possible to demonstrate a genotoxic effect of gamma irradiation on keratinocytes derived from the basal layer of the epidermis.

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Abstract

The invention relates to means and methods for evaluating and using the specific properties of a particular epithelial cell present in a biological sample. Accordingly, the invention relates to a system for the culture of epithelial cells, in which at least one clonal culture is sown with a single epithelial cell directly extracted from a biological sample of epithelial tissue. The invention also relates to a method for the culture of epithelial cells, that particularly comprises the production of clonal cultures, each being sown with a distinct and unique epithelial cell directly extracted from a biological sample of epithelial tissue, the evaluation of the cellular growth in the clonal cultures, and advantageously the analysis of the capacity of the cellular material from the clonal cultures to reconstruct a three-dimensional epithelium representative of native tissue. The invention is adapted for the parallel implementation of a very large number of clonal cultures, in particular for making large-scale tests.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE CULTURE CLONALE DE CELLULES EPITHELIALES ET LEURS APPLICATIONS SYSTEM AND METHOD FOR CLONAL CULTURE OF EPITHELIAL CELLS AND THEIR APPLICATIONS
La présente invention se rapporte au domaine de la biologie cellulaire et de l'ingénierie tissulaire.The present invention relates to the field of cell biology and tissue engineering.
Plus précisément, l'invention propose des moyens et méthodes permettant d'évaluer et exploiter les propriétés spécifiques d'une cellule épithéliale particulière présente dans un échantillon biologique.More specifically, the invention provides means and methods for evaluating and exploiting the specific properties of a particular epithelial cell present in a biological sample.
Ainsi, la présente invention a pour objet un système de culture de cellules épithéliales, dans lequel au moins une culture clonale est ensemencée avec une et une seule cellule épithéliale directement extraite d'un échantillon biologique de tissu épithélial.Thus, the present invention relates to an epithelial cell culture system, wherein at least one clonal culture is seeded with one and only one epithelial cell directly extracted from a biological sample of epithelial tissue.
L'invention concerne en outre un procédé de culture de cellules épithéliales, comprenant au moins les étapes consistant à : a) extraire une ou plusieurs cellules épithéliales directement à partir d'un échantillon biologique de tissu épithélial ; b) facultativement, sélectionner au moins une population et/ou sous- population de cellules épithéliales parmi les cellules extraites à l'étape a) ; c) réaliser une culture clonale ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement issue de l'étape a) ou b) ; et d) évaluer qualitativement et/ou quantitativement la croissance cellulaire dans la culture clonale de l'étape c).The invention further relates to a method of culturing epithelial cells, comprising at least the steps of: a) extracting one or more epithelial cells directly from a biological sample of epithelial tissue; b) optionally, selecting at least one population and / or subpopulation of epithelial cells from the cells extracted in step a); c) performing a clonal culture seeded with a distinct and unique epithelial cell directly from step a) or b); and d) qualitatively and / or quantitatively assessing cell growth in the clonal culture of step c).
De plus, l'invention vise les applications d'un tel système ou procédé. Les systèmes et procédés in vitro portant sur les tissus épithéliaux tels que l'épiderme trouvent des applications dans des domaines aussi divers que la recherche médicale et le développement clinique, l'ingénierie tissulaire et la toxicologie.In addition, the invention is directed to the applications of such a system or method. In vitro systems and methods for epithelial tissues such as the epidermis have applications in areas as diverse as medical research and clinical development, tissue engineering and toxicology.
Les différents tissus épithéliaux pluristratifiés (notamment l'épiderme, la cornée, les tissus muqueux...) partagent un certain nombre de caractéristiques communes qui imposent des contraintes pour la conception d'architectures de tests in vitro à grande échelle. Ces caractéristiques générales sont bien exemplifiées dans le cas de l'épiderme.The different pluristratified epithelial tissues (in particular the epidermis, the cornea, the mucous tissues, etc.) share a certain number of common characteristics which impose constraints for the design of large scale in vitro test architectures. These general characteristics are well exemplified in the case of the epidermis.
L'épiderme constitue la structure la plus superficielle de la peau et en assure notamment la fonction barrière. Majoritairement constitué de kératinocytes, il se renouvelle tous les 28 jours en moyenne. Ce tissu comprend 4 couches qui correspondent aux 4 étapes du programme de différenciation que les kératinocytes subissent lors de leur migration de la couche basale, la plus profonde, vers la couche cornée, la plus surperficielle. Le processus physiologique continuel de renouvellement des différentes couches de kératinocytes est appelé kératinopoïèse.The epidermis constitutes the most superficial structure of the skin and in particular ensures the barrier function. Mostly consisting of keratinocytes, it is renewed every 28 days on average. This tissue comprises 4 layers that correspond to the 4 stages of the differentiation program that the keratinocytes undergo during their migration from the basal layer, the deepest, to the stratum corneum, the most overperfective. The continuous physiological process of renewal of the different layers of keratinocytes is called keratinopoiesis.
La couche basale de l'épiderme, qui ne comporte qu'une seule assise cellulaire, est le compartiment germinatif. C'est au niveau de cette couche que s'effectue la prolifération des kératinocytes. Parmi les kératinocytes basaux, on trouve une faible proportion de cellules appelées cellules souches, dont il est admis qu'elles sont à l'origine du renouvellement à long terme de l'épiderme. La descendance immédiate des cellules souches est appelée population des progéniteurs. Ces derniers assurent le renouvellement rapide à court terme de l'épiderme. La notion de cellule souche, au sein de l'épiderme inter-folliculaire humain, définit donc le compartiment situé le plus en amont de la hiérarchie de la kératinopoïèse. Ces cellules se caractérisent notamment par une capacité d'auto-renouvellement importante, que ne possèdent pas les cellules progénitrices, et a fortiori les kératinocytes engagés dans la différenciation. De plus, une propriété importante des cellules souches est de conserver de manière durable le potentiel de régénération et de reconstruction du tissu épidermique.The basal layer of the epidermis, which has only one cell base, is the germinal compartment. It is at the level of this layer that the proliferation of keratinocytes takes place. Among the basal keratinocytes, there is a small proportion of cells called stem cells, which are believed to be responsible for long-term epidermal renewal. The immediate offspring of stem cells is called the progenitor population. These ensure the rapid renewal of the epidermis in the short term. The notion of stem cell, within the human inter-follicular epidermis, therefore defines the compartment located furthest upstream of the hierarchy of keratinopoiesis. These cells are characterized in particular by a high self-renewal capacity, which the progenitor cells do not possess, and a fortiori the keratinocytes involved in the differentiation. In addition, an important property of stem cells is to sustainably conserve the potential for regeneration and reconstruction of the epidermal tissue.
Comme les autres tissus épithéliaux pluristratifiés, l'épiderme est donc constitué d'un ensemble hétérogène de cellules présentant des degrés de différenciation (ou d'immaturité) variables. Il est généralement admis que les kératinocytes basaux représentent environ 10% de l'ensemble des kératinocytes de l'épiderme, et le compartiment des cellules souches épidermiques seulement de l'ordre de 0,1 %.Like other pluristratified epithelial tissues, the epidermis thus consists of a heterogeneous set of cells with variable degrees of differentiation (or immaturity). It is generally accepted that basal keratinocytes represent approximately 10% of the whole of the keratinocytes of the epidermis, and the epidermal stem cell compartment only of the order of 0.1%.
Compte tenu des besoins quantitatifs nécessaires à la mise en œuvre des méthodes actuelles d'évaluation fonctionnelle et de criblage, le matériel cellulaire collecté en routine à partir de biopsies cutanées, à savoir l'ensemble des kératinocytes obtenus après dissociation d'un échantillon d'épiderme, permet la constitution de banques de cellules d'une taille suffisante pour une utilisation à l'échelle industrielle. Cependant, le matériel utilisé pour la constitution de ce type de banques correspond à un ensemble hétérogène de cellules, comprenant des kératinocytes basaux possédant différentes capacités de croissance, et des kératinocytes supra-basaux en cours de différenciation et ne possédant plus de capacité de croissance.In view of the quantitative requirements necessary for the implementation of current functional evaluation and screening methods, the cellular material routinely collected from cutaneous biopsies, namely all the keratinocytes obtained after dissociation of a sample of epidermis, allows the constitution of cell banks of sufficient size for use on an industrial scale. However, the material used for the constitution of this type of library corresponds to a heterogeneous set of cells, comprising basal keratinocytes having different growth capacities, and supra-basal keratinocytes being differentiated and no longer having growth capacity.
S'agissant des banques de kératinocytes, par exemple destinées à la production industrielle de kits d'épidermes reconstruits, un procédé classique consiste à congeler les cellules à l'issue d'une étape unique de multiplication en culture, de manière à constituer un stock de multiples ampoules équivalentes, qui sont conservées en azote liquide. En fonction des besoins, les ampoules de cellules sont décongelées et placées en culture afin de réaliser une seconde étape de multiplication. À l'issue des deux étapes de multiplication successives, les kératinocytes ont généralement effectué de l'ordre de 10 doublements de population. Ce type d'approche a d'ailleurs été utilisé pour analyser l'hétérogénéité du potentiel de croissance de kératinocytes humains (Barrandon et Green, 1987). Les auteurs ont d'abord réalisé des cultures primaires dérivées de l'épiderme, qu'ils ont congelées dans l'azote liquide. Des cultures secondaires sous-confluentes ont été préparées à partir des cultures primaires congelées. Les clones obtenus après clonage (troisième étape de culture ou « troisième passage ») ont été classifiés en trois catégories : les holoclones (à croissance rapide), les paraclones (à croissance limitée) et les méroclones (population intermédiaire). Les kératinocytes obtenus classiquement après deux étapes de multiplication successives peuvent être utilisés pour la production de modèles de tissus reconstruits. Appliquer en l'état ces systèmes à un matériel cellulaire rare, tel que les cellules souches, est en revanche impossible à l'échelle industrielle où de vastes campagnes de tests doivent être menées.As regards the keratinocyte libraries, for example intended for the industrial production of reconstructed epidermis kits, a conventional method consists in freezing the cells at the end of a single multiplication stage in culture, so as to constitute a stock multiple equivalent ampoules, which are kept in liquid nitrogen. As needed, the ampoules of cells are thawed and placed in culture to perform a second stage of multiplication. At the end of the two successive multiplication steps, the keratinocytes have generally performed in the order of 10 population doublings. This type of approach has been used to analyze the heterogeneity of the growth potential of human keratinocytes (Barrandon and Green, 1987). The authors first made primary cultures derived from the epidermis, which they frozen in liquid nitrogen. Subconfluent side crops were prepared from the frozen primary cultures. The clones obtained after cloning (third stage of culture or "third passage") were classified into three categories: holoclones (fast growing), paraclones (limited growth) and meroclones (intermediate population). The keratinocytes conventionally obtained after two successive multiplication steps can be used for the production of reconstructed tissue models. Applying these systems as such to a rare cellular material, such as stem cells, is however impossible on an industrial scale where extensive testing campaigns must be conducted.
En somme, plusieurs types de modèles compatibles avec la réalisation de campagnes de tests in vitro à grande échelle sont actuellement disponibles. Le matériel biologique utilisé dans ces tests peut être : 1 ) des lignées cellulaires immortalisées ; 2) des banques de cellules normales extraites de biopsies de tissus et amplifiées en culture ; 3) des tissus tridimensionnels reconstruits. Cependant, pour la mise en œuvre à grande échelle de tels modèles, il est nécessaire de disposer de grandes quantités de matériel cellulaire. Par exemple, dans le cas de tests réalisés sur des cellules normales, on utilise des populations cellulaires amplifiées in vitro, ce qui en modifie certaines propriétés en fonction des paramètres de culture appliqués. En outre, si l'on s'intéresse aux sous-populations de cellules rares, telles que les cellules progénitrices ou les cellules souches épidermiques, ces cellules sont obtenues en quantités insuffisantes à partir de biopsies de tissus.In sum, several types of models compatible with large-scale in vitro test campaigns are currently available. The biological material used in these tests may be: 1) immortalized cell lines; 2) normal cell banks extracted from tissue biopsies and amplified in culture; 3) reconstructed three-dimensional tissues. However, for the large scale implementation of such models, it is necessary to have large quantities of cellular material. For example, in the case of tests performed on normal cells, cell populations amplified in vitro are used, which modifies certain properties as a function of the culture parameters applied. In addition, if one is interested in subpopulations of rare cells, such as progenitor cells or epidermal stem cells, these cells are obtained in insufficient quantities from tissue biopsies.
Gangatirkar et al. (2007) décrivent un procédé permettant de reconstruire un épiderme à partir de kératinocytes totaux ou à partir de sous-populations triées sur la base de phénotypes distincts. Les deux options proposées consistent d'une part à utiliser les cellules directement après extraction à partir du tissu et tri cellulaire, et d'autre part, à utiliser le matériel cellulaire après une phase d'expansion en culture. Cependant, les besoins quantitatifs en matériel cellulaire pour mettre en œuvre le procédé décrit restent inadaptés à la réalisation de campagnes de tests parallèles à grande échelle. En outre, le matériel cellulaire utilisé correspond à un mélange complexe de cellules différentes dont l'aptitude à reconstruire un épiderme est utilisée de manière globale. L'hétérogénéité des cellules composant les tissus épithéliaux pluhstratifiés, et notamment celle des kératinocytes de l'épiderme, est donc un facteur limitant dans l'élaboration de stratégies de tests in vitro.Gangatirkar et al. (2007) describe a method for reconstructing an epidermis from total keratinocytes or from subpopulations sorted on the basis of distinct phenotypes. The two proposed options consist, on the one hand, in using the cells directly after extraction from the tissue and cell sorting, and, on the other hand, in using the cellular material after an expansion phase in culture. However, the quantitative requirements for cellular hardware to implement the described method remain unsuitable for carrying out large scale parallel testing campaigns. In addition, the cellular material used corresponds to a complex mixture of different cells whose ability to reconstruct an epidermis is used in a global manner. The heterogeneity of the cells composing the pleniscated epithelial tissues, and in particular that of the keratinocytes of the epidermis, is therefore a limiting factor in the development of in vitro test strategies.
En effet, dans la mesure où les cellules présentent certaines caractéristiques qui leur sont propres, elles sont susceptibles de répondre différemment à un stimulus ou à un stress. Il en est de même pour des tissus épithéliaux pathologiques. Par exemple, les carcinomes sont des tumeurs très hétérogènes, dans lesquelles une faible proportion de cellules souches tumorales représente une cible clé pour les traitements. En outre, lorsque des cellules présentant des caractéristiques distinctes sont mélangées en culture, le comportement spécifique de certaines d'entre elles peut être modifié ou ignoré au sein du mélange. On observe ainsi un résultat « moyenne » sur l'ensemble des cellules cultivées. Ainsi, les propriétés structurelles et fonctionnelles d'un épiderme reconstruit à partir d'une population cellulaire globale hétérogène (voir par exemple Larderet et al., 2006) sont le résultat de l'ensemble des propriétés des cellules mises en présence. Un épiderme ainsi reconstruit ne peut donc en aucun cas refléter les propriétés spécifiques d'une seule cellule. De plus, les conditions de culture appliquées peuvent plus ou moins sévèrement modifier les caractéristiques intrinsèques des cellules. Il est en effet bien connu que le fait de placer des cellules issues d'un tissu épithélial dans un environnement artificiel de culture conduit à modifier leurs caractéristiques natives. Conséquemment, des cellules épithéliales utilisées après une ou plusieurs étapes de cultures représentent un matériel cellulaire qui n'est plus comparable à des cellules directement issues d'un échantillon de tissu. Ces modifications concernent en particulier le phénotype spécifique des cellules étudiées. Par exemple, il a été montré que la mise en culture de kératinocytes humains fraîchement isolés d'un épiderme perturbe l'expression de molécules d'adhésion et de marqueurs utilisés pour définir un phénotype de cellules souches, et ce, de manière variable en fonction du milieu de culture utilisé (Lorenz et al. 2008).Indeed, since cells have certain characteristics of their own, they are likely to respond differently to a stimulus or stress. It is the same for pathological epithelial tissues. For example, carcinomas are very heterogeneous tumors, in which a small proportion of tumor stem cells represent a key target for treatment. In addition, when cells having distinct characteristics are mixed in culture, the specific behavior of some of them can be modified or ignored within the mixture. An "average" result is thus observed on all the cells cultured. Thus, the structural and functional properties of a reconstructed epidermis from a heterogeneous global cell population (see for example Larderet et al., 2006) are the result of all the properties of the cells involved. An epidermis thus reconstructed can not in any case reflect the specific properties of a single cell. In addition, the culture conditions applied can more or less severely modify the intrinsic characteristics of the cells. It is well known that placing cells derived from an epithelial tissue in an artificial culture environment leads to modifying their native characteristics. Consequently, epithelial cells used after one or more culture steps represent cell material that is no longer comparable to cells directly derived from a tissue sample. These modifications concern in particular the specific phenotype of the cells studied. For example, it has been shown that culturing human keratinocytes freshly isolated from an epidermis disrupts the expression of adhesion molecules and markers used to define a stem cell phenotype. in a variable manner depending on the culture medium used (Lorenz et al., 2008).
En définitive, les solutions classiques qui consistent à travailler à partir de populations cellulaires complexes hétérogènes ne sont pas adéquates pour répondre aux besoins médicaux, cliniques et industriels actuels.Ultimately, conventional solutions to work from heterogeneous complex cell populations are not adequate to meet current medical, clinical and industrial needs.
Il existe donc un besoin pour des moyens et méthodes qui permettent d'accéder aux propriétés individuelles des cellules issues des tissus épithéliaux pluristratifiés, tout en étant adaptés à la mise en œuvre de campagnes de tests in vitro à grande échelle, même dans le cas d'un matériel cellulaire 100 à 1000 fois plus rares que les populations tout- venant que l'on utilise actuellement.There is therefore a need for means and methods which make it possible to access the individual properties of the cells derived from the pluristratified epithelial tissues, while being adapted to the implementation of large scale in vitro test campaigns, even in the case of a cell material 100 to 1000 times rarer than the all-round populations that are currently used.
La présente invention répond pour la première fois à ce besoin en proposant des moyens et méthodes de culture qui (i), de par leur caractère clonal, permettent d'accéder aux propriétés individuelles et spécifiques de cellules directement issues de tissus épithéliaux pluristratifiés, (ii) préservent le potentiel individuel desdites cellules, (iii) sont, même lorsqu'ils sont mis en œuvre à grande échelle, peu consommateurs de matériel cellulaire, ce qui les rend adaptés à l'étude et l'exploitation à l'échelle industrielle des cellules les moins représentées (cellules souches et progénitrices), et (iv) permettent d'atteindre des niveaux de croissance cellulaire largement supérieurs à ceux obtenus avec les outils connus.The present invention responds for the first time to this need by proposing means and methods of culture which (i), by their clonal character, allow access to the individual and specific properties of cells directly derived from pluristratified epithelial tissues, (ii) ) preserve the individual potential of said cells, (iii) are, even when implemented on a large scale, low consumption of cellular material, making them suitable for the study and exploitation on an industrial scale of the least represented cells (stem and progenitor cells), and (iv) allow to reach cell growth levels much higher than those obtained with the known tools.
Ainsi, un objet de la présente invention concerne un système de culture clonale de cellules épithéliales optimisé pour l'évaluation et l'exploitation des propriétés spécifiques d'une cellule unique, dans lequel un support de culture comprend au moins une culture clonale ensemencée avec une cellule épithéliale unique directement extraite d'un échantillon biologique de tissu épithélial. Avantageusement, ledit support de culture comprend au moins deux cultures clonales parallèles, chacune desdites cultures étant ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement extraite dudit échantillon biologique.Thus, an object of the present invention is directed to an optimized clonal epithelial cell culture system for evaluating and exploiting the unique properties of a single cell, wherein a culture support comprises at least one clonal culture seeded with a single epithelial cell directly extracted from a biological sample of epithelial tissue. Advantageously, said culture support comprises at least two parallel clonal cultures, each of said cultures being seeded with a distinct and unique epithelial cell directly extracted from said biological sample.
De préférence, un tel système se présente sous la forme de biopuce. Les cultures clonales ensemencées en parallèle sont alors par exemple des micro-cultures. En pratique, la biopuce peut être notamment réalisée à partir de plaques de cultures comprenant de multiples puits distincts, par exemple 6, 24, 96 puits, ou plus. Alternativement, la biopuce peut avoir comme support une lame, en verre ou en n'importe quel autre matériau approprié, sur laquelle on crée de multiples micro-surfaces destinées à recevoir les cellules, par exemple par un traitement de surface permettant aux cellules d'adhérer et de croître. Les biopuces réalisées sur lames peuvent être compartimentées physiquement, par exemple à l'aide de grilles, ou chimiquement, par exemple suite à un traitement de surface des lames qui empêche les cellules clonées de migrer en dehors de leurs micro-surfaces de culture respectives.Preferably, such a system is in the form of a biochip. Clonal cultures seeded in parallel are then for example micro-cultures. In practice, the biochip may in particular be made from culture plates comprising multiple distinct wells, for example 6, 24, 96 wells or more. Alternatively, the biochip may have as support a slide, made of glass or any other suitable material, on which multiple micro-surfaces are created for receiving the cells, for example by a surface treatment allowing the cells to adhere and grow. Microchips made on slides can be physically compartmentalised, for example using grids, or chemically, for example following a surface treatment of the slides which prevents the cloned cells from migrating outside their respective micro-culture surfaces.
Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de culture clonale de cellules épithéliales optimisé pour l'évaluation et l'exploitation des propriétés spécifiques d'une cellule unique, comprenant au moins les étapes consistant à : a) extraire une ou plusieurs cellules épithéliales directement à partir d'un échantillon biologique de tissu épithélial ; b) facultativement, sélectionner au moins une population et/ou sous- population de cellules épithéliales parmi les cellules extraites à l'étape a) ; c) réaliser une culture clonale ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement issue de l'étape a) ou b) ; et d) évaluer qualitativement et/ou quantitativement la croissance cellulaire dans la culture clonale de l'étape c).Another object of the present invention is an optimized clonally cultured epithelial cell culture method for evaluating and exploiting specific properties of a single cell, comprising at least the steps of: a) extracting one or more epithelial cells directly from a biological sample of epithelial tissue; b) optionally, selecting at least one population and / or subpopulation of epithelial cells from the cells extracted in step a); c) performing a clonal culture seeded with a distinct and unique epithelial cell directly from step a) or b); and d) qualitatively and / or quantitatively assessing cell growth in the clonal culture of step c).
De manière intéressante, les cellules utilisées dans le procédé objet de la présente invention peuvent être des populations totales de cellules directement extraites de ces tissus, et/ou des sous-populations de celles- ci, triées sur la base de caractères précis. Ainsi, le matériel cellulaire issu de l'étape b) peut avantageusement correspondre à une ou plusieurs sous-populations enrichies en progéniteurs et/ou en cellules souches épithéliales.Interestingly, the cells used in the method of the present invention may be total populations of cells directly extracted from these tissues, and / or subpopulations thereof, sorted on the basis of precise characters. Thus, the cellular material of step b) may advantageously correspond to one or more subpopulations enriched in progenitors and / or epithelial stem cells.
Lors de l'étape c) (qui peut être considérée comme une étape de croissance primaire), on utilise la préparation cellulaire ainsi extraite pour initier des cultures ou micro-cultures clonales parallèles. Il s'agit d'ensemencer les cellules d'intérêt individuellement dans des conditions permettant leur croissance, par exemple dans des puits de culture séparés. En pratique, les ensemencements clonaux peuvent être effectués de manière automatisée par des technologies telles que notamment la cytométhe en flux ou la micro-fluidique. De préférence, l'étape c) comprend la réalisation d'au moins deux cultures clonales parallèles, chacune desdites cultures étant ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement issue de l'étape a) ou b). En particulier, lors de l'étape d), on analyse la croissance des cellules clonées sur la base d'un ou plusieurs paramètres quantitatifs et/ou qualitatifs tels que :In step c) (which may be considered as a primary growth step), the cell preparation thus extracted is used to initiate parallel clonal cultures or micro-cultures. It involves inoculating the cells of interest individually under conditions allowing their growth, for example in separate culture wells. In practice, clonal seeding can be carried out in an automated manner by technologies such as, in particular, flow cytometry or microfluidics. Preferably, step c) comprises the production of at least two parallel clonal cultures, each of said cultures being seeded with a distinct and unique epithelial cell directly derived from step a) or b). In particular, during step d), the growth of the cloned cells is analyzed on the basis of one or more quantitative and / or qualitative parameters such as:
- la fréquence de clones obtenus par rapport au nombre de cultures ensemencées : efficacité clonogénique ("clone-forming efficiency" [CFE]) ; - le potentiel prolifératif des clones : nombre de cellules composant chaque clone à un temps de culture donné ;the frequency of clones obtained relative to the number of seeded cultures: clone-forming efficiency (CFE); the proliferative potential of the clones: number of cells composing each clone at a given culture time;
- le phénotype des clones : degré de différenciation des cellules composant les clones, expression de marqueurs moléculaires.the phenotype of the clones: degree of differentiation of the cells composing the clones, expression of molecular markers.
Ainsi, contrairement à toute attente, les Inventeurs ont pu observer que le potentiel de croissance des cellules cultivées selon le procédé de culture clonale de la présente invention est plus élevé que celui de cellules cultivées selon des procédures classiques (voir Exemple B ci-après).Thus, contrary to all expectations, the inventors have been able to observe that the growth potential of the cells cultured according to the clonal culture method of the present invention is higher than that of cells cultured according to conventional procedures (see Example B below). .
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de culture clonale de l'invention comprend au moins les étapes consistant à : a) extraire une ou plusieurs cellules épithéliales sous forme d('un)e suspension(s) monocellulaire(s), directement à partir d'un échantillon biologique de tissu épithélial ; b) sélectionner au moins une population et/ou sous-population de cellules épithéliales parmi les cellules extraites à l'étape a) ; c) réaliser une culture clonale ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique issue de l'étape b) ; et d) évaluer qualitativement et/ou quantitativement la croissance cellulaire dans la culture clonale de l'étape c). Selon un autre mode de réalisation, le procédé objet de la présente invention comprend en outre l'étape e) consistant à amplifier la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), ou sa descendance, par une ou plusieurs sous-cultures successives.In a particular embodiment, the clonal culture method of the invention comprises at least the steps of: a) extracting one or more epithelial cells as a single cell suspension (s) directly from a biological sample of epithelial tissue; b) selecting at least one population and / or subpopulation of epithelial cells from the cells extracted in step a); c) performing a clonal culture seeded with a distinct and unique epithelial cell from step b); and d) qualitatively and / or quantitatively assessing cell growth in the clonal culture of step c). According to another embodiment, the method which is the subject of the present invention further comprises the step e) of amplifying the cell population of the clonal culture of step c), or its progeny, by one or more subcultures successive.
Il s'agit ici de réaliser, à partir des clones cellulaires obtenus à l'issue de l'étape de croissance primaire c), des cultures cellulaires indépendantes, parallèles, à long terme via des sous-cultures successives amplifiées pendant plusieurs semaines. En fonction des besoins, l'amplification peut être conduite sur des périodes allant par exemple de 2 à 8 semaines environ, voire plus (cf. Exemple de réalisation n°1 , C.2, ci- dessous). Ces cultures indépendantes permettent d'obtenir une grande quantité de cellules que l'on peut congeler et stocker sous la forme d'une ou plusieurs banques de cellules, pour un usage ultérieur.It is a question here of producing, from the cell clones obtained at the end of the primary growth step c), independent, parallel, long-term cell cultures via successive subcultures amplified for several weeks. Depending on the requirements, the amplification may be carried out over periods ranging, for example, from approximately 2 to 8 weeks, or even more (see Example of Execution 1, C.2, below). These independent cultures make it possible to obtain a large quantity of cells that can be frozen and stored in the form of one or more cell banks for later use.
Les banques cellulaires clonales susceptibles d'être ainsi obtenues représentent également un objet de la présente invention. Ces banques se distinguent des banques existantes par le fait qu'elles intègrent des cultures cellulaires clonales qui leur confèrent des propriétés structurelles et fonctionnelles bien spécifiques.The clonal cell libraries that can thus be obtained also represent an object of the present invention. These banks are distinguished from existing banks by the fact that they integrate clonal cell cultures that give them specific structural and functional properties.
Dans un autre mode de réalisation, additionnel ou alternatif, le procédé selon l'invention comprend en outre l'étape f) consistant à évaluer le potentiel de reconstruction tissulaire de la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), ou de sa descendance. Plus précisément, l'étape f) consiste de préférence à utiliser la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), ou sa descendance, pour reconstruire un tissu tridimensionnel, de manière à évaluer son potentiel de reconstruction tissulaire. En pratique, pour réaliser cette étape, on peut décoller de leur support de culture les cellules issues des cultures ou micro-cultures clonales primaires, puis les utiliser, individuellement pour chaque clone d'intérêt, afin de produire un modèle de culture organotypique tridimensionnel (par exemple, un épithélium, un épiderme ou une peau reconstruit(e)).In another embodiment, additional or alternative, the method according to the invention further comprises the step f) of evaluating the tissue reconstruction potential of the cell population of the clonal culture of step c), or of his offspring. More precisely, step f) preferably consists in using the cell population of the clonal culture of step c), or its progeny, to reconstruct a three-dimensional tissue so as to evaluate its tissue reconstruction potential. In practice, to carry out this step, cells derived from the primary clonal cultures or micro-cultures can be taken off their culture support and then used individually for each clone of interest to produce a three-dimensional organotypic culture model ( for example, an epithelium, epidermis or reconstructed skin).
Les tissus tridimensionnels reconstruits à partir des cultures clonales, susceptibles d'être obtenus à l'issue de l'étape f) du procédé selon l'invention font partie des objets de la présente invention. Ces tissus sont produits selon un nouveau modèle organotypique tridimensionnel car les caractéristiques structurales et fonctionnelles des tissus objets de l'invention sont tout à fait spécifiques dans la mesure où elles découlent des propriétés d'une cellule unique. De tels tissus sont notamment choisis parmi les différents tissus épithéliaux, la peau, l'épiderme.The three-dimensional tissues reconstructed from the clonal cultures that can be obtained at the end of step f) of the process according to the invention form part of the objects of the present invention. These tissues are produced according to a new three-dimensional organotypic model because the structural and functional characteristics of the tissue objects of the invention are quite specific insofar as they derive from the properties of a single cell. Such tissues are in particular chosen from the various epithelial tissues, the skin and the epidermis.
En outre, les biopuces comprenant au moins un tissu tel que décrit ci-dessus constituent un autre objet de l'invention. Ces biopuces peuvent par exemple être constituées à partir de micro-cultures réalisées au sein d'un gel tridimensionnel fait d'un biomatériau compatible avec la croissance cellulaire. On peut également envisager des systèmes à base de multiples micro-tissus tridimensionnels reconstruits, chacun généré indépendamment directement au sein de la biopuce, sans étape de culture préalable.In addition, biochips comprising at least one tissue as described above constitute another object of the invention. These biochips can for example be formed from micro-cultures made within a three-dimensional gel made of a biomaterial compatible with cell growth. It is also possible to envisage systems based on multiple reconstructed three-dimensional micro-tissues, each generated independently directly within the biochip, without prior culture step.
Dans un autre mode de réalisation, additionnel ou alternatif, le procédé selon l'invention comprend en outre l'étape g) consistant à évaluer le potentiel d'expansion à long terme de la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c). Plus précisément, l'étape g) consiste de préférence à sous-cultiver la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), dans des conditions favorisant l'expansion cellulaire jusqu'à épuisement du potentiel d'expansion, de manière à évaluer le potentiel d'expansion à long terme de ladite population cellulaire.In another embodiment, additional or alternative, the method according to the invention further comprises the step g) of evaluating the long-term expansion potential of the cell population of the clonal culture of step c) . More specifically, step g) preferably consists in sub-culturing the cell population of the clonal culture of step c), under conditions promoting cell expansion until the expansion potential is exhausted, so as to evaluate the long-term expansion potential of said cell population.
Par exemple, on pourra décoller de leur support de culture les cellules issues des cultures ou micro-cultures clonales primaires, puis les sous-cultiver dans des conditions favorisant leur multiplication, jusqu'à épuisement de leur potentiel de multiplication.For example, cells derived from primary clonal cultures or micro-cultures can be removed from their culture support and then subcultured under conditions that promote their multiplication, until their multiplication potential is exhausted.
Dans un autre mode de réalisation, additionnel ou alternatif, le procédé selon l'invention comprend en outre l'étape h) consistant à évaluer le potentiel clonogénique de la descendance de la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c). Plus précisément, l'étape h) consiste de préférence à évaluer le potentiel clonogénique de la descendance de la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), à l'aide d'un test quantitatif de la clonogénicité dans lequel on réalise des cultures secondaires strictement clonales et/ou des cultures à faible densité permettant la croissance de colonies individualisées.In another embodiment, additional or alternative, the method according to the invention further comprises the step h) of evaluating the clonogenic potential of the progeny of the cell population of the clonal culture of step c). More specifically, step h) preferably consists in evaluating the clonogenic potential of the progeny of the cell population of the clonal culture of step c), using a quantitative test of the clonogenicity in which one carries out strictly clonal secondary cultures and / or low density cultures allowing the growth of individualized colonies.
Pour cela, on pourra, par exemple, décoller de leur support de culture les cellules constituant chaque clone, puis réaliser, pour chacun d'entre eux, un test quantitatif de clonogénicité. Ainsi, on pourra par exemple réaliser des cultures secondaires strictement clonales et/ou des cultures à faible densité permettant la croissance de colonies individualisées.For this, we can, for example, take off from their culture medium the cells constituting each clone, then perform, for each of them, a quantitative test of clonogenicity. Thus, it will be possible for example to produce strictly clonal secondary cultures and / or low density cultures allowing the growth of individualized colonies.
De manière essentielle, dans le cadre de la présente invention, l'échantillon biologique initial est un échantillon de tissu épithélial sain ou malade, par exemple obtenu par biopsie chez un mammifère, de préférence chez l'homme. En particulier, l'échantillon tissulaire peut être choisi parmi les épithéliums, par exemple l'épiderme interfolliculaire de peau humaine adulte ou néonatale, la cornée, les muqueuses, les follicules pileux. Des échantillons de tissus épithéliaux malades sont par exemple obtenus par biopsie de patients atteints d'une maladie génétique (telle que xeroderma pigmentosum, les épidermolyses bulleuses, etc.), ou par biopsie de peau cicatricielle (chez les grands brûlés notamment). Les tissus épithéliaux malades peuvent également être des tissus tumoraux (carcinomes, etc.)Essentially, in the context of the present invention, the initial biological sample is a sample of healthy or diseased epithelial tissue, for example obtained by biopsy in a mammal, preferably in humans. In particular, the tissue sample may be selected from the epithelia, for example the interfollicular epidermis of adult or neonatal human skin, the cornea, the mucous membranes, the hair follicles. Samples of diseased epithelial tissue are for example obtained by biopsy of patients with a genetic disease (such as xeroderma pigmentosum, epidermolysis bullosa, etc.), or by cicatricial skin biopsy (especially for burn victims). The diseased epithelial tissues may also be tumor tissues (carcinomas, etc.)
L'échantillon biologique peut éventuellement comprendre des cellules issues de la différenciation épithéliale (notamment kératinopoïétique) de cellules souches pluripotentes choisies parmi les cellules souches pluripotentes embryonnaires, fœtales et induites. On citera à titre d'exemples de cellules présentant un potentiel épithélial issues de cellules souches fœtales : cellules du feuillet embryonnaire ectodermique, cellules des tissus épithéliaux, kératinocytes, etc. Les cellules présentant un potentiel épithélial issues de cellules souches pluripotentes dites « induites » (IPS pour « induced pluripotent stem cells ») sont générées par reprogrammation de cellules issues d'un tissu adulte qui peuvent être des cellules différenciées. Avantageusement, les cellules épithéliales directement extraites de l'échantillon biologique sont des cellules saines ou malades uniques choisies parmi les cellules progénitrices, les cellules souches, les kératinocytes.The biological sample may optionally comprise cells derived from the epithelial (in particular keratinopoietic) differentiation of pluripotent stem cells chosen from embryonic, fetal and induced pluripotent stem cells. Examples of cells having an epithelial potential derived from fetal stem cells are: cells of the ectodermal embryonic leaflet, cells of the epithelial tissues, keratinocytes, etc. Cells with epithelial potential from so-called induced pluripotent stem cells (IPS) are generated by reprogramming cells from adult tissue that may be differentiated cells. Advantageously, the epithelial cells directly extracted from the biological sample are healthy or diseased single cells chosen from progenitor cells, stem cells and keratinocytes.
Un autre objet de la présente invention concerne un système de culture clonale (ou un kit comprenant un tel système) obtenu par la mise en œuvre des étapes a) à c) au moins du procédé selon l'invention. Ces systèmes présentent des propriétés particulières inhérentes au fait qu'ils dérivent de cultures clonales. Les kits peuvent par exemple être des kits de diagnostic, des tests d'évaluation d'une activité biologique, des tests de toxicité, etc. Il est bien clair pour l'homme du métier que les termes « test », « kit » et, éventuellement, « système » peuvent être, selon le contexte dans lequel ils sont utilisés ici, équivalents.Another object of the present invention relates to a clonal culture system (or a kit comprising such a system) obtained by the implementation of steps a) to c) at least the method according to the invention. These systems have particular properties inherent in the fact that they derive from clonal cultures. The kits may for example be diagnostic kits, evaluation tests for biological activity, toxicity tests, etc. It is clear to those skilled in the art that the terms "test", "kit" and, possibly, "system" may be, depending on the context in which they are used herein, equivalent.
Dans un mode de réalisation particulier, un système de culture clonale de cellules épithéliales optimisé pour l'évaluation et l'exploitation des propriétés spécifiques d'une cellule unique, comprend, dans le contexte de l'invention, un support de culture dans lequel au moins une culture clonale est ensemencée avec une cellule épithéliale unique directement extraite d'un échantillon biologique de tissu épithélial conformément aux étapes a) à c) du procédé décrit précédemment.In a particular embodiment, an optimized clonal epithelial cell culture system for evaluating and exploiting the specific properties of a single cell comprises, in the context of the invention, a culture support in which least one Clonal culture is seeded with a single epithelial cell directly extracted from a biological sample of epithelial tissue according to steps a) through c) of the previously described method.
La présente invention se rapporte également aux applications du procédé et utilisations des divers moyens (système, kit, banque cellulaire, tissu, biopuce) décrits plus haut.The present invention also relates to the applications of the method and uses of the various means (system, kit, cell bank, tissue, biochip) described above.
Des exemples préférés de telles utilisations et applications sont :Preferred examples of such uses and applications are:
- pour identifier et sélectionner des agents présentant une activité biologique d'intérêt. Un « agent » peut être une molécule candidate que l'on teste pour son activité biologique et que l'on sélectionne en fonction des applications, ladite activité pouvant être positive (e.g., pour la sélection d'effecteurs d'intérêt pharmaceutique, thérapeutique, cosmétique, etc.) ou négative (e.g., pour la sélection de molécules toxiques). Alternativement, un « agent » peut être de nature non chimique, par exemple les rayons UV, la lumière visible, les rayonnements ionisants, les ondes magnétiques, etc. ;to identify and select agents having a biological activity of interest. An "agent" can be a candidate molecule that is tested for its biological activity and that is selected according to the applications, said activity being able to be positive (eg, for the selection of effectors of pharmaceutical interest, therapeutic, cosmetic, etc.) or negative (eg, for the selection of toxic molecules). Alternatively, an "agent" may be of a non-chemical nature, for example UV rays, visible light, ionizing radiation, magnetic waves, etc. ;
- pour le traitement et/ou le diagnostic (notamment in vitro) et/ou le pronostic (notamment in vitro) dans le domaine de la thérapie cellulaire et/ou génique, notamment dans le domaine des greffes ; - pour étudier le comportement et/ou les propriétés structurelles et/ou fonctionnelles individuelles spécifiques d'une cellule unique, d'un sous- type cellulaire, d'une sous-population cellulaire, ou d'une population cellulaire ;for treatment and / or diagnosis (especially in vitro) and / or prognosis (especially in vitro) in the field of cell and / or gene therapy, in particular in the field of grafts; to study the specific behavior and / or structural and / or functional properties of a single cell, a cellular subtype, a cell subpopulation, or a cell population;
- pour réaliser un ou plusieurs outils de génomique fonctionnelle, qui sont notamment utiles pour induire des phénomènes de gain ou perte d'activité biologique, à des fins médicales et/ou dans n'importe quel type d'exploration fonctionnelle. On citera par exemple les ARN interférents, les vecteurs de surexpression et/ou de répression, viraux ou non viraux, etc. ;to produce one or more functional genomic tools, which are particularly useful for inducing phenomena of gain or loss of biological activity, for medical purposes and / or in any type of functional exploration. Examples include interfering RNAs, overexpression and / or repression vectors, viral or non-viral, and the like. ;
- pour évaluer l'efficacité d'agents présentant une activité biologique tels que des molécules d'intérêt pharmaceutique ou cosmétique, et/ou évaluer l'efficacité de traitements à l'aide de tels agents (molécules ou autres types de stimuli, par exemples ondes, lumière, rayonnements, paramètres physiques, etc.).to evaluate the efficacy of agents having a biological activity such as molecules of pharmaceutical or cosmetic interest, and / or to evaluate the effectiveness of treatments using such agents (molecules or other types of stimuli, for example waves, light, radiation, physical parameters, etc.).
En définitive, les différents objets de la présente invention présentent, par rapport aux moyens et méthodes actuellement disponibles, les avantages considérables suivants : (i) La possibilité de réaliser des séries de micro-cultures parallèles, initiées à partir d'une cellule unique, ce qui rend possible en pratique la mise en œuvre de campagnes de tests à grande échelle ciblant des sous-populations rares, faiblement représentées au sein des tissus, ce qui n'est pas envisageable dans les modèles classiques, fortement consommateurs en matériel cellulaire.Finally, the various objects of the present invention have, in relation to the currently available means and methods, the following considerable advantages: (i) the possibility of producing series of parallel micro-cultures, initiated from a single cell, This makes it possible in practice to implement large-scale testing campaigns targeting rare sub-populations, which are poorly represented in tissues, which is not possible in conventional models that consume a lot of cellular material.
(ii) La possibilité d'initier des cultures clonales à partir de cellules de phénotype choisi ensemencées individuellement, par exemple en micro- puits, immédiatement après sélection à partir du tissu, ce qui permet d'envisager la mise en place de stratégies de tests sur un matériel cellulaire n'ayant pas subi d'étape de multiplication en culture, et donc moins susceptible d'avoir été modifié par des paramètres artificiels de culture avant la réalisation des tests, en particulier lorsque le traitement ou stimulus est appliqué immédiatement après ensemencement des microcultures.(ii) The possibility of initiating clonal cultures from selected phenotype cells seeded individually, for example in microwells, immediately after selection from the tissue, which makes it possible to envisage the implementation of test strategies on a cell material that has not undergone a multiplication step in culture, and therefore less likely to have been modified by artificial culture parameters before testing, especially when the treatment or stimulus is applied immediately after seeding microcultures.
(iii) Le fait d'avoir, pour la première fois, accès au comportement de cellules placées en culture individuellement, ce qui offre la possibilité de qualifier et quantifier les propriétés biologiques et les réponses spécifiques des différentes cellules constituant une population d'intérêt, permettant l'analyse de l'hétérogénéité cellulaire, ce qui n'est pas possible dans des modèles classiques utilisant de manière globale des populations cellulaires.(iii) having, for the first time, access to the behavior of cells placed in culture individually, which offers the possibility of qualifying and quantifying the biological properties and the specific responses of the different cells constituting a population of interest, allowing the analysis of cell heterogeneity, which is not possible in conventional models using globally cell populations.
Ainsi, les différents objets de la présente invention trouvent une utilité dans de très nombreux domaines. En sus des exemples d'applications déjà décrits plus haut, on pourra notamment citer, de manière non limitative :Thus, the various objects of the present invention find utility in many fields. In addition to the examples of applications already described above, mention may be made, in a nonlimiting manner:
(i) Evaluation de l'efficacité d'agents présentant une activité biologique : gains de fonction. • Évaluation de l'efficacité de composés porteurs d'une activité biologique bénéfique (par exemple, molécules d'intérêt pharmaceutique, actifs cosmétiques) :(i) Evaluation of the efficacy of agents with biological activity: gains in function. • Evaluation of the effectiveness of compounds carrying a beneficial biological activity (for example, molecules of pharmaceutical interest, cosmetic active agents):
- Réalisation de campagnes de criblage permettant de quantifier les effets d'actifs biologiques à l'échelle d'une cellule unique isolée : action d'un traitement sur la cellule cible elle-même, impact sur sa descendance.- Realization of screening campaigns to quantify the effects of biological assets on the scale of a single isolated cell: action of a treatment on the target cell itself, impact on its offspring.
- Possibilité de développer des stratégies de tests d'évaluation ciblés sur des populations faiblement représentées, telles que les cellules souches normales ou pathologiques.- Opportunity to develop targeted assessment testing strategies for poorly represented populations, such as normal or pathological stem cells.
• Exemples : - test d'effecteurs susceptibles 1 ) d'induire la multiplication des cellules souches ou progénitrices des tissus épithéliaux pluristratifiés, 2) de favoriser un maintien du caractère souche en culture dans la descendance de cellules souches isolées ;• Examples: - test effectors likely 1) to induce multiplication of stem cells or progenitor of pluristratified epithelial tissues, 2) to promote maintenance of the stump character in culture in the offspring of isolated stem cells;
- test de nouvelles molécules anti-cancéreuses sur des cellules souches isolées de carcinomes.- testing of new anti-cancer molecules on stem cells isolated from carcinomas.
(ii) Problématiques de toxicologie : pertes de fonction, transformation cancéreuse.(ii) Toxicology issues: loss of function, cancerous transformation.
• Estimation de l'impact de stress et de toxiques à l'échelle de cellules traitées isolément, après sélection sur la base de critères précis. Ces tests peuvent être appliqués sélectivement aux cellules responsables du renouvellement long terme (cellules souches) et court terme (progéniteurs) des tissus épithéliaux.• Estimation of the impact of stress and toxins at the level of cells treated in isolation, after selection on the basis of precise criteria. These tests can be applied selectively to cells responsible for long-term (stem cell) and short-term (progenitor) renewal of epithelial tissues.
• Ils permettent également, suivant le type de cellules ciblées, de concevoir des tests adaptés au pronostic et à la distinction d'effets délétères aigus ou tardifs sur un tissu ou organe : - Réalisation de tests toxicologiques permettant d'estimer l'innocuité d'un traitement ou, au contraire, de quantifier ses effets toxiques : effet à court terme sur la cellule isolée elle-même, conséquences sur sa descendance.• They also allow, depending on the type of targeted cells, to design tests adapted to the prognosis and distinction of acute or late deleterious effects on a tissue or organ: - Conducting toxicological tests to estimate the safety of a treatment or, on the contrary, to quantify its toxic effects: short-term effect on the isolated cell itself, consequences on its progeny.
- Évaluation de l'impact d'agressions génotoxiques : à l'échelle de cellules étudiées isolément, acquisitions de dommages à l'ADN, transmission de mutations et/ou d'anomalies génétiques à la descendance, conséquences sur l'organogénèse, etc.- Evaluation of the impact of genotoxic attacks: at the level of cells studied in isolation, DNA damage acquisitions, transmission of mutations and / or genetic anomalies to the offspring, consequences on organogenesis, etc.
(iii) Technologie des bio-puces : modèles parallèles / massivement parallèles de quantification et qualification de réponses biologiques. - Cribles de génomique fonctionnelle sur des cultures cellulaires bidimensionnelles et/ou des modèles organotypiques tridimensionnels.(iii) Biochip technology: parallel / massively parallel models of quantification and qualification of biological responses. - Functional genomic screens on two-dimensional cell cultures and / or three-dimensional organotypic models.
- Criblage à haut débit de molécules porteuses d'une activité biologique / mise en évidence de propriétés délétères (« high throughput screening » [HTS]). (iv) Thérapie cellulaire et génique.- High-throughput screening of molecules carrying a biological activity / highlighting of high-throughput screening ("HTS"). (iv) Cell and gene therapy.
• Qualification d'échantillons de cellules destinées à être greffées, et/ou destinées à être utilisées pour la production de greffons de tissus reconstruits :• Qualification of cell samples intended to be grafted, and / or intended to be used for the production of reconstructed tissue grafts:
- Tests en culture permettant d'estimer le potentiel régénératif de cellules destinées à un usage clinique : potentiel de croissance estimé individuellement sur cellules en condition clonale.- Culture tests for estimating the regenerative potential of cells intended for clinical use: growth potential estimated individually on cells under clonal conditions.
- Tests pronostics de la capacité de prise de greffe de tissus reconstruits in vitro : estimation du maintien ou de la perte du potentiel de croissance des cellules utilisées pour la production de greffons. • Validation de protocoles de transfert de gènes à visée clinique :Prognostic tests of the engraftment capacity of tissues reconstructed in vitro: estimation of the maintenance or loss of the growth potential of the cells used for the production of grafts. • Validation of gene transfer protocols for clinical purposes:
- Évaluation de l'efficacité d'un protocole de correction génétique : estimation de la fréquence de cellules effectivement corrigées à l'issu du procédé de transfert de gènes.- Evaluation of the effectiveness of a genetic correction protocol: estimation of the frequency of cells effectively corrected at the end of the gene transfer process.
- Évaluation de la stabilité de la correction génétique : transmission à la descendance de cellules individualisées. (v) Ingénierie cellulaire et tissulaire.- Evaluation of the stability of the genetic correction: transmission to the offspring of individualized cells. (v) Cellular and tissue engineering.
Systèmes cellulaires et modèles organotypiques compatibles avec la mise en œuvre de tests sur cellules suivies isolément et leur descendance :Cellular systems and organotypic models compatible with the implementation of isolated cell tests and their offspring:
- Production parallèle de banques de cellules, chacune constituée par la descendance d'une seule cellule placée en culture isolément.- Parallel production of cell banks, each constituted by the offspring of a single cell placed in isolation culture.
- Modèles de tissus reconstruits in vitro, normaux ou pathologiques, générés à partir de la descendance d'une seule cellule placée en culture en condition clonale.- In vitro reconstructed tissue models, normal or pathological, generated from the offspring of a single cell placed in culture under clonal conditions.
Les figures suivantes illustrent, en relation avec les exemples ci- dessous, des modes de réalisation de la présente invention :The following figures illustrate, in connection with the examples below, embodiments of the present invention:
- Figure 1 : schéma représentant un mode de réalisation du procédé selon l'invention ;- Figure 1: diagram showing an embodiment of the method according to the invention;
- Figure 2 : représentation graphique des résultats d'une expérience d'expansion à long terme pour la production de banques de kératinocytes multiples, chacune issue de la descendance d'une cellule unique ;FIG. 2: graphical representation of the results of a long-term expansion experiment for the production of multiple keratinocyte libraries, each resulting from the progeny of a single cell;
- Figure 3 : résultats d'une expérience de production d'épidermes reconstruits multiples, chacun issu de la descendance d'une cellule unique ; - Figure 4 : résultats de l'évaluation de la croissance clonale court terme de kératinocytes basaux Itgoc6fort placés en culture individuellement ;- Figure 3: results of an experiment to produce multiple reconstructed epidermis, each derived from the offspring of a single cell; - Figure 4: results of the evaluation of short-term clonal growth of Itgoc6 basal keratinocytes strongly placed in culture individually;
- Figure 5 : résultats d'une expérience dans laquelle on a quantifié les cultures à long terme initiées à partir de kératinocytes basaux Itgoc6fort placés en culture individuellement ;FIG. 5: results of an experiment in which the long-term cultures initiated from strong Itgoc6 basal keratinocytes, which were placed in culture individually, were quantified;
- Figure 6 : représentation graphique des résultats d'une expérience où l'on a quantifié à l'échelle de la cellule unique isolée l'impact d'une irradiation sur des kératinocytes épidermiques de phénotypes distincts ; Figure 7 : résultats d'une expérience dans laquelle on a utilisé le test fonctionnel des micro-cultures clonales parallèles pour évaluer les conséquences d'une irradiation effectuée sur cellule isolée, sur le potentiel de croissance de sa descendance, et dans laquelle on a comparé le comportement de kératinocytes épidermiques de phénotypes distincts ;FIG. 6: graphical representation of the results of an experiment in which the impact of irradiation on epidermal keratinocytes of distinct phenotypes was quantified on the scale of the single isolated cell; FIG. 7: results of an experiment in which the functional test of parallel clonal micro-cultures was used to evaluate the consequences of an irradiation carried out on an isolated cell, on the growth potential of its offspring, and in which we compared the behavior of epidermal keratinocytes of distinct phenotypes;
- Figures 8A, 8B, 8C : résultat d'une recherche d'anomalies au niveau du chromosome 10 par puces CGH : o Descendance de deux kératinocytes non irradiés : K1 et K2 o Descendance d'un kératinocyte irradié : K3.FIGS. 8A, 8B, 8C: result of a search for chromosome 10 abnormalities by CGH chips: o Descendance of two non-irradiated keratinocytes: K1 and K2 o Descendancy of an irradiated keratinocyte: K3.
Des modes de réalisation particuliers et avantages de la présente invention sont décrits dans les exemples de réalisation ci-dessous, qui portent sur les kératinocytes de l'épiderme in'terfolliculaire humain adulte.Particular embodiments and advantages of the present invention are described in the embodiments below, which relate to the epidermal keratinocytes in adult human terfolliculaire.
Ces exemples sont fournis à titre purement illustratif ; ils ne limitent en aucune façon l'objet et la portée de l'invention.These examples are provided for illustrative purposes only; they in no way limit the object and scope of the invention.
EXEMPLESEXAMPLES
A- PROCÉDURES EXPÉRIMENTALESA- EXPERIMENTAL PROCEDURES
A-1 - Préparation du matériel cellulaireA-1 - Preparation of cellular material
A-1-1- Cellules épithéliales destinées à être utilisées pour les cultures clonales Les biopsies de tissu, qui sont dans les exemples décrits ici, des biopsies de peau humaine adulte, ont tout d'abord été décontaminées, par exemple par trempage dans une solution physiologique contenant de la bétadine. Afin de permettre la séparation entre le tissu épithélial et le tissu conjonctif associé (dans le cas présent, épiderme et derme), les échantillons ont ensuite été incubés dans une solution enzymatique à 4°C pendant 10 à 15 heures (trypsine Gibco). À l'issue de cette étape deEpithelial Cells for Use in Clonal Cultures Tissue biopsies, which are in the examples described herein, of adult human skin biopsies, were first decontaminated, for example by dipping into a skin. physiological solution containing betadine. In order to allow separation between the epithelial tissue and the associated connective tissue (in this case, epidermis and dermis), the samples were then incubated in an enzyme solution at 4 ° C for 10 to 15 hours (Gibco trypsin). At the end of this stage of
FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) digestion enzymatique, les échantillons de tissu ont été disséqués à l'aide de pinces fines, de manière à isoler la partie épithéliale du tissu (ici, l'épiderme interfolliculaire). Le traitement enzymatique, complété par une étape de dissociation mécanique par aspirations et refoulement à l'aide d'une pipette, permet d'extraire les kératinocytes qui composent les fragments d'épithéliums . La suspension cellulaire a enfin été filtrée sur un tamis d'une maille de 50 à 70 microns (BD Falcon), afin d'éliminer les agrégats de cellules. À l'issue de ces étapes, les échantillons cellulaires se présentent sous la forme de suspensions monocellulaires, utilisables pour l'ensemencement des cultures clonales.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Enzymatic digestion, the tissue samples were dissected using fine forceps, so as to isolate the epithelial part of the tissue (here, the interfollicular epidermis). The enzymatic treatment, completed by a step of mechanical dissociation by aspiration and discharge using a pipette, extracts the keratinocytes that make up the fragments of epithelia. The cell suspension was finally filtered through a sieve of 50-70 micron mesh size (BD Falcon) to remove cell aggregates. At the end of these steps, the cell samples are in the form of single-cell suspensions, which can be used for seeding clonal cultures.
A- 1-2- Fibroblastes utilisés comme cellules de soutienA- 1-2- Fibroblasts used as support cells
Dans les exemples décrits, les cellules épithéliales (kératinocytes obtenus à partir d'épiderme interfolliculaire) ont été étudiées en condition clonale dans un système de culture utilisant comme support une couche nourricière de fibroblastes rendus incapables de se multiplier par une irradiation gamma à une dose de 60 Grays. Ainsi, ces cellules restaient statiques mais vivantes, et elles soutenaient la croissance des cellules épithéliales étudiées. Ces fibroblastes peuvent notamment être extraits de la partie dermique de biopsies cutanées. Pour ce faire, des fragments de derme ont été incubés dans une solution enzymatique constituée d'un mélange de dispase (Roche) et de collagénase (Roche) pendant 2 à 4 heures à 37°C. La digestion par les enzymes, combinée à une agitation mécanique, permet l'extraction des fibroblastes. Après élimination des fragments de tissu non digérés par filtration sur un tamis (BD Falcon), puis lavage, les fibroblastes obtenus ont été placés en culture dans un milieu composé de 90% de DMEM (Gibco) et de 10% de sérum d'origine bovine (Gibco), pour être amplifiés. Après multiplication en culture, les fibroblastes ont été irradiés, puis congelés pour être stockés jusqu'à utilisation. A-2- Marquages immuno-phénotypiquesIn the examples described, the epithelial cells (keratinocytes obtained from interfollicular epidermis) were studied under clonal conditions in a culture system using as a support a feeder layer of fibroblasts rendered incapable of multiplication by gamma irradiation at a dose of 60 Grays. Thus, these cells remained static but alive, and they supported the growth of the epithelial cells studied. These fibroblasts can in particular be extracted from the dermal part of cutaneous biopsies. For this purpose, dermal fragments were incubated in an enzymatic solution consisting of a mixture of dispase (Roche) and collagenase (Roche) for 2 to 4 hours at 37 ° C. Enzyme digestion, combined with mechanical agitation, allows the extraction of fibroblasts. After removal of the undigested tissue fragments by sieving (BD Falcon) and washing, the resulting fibroblasts were cultured in a medium composed of 90% DMEM (Gibco) and 10% original serum. bovine (Gibco), to be amplified. After multiplication in culture, the fibroblasts were irradiated and then frozen to be stored until use. A-2- Immuno-phenotypic markings
Les cellules épithéliales utilisées pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention sont des kératinocytes présentant un fort niveau d'expression de l'intégrine α6 (Itgaβ ou CD49ή et faible niveau d'expression du récepteur de la transferrine (CD71 ) : phénotype Itga6fort CD71faιble. Pour la réalisation du marquage à l'aide d'anticorps fluorescents nécessaire pour la définition de ce phénotype, les échantillons cellulaires ont été placés en suspension dans un tampon salin physiologique (PBS) supplémenté de 2% de sérum albumine bovine (SAB) (Sigma), puis incubés pendant 10 minutes à 4°C avec des immunoglobulines de souris (Jackson Immuno-Research), afin de saturer les sites non spécifiques de fixation des anticorps. Le marquage des antigènes CD49f et CD71 a ensuite été effectué par ajout d'anticorps spécifiques couplés à des fluorochromes, puis incubation pendant 30 minutes à 4°C : anti-CD49f-PE (phycoérythrine) (clone GoH3, BD Pharmingen) et anti-CD71 -APC (allophycocyanine) (clone M-A712, BD Pharmingen). Après lavage des anticorps en excès, les échantillons étaient prêts à être utilisés pour l'ensemencement des cultures clonales.The epithelial cells used to illustrate certain embodiments of the invention are keratinocytes with a high level of expression of the α6 integrin (Itgaβ or CD49ή and low level of expression of the transferrin receptor (CD71): Itga6 phenotype Box faιble CD71. to carry out the labeling with fluorescent antibody necessary for the definition of this phenotype, cell samples were placed in suspension in physiological saline buffer (PBS) supplemented with 2% bovine serum albumin ( SAB) (Sigma), then incubated for 10 minutes at 4 ° C with mouse immunoglobulins (Jackson Immuno-Research), in order to saturate the nonspecific sites of antibody binding .The labeling of CD49f and CD71 antigens was then carried out by addition of specific antibodies coupled to fluorochromes, then incubation for 30 minutes at 4 ° C: anti-CD49f-PE (phycoerythrin) (clone GoH3, BD Pharmi ngen) and anti-CD71-APC (allophycocyanin) (clone M-A712, BD Pharmingen). After washing the excess antibodies, the samples were ready to be used for seeding the clonal cultures.
A-3- Ensemencement automatisé des micro-cultures cultures clonalesA-3 Automated seeding of micro-cultures clonal cultures
/4-3-7- Ensemencement/ 4-3-7- Seeding
Dans les exemples de réalisations décrits, les micro-cultures clonales de kératinocytes ont été ensemencées de manière automatisée à l'aide d'un cytomètre en flux équipé d'un module de clonage (MoFIo, Cytomation). L'excitation des fluorochromes couplés aux anticorps de marquage a été réalisée en utilisant un laser argon à 488 nm (Cohérent) et une diode laser à 630 nm. Les signaux émis par la phycoérythrine (PE) et l'allophycocyanine (APC) ont été respectivement détectés et quantifiés dans des fenêtres de longueur d'onde de 580 ± 30 nm et 670 ± 30 nm. Le critère de tri choisi dans le cas présent correspondait à des kératinocytes présentant le phénotype Itga6fort CD71faιble et représentant de l'ordre de 1 % des kératinocytes totaux : sous-population de kératinocytes décrite comme étant enrichie en cellules souches épidermiques (Li et al., 1998).In the exemplary embodiments described, the keratinocyte clonal micro-cultures were inoculated in an automated manner using a flow cytometer equipped with a cloning module (MoFIo, Cytomation). The excitation of the fluorochromes coupled to the labeling antibodies was performed using a 488 nm argon laser (Coherent) and a 630 nm laser diode. The signals emitted by phycoerythrin (PE) and allophycocyanin (APC) were respectively detected and quantified in wavelength windows of 580 ± 30 nm and 670 ± 30 nm. The sorting criterion chosen in this case corresponded to keratinocytes having the ITGA6 strong faιble CD71 phenotype and representative of the order of 1% of total keratinocytes: keratinocytes subpopulation described as being enriched in epidermal stem cells (Li et al. , 1998).
A-3-2- Contrôle qualité des ensemencements clonauxA-3-2- Quality control of clonal seeding
En parallèle des cultures clonales destinées à être utilisées pour les tests et études (conditions de culture décrites ci-après), des séries d'ensemencements clonaux ont été réalisées dans le but de valider la procédure de dépôt des cellules. Ces dépôts ont été effectués dans des conditions techniques rigoureusement identiques, mais dans un milieu plus favorable au repérage des cellules que celui utilisé pour leur croissance. Ce milieu d'observation peut être, par exemple, un tampon salin physiologique (PBS) additionné de Hoeschst 33342 (Sigma) à une concentration de 10 microgrammes / ml. Le Hoechst est un colorant de l'ADN qui fluoresce sous excitation aux UV. Dans ces conditions, les cellules ensemencées individuellement dans un grand nombre de puits de culture peuvent être repérées, ce qui permet de vérifier l'efficacité du procédé. Chaque micro-culture doit contenir une seule cellule, jamais deux, et la fréquence des puits vides doit être minimisée.In parallel with the clonal cultures intended to be used for the tests and studies (culture conditions described hereinafter), series of clonal seeding were performed in order to validate the cell deposition procedure. These deposits were made under strictly identical technical conditions, but in an environment more favorable to the identification of cells than that used for their growth. This observation medium may be, for example, a physiological saline buffer (PBS) supplemented with Hoeschst 33342 (Sigma) at a concentration of 10 micrograms / ml. Hoechst is a DNA dye that fluoresces under UV excitation. Under these conditions, the cells seeded individually in a large number of culture wells can be identified, which makes it possible to check the efficiency of the process. Each micro-culture must contain only one cell, never two, and the frequency of the empty wells must be minimized.
A-4- Conditions de cultureA-4- Culture conditions
/4-4-7- Croissance clonale primaire Dans les exemples décrits, les micro-cultures clonales de kératinocytes ont été réalisées en plaques de culture comprenant 96 puits dans lesquelles était adsorbé du collagène de type I (Biocoat, Becton- Dickinson). La veille de l'ensemencement des cellules épithéliales en condition clonale, une couche nourricière de fibroblastes irradiés était mise en place dans les puits de culture. Ces cellules de soutien ont été ensemencées à une densité de 6000 cellules / cm2. Le milieu de culture utilisé pour la croissance des kératinocytes avait pour base un mélange de milieu DMEM (Gibco) et de milieu de Ham F12 (Gibco), additionné de sérum d'origine bovine (Hyclone). Ce milieu de base était notamment supplémenté avec de l'EGF (Chemicon), de l'insuline (Sigma), de l'hydrocortisone (Sigma), de l'adénine (Sigma), de la triiodothyronine (Sigma), de la L-glutamine (Gibco), et avec une solution d'antibiotiques et d'antimycotiques (Gibco). Après ensemencement automatisé des kératinocytes à raison d'une cellule unique par puits, les cultures ont été maintenues en culture à 37°C dans une atmosphère comprenant 90% d'humidité, en présence de 5% de CO2, dans le cas présent pendant 2 semaines. Au temps choisi, un comptage des puits dans lesquels un clone cellulaire s'était développé a été effectué, puis le nombre de kératinocytes constituant chaque clone a été déterminé individuellement, après décollement des cellules par trypsination (Gibco).In the examples described, clonal micro-cultures of keratinocytes were made in culture plates comprising 96 wells in which type I collagen (Biocoat, Becton-Dickinson) was adsorbed. The day before seeding the epithelial cells under clonal conditions, a feeder layer of irradiated fibroblasts was placed in the culture wells. These support cells were seeded at a density of 6000 cells / cm 2 . The culture medium used for the growth of keratinocytes was based on a mixture of DMEM medium (Gibco) and Ham F12 medium (Gibco), supplemented with serum of bovine origin (Hyclone). This basal medium was in particular supplemented with EGF (Chemicon), insulin (Sigma), hydrocortisone (Sigma), adenine (Sigma), triiodothyronine (Sigma), L -glutamine (Gibco), and with a solution of antibiotics and antimycotics (Gibco). After automated seeding of the keratinocytes at the rate of a single cell per well, the cultures were kept in culture at 37 ° C. in an atmosphere comprising 90% humidity, in the presence of 5% of CO2, in this case for 2 weeks. At the time chosen, a count of the wells in which a cell clone had grown was performed, and then the number of keratinocytes constituting each clone was determined individually after trypsinization of the cells (Gibco).
A-4-2- Étude du potentiel de reconstruction tissulaireA-4-2- Study of the tissue reconstruction potential
Dans les exemples décrits, le potentiel de reconstruction tissulaire de la descendance des kératinocytes initialement placés en culture individuellement a été mis en évidence dans un modèle de reconstruction épidermique sur derme humain mort dé-épidermisé (Régnier et al., 1986). Pour la préparation des supports dermiques, des échantillons de peau humaine ont été incubés pendant 10 jours à 37°C dans du tampon PBS, afin d'en détacher l'épiderme, qui a été éliminé. Les échantillons de derme exempts d'épiderme ont été coupés en carrés d'environ 1 cm2. Ils ont alors subi plusieurs cycles de congélation/ décongélation successifs qui ont conduit à tuer les cellules dermiques. Les dermes acellulaires obtenus ont été stockés à -200C jusqu'à utilisation. Le processus de reconstruction d'un épiderme tridimensionnel comprenait 2 étapes de cultures successives. Les échantillons cellulaires issus des micro-cultures clonales ont tout d'abord été ensemencés sur les supports dermiques et cultivés pendant 1 semaine en immersion dans un milieu de culture comparable similaire à celui utilisé pour la culture clonale primaire (exemple de composition décrit ci-dessus). La seconde étape du procédé de reconstruction épidermique consistait à placer les épidermes en formation à l'interface entre le milieu liquide et l'air ambiant de l'incubateur. La culture a alors été poursuivie pendant 1 à 2 semaines pour parvenir à une différenciation complète. Les caractéristiques histologiques des tissus tridimensionnels reconstruits ont été visualisées après fixation, coupe et coloration hémalum-éosine-safran (HES).In the examples described, the tissue reconstruction potential of the progeny of keratinocytes initially placed in culture individually has been demonstrated in an epidermal reconstruction model on dead human dermis epidermis (Régnier et al., 1986). For the preparation of the dermal carriers, human skin samples were incubated for 10 days at 37 ° C in PBS buffer, in order to detach the epidermis, which was removed. Dermis samples without epidermis were cut into squares of about 1 cm 2 . They then underwent several successive freezing / thawing cycles which led to the killing of the dermal cells. The acellular dermas obtained were stored at -20 ° C. until use. The process of reconstructing a three-dimensional epidermis consisted of two stages of successive cultures. The cell samples from the clonal micro-cultures were first seeded on the dermal supports and cultured for 1 week in immersion in a comparable culture medium. similar to that used for primary clonal culture (example of composition described above). The second step of the epidermal reconstruction process was to place the epidermis in formation at the interface between the liquid medium and the ambient air of the incubator. The culture was then continued for 1 to 2 weeks to achieve complete differentiation. The histological features of the reconstructed three-dimensional tissues were visualized after fixation, cutting, and hemalum-eosin-saffron (HES) staining.
A-4-3- Évaluation de la capacité d'expansion à long termeA-4-3- Evaluation of Long Term Expansion Capacity
Les kératinocytes issus des micro-cultures clonales ont été décollés par trypsination (Gibco), puis placés en culture de masse, individuellement pour chaque clone étudié. Ces cultures ont été réalisées sur des surfaces plastiques sur lesquelles était adsorbé du collagène de type I (par exemple boites de Pétri, Biocoat, Becton-Dickinson). Les conditions de cultures étaient équivalentes à celles utilisées pour la croissance clonale primaire : couche nourricière de fibroblastes irradiés, milieu de culture de composition similaire. Au bout d'une semaine, les cultures atteignaient 50% à 80% de confluence. Les kératinocytes ont alors été décollés par trypsination, comptés, puis réensemencés à une densité de 2000 à 3000 cellules / cm2, dans des conditions identiques. Les cultures ont ainsi été repiquées et sous-cultivées chaque semaine, jusqu'à épuisement du potentiel d'expansion des cellules. À l'issue de l'étape de la croissance du clone primaire et des sous-cultures successives, la prolifération cellulaire a été estimée en termes de coefficient d'expansion et de nombre de doublements de population effectués, afin de quantifier le potentiel d'expansion total des kératinocytes initialement placés en culture individuellement. Nombre de doublements de population = (Log N/N0)/Log 2 N0 = Nombre de cellules ensemencéesThe keratinocytes derived from the clonal micro-cultures were removed by trypsination (Gibco) and then placed in mass culture, individually for each clone studied. These cultures were carried out on plastic surfaces on which type I collagen was adsorbed (for example Petri dishes, Biocoat, Becton-Dickinson). The culture conditions were equivalent to those used for primary clonal growth: feeder layer of irradiated fibroblasts, culture medium of similar composition. After one week, the cultures reached 50% to 80% confluence. The keratinocytes were then removed by trypsination, counted and then reseeded at a density of 2000 to 3000 cells / cm 2 , under identical conditions. The cultures were thus transplanted and subcultured each week, until the cell's expansion potential was exhausted. At the end of the stage of primary clone growth and successive subcultures, cell proliferation was estimated in terms of coefficient of expansion and number of population doublings performed, in order to quantify the potential for total expansion of the keratinocytes initially placed in culture individually. Number of doublings of population = (Log N / N 0 ) / Log 2 N 0 = Number of cells seeded
N = Nombre de cellules obtenues à l'issue de l'étape de culture. A-4-4- Analyse de la capacité clonogénigue secondaireN = Number of cells obtained at the end of the culture step. A-4-4- Analysis of secondary clonogenic capacity
II s'agit d'estimer le maintien ou la perte du potentiel à générer des colonies parmi les cellules constituant la descendance des kératinocytes clones. Pour ce faire, les cellules des clones primaires ont été décollées par trypsination (Gibco), puis ensemencées à faible densité de manière à obtenir une croissance de colonies séparées les unes des autres (par exemple, 5 cellules / cm2) dans des conditions similaires à celles décrites ci-dessus pour l'évaluation du potentiel d'expansion à long terme. Après 14 jours, les cultures ont été fixées à l'aide d'éthanol à 70%, séchées, puis colorées par deux bains successifs dans de l'éosine (Réactifs RAL) et du Bleu RAL 555 (Réactifs RAL). Les paramètres pris en compte pour quantifier la capacité clonogénique des cellules étudiées étaient notamment le nombre et la taille des colonies obtenues.It is a question of estimating the maintenance or the loss of the potential to generate colonies among the cells constituting the progeny of the cloned keratinocytes. To do this, the cells of the primary clones were removed by trypsinization (Gibco), then seeded at low density so as to obtain growth of colonies separated from each other (for example, 5 cells / cm 2 ) under similar conditions. those described above for the assessment of the long-term expansion potential. After 14 days, the cultures were fixed with 70% ethanol, dried and then stained with two successive baths in eosin (RAL reagents) and RAL Blue 555 (RAL reagents). The parameters taken into account to quantify the clonogenic capacity of the cells studied were in particular the number and the size of the colonies obtained.
B- PERFORMANCE DES MOYENS DE L'INVENTION Un paramètre utilisé pour analyser le potentiel de croissance des cellules épithéliales est leur capacité à générer des colonies en culture à faible densité (CFE pour « colony-forming efficiency ») ou des clones lorsqu'il s'agit de cultures ensemencées avec une seule cellule (CFE pour « clone- forming efficiency »). Il est bien évident que plus les procédés permettront de mettre en évidence des valeurs de CFE élevées, plus ils seront utiles pour quantifier efficacement le potentiel de croissance des cellules épithéliales. Le tableau I ci-dessous présente les résultats obtenus selon deux méthodes connues de sélection et culture de kératinocytes (elles sont utilisées classiquement en laboratoire et ont été décrites dans des publications), ainsi que les résultats obtenus selon le procédé de l'invention.B-PERFORMANCE OF THE MEANS OF THE INVENTION A parameter used to analyze the growth potential of epithelial cells is their ability to generate colony-forming efficiency (CFE) colonies or clones when they are present. is a single-celled (CFE) crop. It is obvious that the more methods will demonstrate high CFE values, the more useful they will be for efficiently quantifying the growth potential of epithelial cells. Table I below presents the results obtained according to two known methods of keratinocyte selection and culture (they are conventionally used in the laboratory and have been described in publications), as well as the results obtained according to the method of the invention.
Tableau I Table I
* CFE = % de cellules capables de donner naissance à une colonie (situation de culture à faible densité) ou à un clone (cultures à 1 seule cellule par puits). ** Moyenne calculée sur 3 expériences réalisées à partir d'échantillons indépendants. *** De manière non exclusive. * CFE =% of cells capable of giving birth to a colony (low density culture situation) or to a clone (single cell cultures per well). * * Average calculated on 3 experiments carried out from independent samples. * ** Non-exclusively.
C- EXEMPLE DE RÉALISATION N°1 Utilisation du modèle des micro-cultures clonales parallèles pour la production de banques de kératinocytes multiples, chacune issue de la descendance d'une cellule unique (Figure 2).C-EXAMPLE 1 Implementation of the model of parallel clonal micro-cultures for the production of multiple keratinocyte libraries, each resulting from the progeny of a single cell (FIG. 2).
C-1- Matériels et méthodes - Extraction de kératinocytes à partir d'un épiderme issu d'une biopsie cutanée adulte (réduction mammaire), dissociation et mise en suspension. - Marquage des kératinocytes en suspension à l'aide d'anticorps couplés à des fluorochromes permettant de trier un phénotype de cellules "souches" (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 (Itgαβ) et faible niveau d'expression du récepteur de la transferrine (CD71 ) : phénotype Itga6fort CD71faιble ; modèle de sélection : Li ét al., 1998).C-1- Materials and methods - Extraction of keratinocytes from an epidermis resulting from an adult skin biopsy (breast reduction), dissociation and suspension. - Marking of keratinocytes in suspension using antibodies coupled to fluorochromes making it possible to sort a "stem" cell phenotype (high level of expression of the α6 (Itgαβ) integrin and weak level of expression of the transferrin receptor (CD71): Itga6 strong phenotype CD71 weak ; selection model: Li et al., 1998).
- À l'aide d'un module de clonage par cytométrie en flux, ensemencement automatisé de plaques de culture multi-puits, à raison d'une cellule de phénotype "souche" unique par puits.- Using a flow cytometry cloning module, automated seeding of multi-well culture plates, with a single "strain" phenotype cell per well.
- Après 2 semaines de culture, repérage des puits dans lesquels le kératinocyte clone a donné naissance à un clone cellulaire.After 2 weeks of culture, identification of the wells in which the cloned keratinocyte gave rise to a cell clone.
- Ensemencement de cultures de masse à partir de chaque micro-culture clonale, dans des conditions favorisant la multiplication cellulaire. - Repiquages successifs des cultures afin d'obtenir la descendance des cellules initiales clonées à différents stades d'amplification (par exemple : état de culture "jeune" ou "âgé"), et une quantité de matériel cellulaire issu des cellules clonées compatible avec la constitution de banques de cellules congelées. - Test du nombre de sous-cultures successives maximal qu'il était possible de réaliser pour chaque culture initiée à partir d'un kératinocyte unique et estimation du nombre total cumulé de kératinocytes produits à l'issue des cultures à long terme.- Inoculation of mass cultures from each clonal micro-culture, under conditions favoring cell multiplication. Successive replicating of the cultures in order to obtain the progeny of the cloned initial cells at different stages of amplification (for example: "young" or "aged" culture state), and a quantity of cell material derived from the cloned cells compatible with the constitution of frozen cell banks. - Test of the maximum number of successive subcultures that could be carried out for each culture initiated from a single keratinocyte and estimate the cumulative total number of keratinocytes produced at the end of the long-term cultures.
C-2- RésultatsC-2- Results
Sur une cohorte de 5 clones cellulaires testés pour leur aptitude à générer une banque de kératinocytes, tous ont pu être sous-cultivés et leur descendance suffisamment amplifiée pour être congelée.On a cohort of 5 cell clones tested for their ability to generate a keratinocyte library, all could be subcultured and their offspring sufficiently amplified to be frozen.
Deux semaines après l'initiation des cultures, les 5 clones choisis étaient constitués de 8,64x104 à 1 ,11x105 kératinocytes, ce qui équivaut à 16,40 à 16,86 générations cellulaires successives effectuées depuis le stade de la cellule unique clonée.Two weeks after the initiation of the cultures, the 5 clones selected consisted of 8.64 × 10 4 to 1.1 × 10 5 keratinocytes, which is equivalent to 16.40 to 16.86 successive cell generations made since the cloned single cell stage. .
- 1 clone a généré une descendance cumulée de 8,48x1012 kératinocytes en 8 semaines de multiplication en culture (n°1 ), ce qui équivaut à un cumul de 42,95 doublements moyens de population. - 2 clones ont généré une descendance cumulée de 6,36x1011 et 2,4x1011 kératinocytes (n°2 et n°3), ce qui équivaut respectivement à 39,21 et 37,80 doublements moyens de population.- 1 clone generated a cumulative progeny of 8.48x10 12 keratinocytes in 8 weeks of multiplication in culture (No. 1), which is equivalent to a cumulative average population of 42.95 doublings. - 2 clones generated a cumulative progeny of 6.36x10 11 and 2.4x10 11 keratinocytes (No. 2 and No. 3), which equates to 39.21 and 37.80 mean doublings of population, respectively.
- 1 clone a généré une descendance cumulée de 2,03x1010 kératinocytes en 6 semaines de multiplication en culture (n°4), ce qui équivaut à un cumul de 34,24 doublements moyens de population. - 1 clone a généré une descendance cumulée de 2,15x109 kératinocytes en 6 semaines de multiplication en culture (n°5), ce qui équivaut à un cumul de 31 ,00 doublements moyens de population.- 1 clone generated cumulative progeny of 2.03x10 10 keratinocytes in 6 weeks of multiplication in culture (No. 4), which is equivalent to a cumulative 34.24 average population doublings. - 1 clone generated a cumulative progeny of 2.15x10 9 keratinocytes in 6 weeks of multiplication in culture (No. 5), which equates to a cumulative 31, 00 average population doublings.
C-3- ConclusionC-3 Conclusion
- Le modèle des micro-cultures clonales parallèles conforme à la présente invention représente une technologie permettant de générer de manière standardisée de multiples banques de kératinocytes, chacune issue de la descendance d'une cellule unique directement isolée à partir d'un prélèvement tissulaire.The model of parallel clonal micro-cultures in accordance with the present invention represents a technology making it possible to generate, in a standardized manner, multiple keratinocyte libraries, each derived from the offspring of a single cell directly isolated from a tissue sample.
- Il permet également d'estimer et de comparer, à l'échelle de la cellule individuelle, le potentiel de prolifération de types cellulaires distincts (par exemple : progéniteurs, cellules souches épidermiques).It also makes it possible to estimate and compare, at the level of the individual cell, the proliferation potential of distinct cell types (for example: progenitors, epidermal stem cells).
D- EXEMPLE DE RÉALISATION N°2D- EXEMPLARY EMBODIMENT 2
Utilisation du système des micro-cultures clonales pour la production d'épidermes reconstruits multiples, chacun issu de la descendance d'une cellule unique (Figure 3).Use of the clonal micro-culture system for the production of multiple reconstructed epidermis, each derived from the progeny of a single cell (Figure 3).
D-1- Matériels et méthodesD-1- Materials and methods
- Extraction de kératinocytes à partir d'un épiderme issu d'une biopsie cutanée adulte (réduction mammaire), dissociation et mise en suspension.- Extraction of keratinocytes from an epidermis resulting from an adult skin biopsy (breast reduction), dissociation and suspension.
- Marquage des kératinocytes en suspension à l'aide d'anticorps couplés à des flurochromes permettant de trier en cytométrie de flux un phénotype de cellules "souches" (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 (Itgaβ) et faible niveau d'expression du récepteur de la transferrine (CD71 ) : phénotype Itga6fort CD71faιble ; modèle de sélection : Li ét al., 1998).- Marking of keratinocytes in suspension using antibodies coupled to flurochromes making it possible to sort in flow cytometry a phenotype of "stem" cells (high level of expression of α6 integrin (Itgaβ) and low level of expression of transferrin receptor (CD71): strong Itga6 phenotype CD71 weak , selection model: Li et al., 1998 ).
- À l'aide d'un module de clonage par cytométrie en flux, ensemencement automatisé de plaques de culture multi-puits, à raison d'une cellule de phénotype "souche" unique par puits.- Using a flow cytometry cloning module, automated seeding of multi-well culture plates, with a single "strain" phenotype cell per well.
- Après 2 semaines de culture, repérage des puits dans lesquels le kératinocyte clone a donné naissance à un clone cellulaire.After 2 weeks of culture, identification of the wells in which the cloned keratinocyte gave rise to a cell clone.
- Utilisation des kératinocytes constituant les clones cellulaires, séparément pour chacun d'entre eux, pour la production d'épidermes reconstruits (par exemple : reconstruction d'un épiderme sur derme humain mort dé-épidermisé : Régnier et al., 1986).- Use of the keratinocytes constituting the cell clones, separately for each of them, for the production of reconstructed epidermis (for example: reconstruction of an epidermis on dead human dermis de-epidermis: Regnier et al., 1986).
D-2- Résultats Une cohorte de 5 clones cellulaires a été testée pour l'aptitude individuelle de chaque clone à générer un épiderme reconstruit tridimensionnel.D-2 Results A cohort of 5 cell clones was tested for the individual ability of each clone to generate a reconstructed three-dimensional epidermis.
L'expérience a été réalisée à un stade de croissance des clones équivalent à celui décrit dans l'exemple de réalisation n°1 (multiplication correspondant à -16 à 17 générations cellulaires successives).The experiment was carried out at a stage of growth of the clones equivalent to that described in the embodiment example No. 1 (multiplication corresponding to -16 to 17 successive cell generations).
Les 5 clones testés se sont avérés capables de produire un épiderme présentant une organisation représentative de celle d'un épiderme natif.The 5 clones tested were found to be capable of producing an epidermis having an organization representative of that of a native epidermis.
D-3- ConclusionD-3- Conclusion
- La technologie des micro-cultures clonales parallèles selon l'invention permet de produire des séries d'épidermes reconstruits dont la particularité est d'être chacun issus de la descendance d'une cellule unique, alors que les modèles classiquement utilisés pour des campagnes de tests à large échelle sont générés à partir de banques issues d'un mélange de cellules.The technology of parallel clonal micro-cultures according to the invention makes it possible to produce reconstructed series of epidermis whose particularity is to be each derived from the offspring of a single cell, whereas the models conventionally used for campaigns large scale tests are generated from banks derived from a mixture of cells.
- Les épidermes reconstruits produits selon le procédé objet de la présente invention sont générés à partir d'une cellule clonée immédiatement après extraction à partir du tissu, et non après une étape de multiplication en culture, susceptible d'en modifier les caractéristiques.The reconstructed epidermis produced according to the method that is the subject of the present invention is generated from a cloned cell immediately after extraction from the tissue, and not after a multiplication step in culture, capable of modifying its characteristics.
- Dans cet exemple de réalisation, les clones ont été utilisés pour la reconstruction épidermique à un stade de croissance correspondant à -16 à 17 générations cellulaires successives. Dans d'autres modes de réalisation, les reconstructions épidermiques peuvent être réalisées à partir d'un stade plus précoce ou plus tardif de croissance des cellules clonées.In this exemplary embodiment, the clones were used for epidermal reconstruction at a growth stage corresponding to -16 to 17 successive cell generations. In other embodiments, epidermal reconstructions may be performed from an earlier or later stage of growth of the cloned cells.
Le modèle de culture selon la présente invention fournit donc un test fonctionnel original permettant de qualifier le potentiel d'organogenèse de cellules initialement placées en culture individuellement, immédiatement à la suite de la sélection à partir du tissu. Il offre la possibilité d'évaluer l'impact d'un stimulus ou d'un stress à différents stades de croissance de cellules placées en culture isolément, puis d'en étudier les conséquences sur la capacité de reconstruction tissulaire à court ou moyen terme après traitement.The culture model according to the present invention thus provides an original functional test for qualifying the organogenesis potential of initially cultured cells individually, immediately following selection from the tissue. It offers the possibility to evaluate the impact of a stimulus or stress at different stages of growth of cells placed in culture in isolation, and to study the consequences on the capacity for tissue reconstruction in the short or medium term after treatment.
E- EXEMPLE DE REALISATION N°3E-EXEMPLARY EMBODIMENT No. 3
Utilisation du modèle des micro-cultures clonales parallèles pour caractériser la capacité clonogénique des kératinocytes présents au niveau d'une localisation tissulaire d'intérêt. Il s'agit en particulier d'estimer leur aptitude à donner naissance à un clone cellulaire, dont la taille représente un indicateur de leur potentiel de multiplication à court terme (Figure 4).Use of the parallel clonal micro-culture model to characterize the clonogenic capacity of keratinocytes present at a tissue location of interest. In particular, it is necessary to estimate their ability to give birth to a cell clone, the size of which is an indicator of their short-term multiplication potential (Figure 4).
E- 1 - Matériels et méthodes - Extraction de kératinocytes à partir d'un épiderme issu d'une biopsie cutanée adulte (réduction mammaire), dissociation et mise en suspension.E- 1 - Materials and methods - Extraction of keratinocytes from an epidermis resulting from an adult skin biopsy (breast reduction), dissociation and suspension.
- Marquage des kératinocytes en suspension à l'aide d'un anticorps couplé à un fluorochrome permettant de trier une population de kératinocytes correspondant à la couche basale de l'épiderme (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 (Itgaβ) : phénotype Itga6fort).Marking of keratinocytes in suspension using an antibody coupled to a fluorochrome making it possible to sort a population of keratinocytes corresponding to the basal layer of the epidermis (high level of expression of the α6 integrin (Itgaβ): phenotype Itga6 strong ).
- À l'aide du module de clonage par cytométrie en flux, ensemencement automatisé de plaques de culture multi-puits, à raison d'un kératinocyte basai unique par puits.- Using the flow cytometry cloning module, automated seeding of multi-well culture plates, using a single basal keratinocyte per well.
- Après 2 semaines de culture, repérage des puits dans lesquels le kératinocyte clone a donné naissance à un clone cellulaire, puis décollement et comptage des kératinocytes, individuellement pour chaque clone. - Classement des différents clones en fonction de leur taille individuelle.After 2 weeks of culture, identification of the wells in which the cloned keratinocyte gave rise to a cell clone and then detachment and counting of the keratinocytes, individually for each clone. - Classification of different clones according to their individual size.
E- 2 - RésultatsE- 2 - Results
L'analyse de la distribution des tailles de clones générés par des kératinocytes issus de la couche basale de l'épiderme, réalisée sur une cohorte de cumulée de -800 clones, révèle l'hétérogénéité fonctionnelle de ce compartiment cellulaire (Figure 4).The analysis of the clone size distribution generated by keratinocytes derived from the basal layer of the epidermis, performed on a cumulative cohort of -800 clones, reveals the functional heterogeneity of this cell compartment (FIG. 4).
- Au sommet de cette hiérarchie, se trouve une fraction minoritaire de clones se caractérisant par une importante capacité de prolifération à court terme, dont la taille peut excéder 15x104 kératinocytes en 2 semaines.At the top of this hierarchy, there is a minority fraction of clones characterized by an important short-term proliferation capacity, whose size may exceed 15x10 4 keratinocytes in 2 weeks.
- En bas de la hiérarchie, se trouve une fraction de clones se caractérisant au contraire par une capacité de prolifération très restreinte. La taille de ces clones abortifs n'excède pas 104 kératinocytes après 2 semaines de culture. - Entre ces extrêmes, se trouve la majorité des clones, qui apparaissent distribués suivant un gradient de taille, la valeur taille majoritairement représentée étant située autour de 9x104 kératinocytes.- At the bottom of the hierarchy is a fraction of clones characterized by a very limited proliferation capacity. The size of these abortive clones does not exceed 10 4 keratinocytes after 2 weeks of culture. - Between these extremes, is the majority of the clones, which appear distributed along a size gradient, the size value represented mainly being located around 9x10 4 keratinocytes.
E- 3 - ConclusionE- 3 - Conclusion
- La technologie des micro-cultures clonales parallèles selon l'invention permet d'estimer précisément la capacité clonogénique individuelle des cellules d'un échantillon d'intérêt, dans cet exemple de réalisation une préparation de kératinocytes basaux de l'épiderme. - En particulier, la méthode se montre résolutive pour définir un profil de croissance clonale fournissant une 'signature fonctionnelle' représentative d'un tissu, ou d'une sous-localisation au sein d'un tissu, dans le cas présent la couche basale de l'épiderme interfolliculaire humain adulte. - De plus, le système permet de distinguer, au sein d'un échantillon cellulaire d'intérêt, des cellules présentant des potentialités distinctes, en fonction de leur capacité de croissance clonale à court terme.The technology of parallel clonal micro-cultures according to the invention makes it possible to precisely estimate the individual clonogenic capacity of the cells of a sample of interest, in this exemplary embodiment a preparation of basal keratinocytes of the epidermis. In particular, the method is resolutive in defining a clonal growth profile providing a representative functional signature of a tissue, or a sub-localization within a tissue, in this case the basal layer of tissue. the adult human interfollicular epidermis. In addition, the system makes it possible to distinguish, within a cell sample of interest, cells having distinct potentialities, as a function of their clonal growth capacity in the short term.
Le modèle de culture selon la présente invention fournit donc un test fonctionnel original permettant d'estimer la capacité clonogénique de cohortes de cellules placées en culture individuellement. Une application possible est le développement de contrôles qualité réalisés à l'échelle de la cellule individuelle visant à évaluer la fonctionnalité (ou non fonctionnalité) d'échantillons cellulaires d'intérêt, par comparaison avec une référence validée. Le système des micro-cultures clonales offre en outre la possibilité de générer des échantillons cellulaires à partir d'une seule cellule, chacun correspondant individuellement à une capacité de prolifération à court terme précisément définie. Une autre application possible consiste à utiliser le système pour la réalisation d'études visant à analyser les conséquences fonctionnelles à court terme d'un traitement (bénéfique ou toxique) appliqué à l'échelle de la cellule individuelle. F- EXEMPLE DE REALISATION N°4The culture model according to the present invention thus provides an original functional test for estimating the clonogenic capacity of cohorts of cells placed in culture individually. One possible application is the development of quality checks carried out at the individual cell scale to evaluate the functionality (or non-functionality) of cellular samples of interest, compared to a validated reference. The clonal micro-culture system further provides the ability to generate cell samples from a single cell, each individually corresponding to a precisely defined short-term proliferation capability. Another possible application is to use the system for conducting studies to analyze the short-term functional consequences of a treatment (beneficial or toxic) applied at the individual cell level. F-Exemplary Embodiment No. 4
Utilisation du modèle des micro-cultures clonales parallèles pour caractériser le potentiel de croissance à long terme des kératinocytes d'un échantillon d'intérêt. Il s'agit en particulier de détecter la présence de kératinocytes possédant l'une des propriétés fonctionnelles associées aux cellules souches épidermiques, à savoir la capacité à effectuer au moins 100 doublements de population en culture (Figure 5).Use of the parallel clonal micro-culture model to characterize the long-term growth potential of keratinocytes of a sample of interest. In particular, it involves detecting the presence of keratinocytes having one of the functional properties associated with epidermal stem cells, namely the ability to perform at least 100 population doublings in culture (FIG. 5).
F- 1 - Matériels et méthodesF- 1 - Materials and methods
- Extraction de kératinocytes à partir d'un épiderme issu d'une biopsie cutanée adulte (réduction mammaire), dissociation et mise en suspension. - Marquage des kératinocytes en suspension à l'aide d'un anticorps couplé à un fluorochrome permettant de trier une population de kératinocytes correspondant à la couche basale de l'épiderme (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 {Itgaβ) : phénotype Itga6fort).- Extraction of keratinocytes from an epidermis resulting from an adult skin biopsy (breast reduction), dissociation and suspension. - Marking of keratinocytes in suspension using an antibody coupled to a fluorochrome allowing to sort a population of keratinocytes corresponding to the basal layer of the epidermis (high level of expression of the integrin α6 {Itgaβ): phenotype Itga6 strong ).
- À l'aide du module de clonage par cytométhe en flux, ensemencement automatisé de plaques de culture multi-puits, à raison d'un kératinocyte basai unique par puits.- Using the flow cytometry cloning module, automated seeding of multi-well culture plates, with a single basal keratinocyte per well.
- Après 2 semaines de culture, repérage des puits dans lesquels le kératinocyte clone a donné naissance à un clone cellulaire.After 2 weeks of culture, identification of the wells in which the cloned keratinocyte gave rise to a cell clone.
- Ensemencement de cultures de masse à partir d'une cohorte représentative de micro-cultures clonales, dans des conditions favorisant la multiplication cellulaire.- Inoculation of mass cultures from a representative cohort of clonal micro-cultures, under conditions favoring cell multiplication.
- Repiquages successifs des différentes cultures séparément, chaque semaine, jusqu'à atteinte de la limite le leur potentiel de multiplication individuel. - Évaluation du nombre de sous-cultures successives que chaque culture d'origine clonale était capable de soutenir et estimation du nombre total cumulé de doublements de population effectués à chaque repiquage et à l'issue des cultures à long terme.- Successive replantings of the different crops separately, each week, until reaching the limit of their individual multiplication potential. - Evaluation of the number of successive subcultures that each culture of clonal origin was able to support and estimate the cumulative total number of population doublings performed at each transplant and at the end of the long-term cultures.
F- 2 - RésultatsF- 2 - Results
L'analyse du potentiel de croissance à long terme d'une cohorte de 23 clones issus de kératinocytes basaux révèle l'hétérogénéité de potentiel marquée de ce compartiment (Figure 5). - En bas de la hiérarchie de potentiel observée, se trouvent des clones possédant un potentiel de croissance restreint, ne pouvant être maintenus en culture que durant 6 à 7 semaines et seulement capables d'effectuer un total de 30 à 40 doublements de population.The analysis of the long-term growth potential of a cohort of 23 clones derived from basal keratinocytes reveals the marked potential heterogeneity of this compartment (Figure 5). - At the bottom of the observed potential hierarchy are clones with limited growth potential that can only be maintained in culture for 6-7 weeks and only able to perform a total of 30-40 population doublings.
- En haut de la hiérarchie de potentiel, se trouvent des clones possédant un potentiel de croissance très important, pouvant être sous- cultivés durant plus de 24 semaines sans réduction notable de leur capacité de croissance et ainsi capables de dépasser le niveau d'expansion de 100 doublements de population.- At the top of the potential hierarchy are clones with a very high growth potential, which can be subcultured for more than 24 weeks without significant reduction in their growth capacity and thus able to exceed the level of growth of 100 doublings of population.
- Entre ces extrêmes, se trouvent des clones distribués selon un large gradient de potentiel, pouvant être sous-cultivés durant 9 à 18 semaines, et majoritairement capables d'effectuer 40 à 80 doublements de population.- Between these extremes, are clones distributed according to a wide potential gradient, which can be subcultured for 9 to 18 weeks, and mostly capable of performing 40 to 80 doublings of population.
F- 3 - ConclusionF- 3 - Conclusion
- La technologie des micro-cultures clonales parallèles selon l'invention permet d'estimer précisément l'étendue du potentiel de croissance à long terme des cellules d'un échantillon d'intérêt, dans cet exemple de réalisation une préparation de kératinocytes basaux de l'épiderme. - En particulier, la méthode se montre résolutive pour distinguer a posteriori des clones générés à partir d'une cellule souche, grâce à leur capacité à effectuer un cumul d'au moins 100 doublements de population, de clones issus d'une cellule progénitrice, dont la capacité de prolifération à long terme est plus limitée, généralement comprise entre 30 et 80 doublements de population.The parallel clonal micro-culture technology according to the invention makes it possible to precisely estimate the extent of the long-term growth potential of the cells of a sample of interest, in this exemplary embodiment a preparation of basal keratinocytes of 'epidermis. - In particular, the method is resolutive to distinguish a posteriori clones generated from a stem cell, thanks to their ability to accumulate at least 100 population doublings, clones from a progenitor cell, whose long-term proliferation capacity is more limited, usually between 30 and 80 population doublings.
- Le système permet de générer des échantillons cellulaires correspondant à la descendance de cellules souches et de cellules progénitrices, dont les propriétés peuvent être étudiées et comparées à différentes phases de leur prolifération à long terme.The system makes it possible to generate cell samples corresponding to the progeny of stem cells and progenitor cells, the properties of which can be studied and compared with different phases of their long-term proliferation.
Le modèle de culture selon la présente invention fournit donc un test fonctionnel original permettant de qualifier le potentiel de croissance à long terme de cellules initialement placées en culture individuellement. Il offre par exemple la possibilité d'estimer le potentiel régénératif d'un échantillon, notamment en évaluant la présence (ou l'absence) de cellules souches. Une utilisation possible consiste à réaliser des études visant à analyser les conséquences fonctionnelles à long terme d'un traitement (bénéfique ou toxique) appliqué à l'échelle de la cellule individuelle.The culture model according to the present invention thus provides an original functional test for qualifying the long-term growth potential of cells initially placed in culture individually. For example, it offers the possibility of estimating the regenerative potential of a sample, in particular by evaluating the presence (or absence) of stem cells. One possible use is to conduct studies to analyze the long-term functional consequences of a treatment (beneficial or toxic) applied at the individual cell level.
G- EXEMPLE DE RÉALISATION N°5G- EXEMPLARY EMBODIMENT 5
Utilisation du test fonctionnel des micro-cultures clonales parallèles pour quantifier à l'échelle de la cellule unique isolée l'impact d'une irradiation sur des kératinocytes épidermiques de phénotypes distincts (Figure 6).Using the functional test of parallel clonal micro-cultures to quantify on the scale of the isolated single cell the impact of irradiation on epidermal keratinocytes of distinct phenotypes (Figure 6).
G-1 - Matériels et méthodesG-1 - Materials and Methods
- Extraction de kératinocytes à partir d'un épiderme issu d'une biopsie cutanée adulte (réduction mammaire), dissociation et mise en suspension.- Extraction of keratinocytes from an epidermis resulting from an adult skin biopsy (breast reduction), dissociation and suspension.
- Marquage des kératinocytes en suspension à l'aide d'anticorps couplés à des flurochromes permettant de trier en cytométrie de flux un phénotype de cellules "souches" (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 (Itgaβ) et faible niveau d'expression du récepteur de la transferrine (CD71 ) : phénotype Itga6fort CD71faιblθ) et un phénotype de "cellules progénitrices" (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 {Itgaβ) et fort niveau d'expression du récepteur de la transferrine (CD71 ) : phénotype Itga6fort CD71fort) (modèle de sélection : Li et al., 1998).- Marking of keratinocytes in suspension using antibodies coupled to flurochromes making it possible to sort in flow cytometry a phenotype of "stem" cells (high level of expression of the α6 integrin (Itgaβ) and low level of expression of the transferrin receptor (CD71): Itga6 strong phenotype CD71 faιblθ ) and a "progenitor cell" phenotype (high level of integrin α6 {Itgaβ) expression and high level of expression of the receptor transferrin (CD71): ITGA6 strong strong CD71 phenotype) (selection model: Li et al, 1998)..
- À l'aide d'un module de clonage par cytométrie en flux, ensemencement automatisé de plaques de culture multi-puits, à raison d'une cellule unique par puits, et ce, pour chacun des deux phénotypes cellulaires étudiés.- Using a flow cytometry cloning module, automated seeding of multi-well culture plates, at the rate of a single cell per well, and this, for each of the two cellular phenotypes studied.
- Vingt heures après ensemencement, irradiation de chaque cellule isolée, à une dose unique de 2 Gy (rayonnements γ).- Twenty hours after seeding, irradiation of each isolated cell, at a single dose of 2 Gy (γ radiation).
- Après 2 semaines de culture, comptage des puits dans lesquels un clone cellulaire s'était développé, puis décollement et comptages des kératinocytes, individuellement pour chaque clone.After 2 weeks of culture, counting wells in which a cell clone had grown, then detachment and counts of keratinocytes, individually for each clone.
G-2- RésultatsG-2- Results
G-2-1- Impact de l'irradiation sur la capacité clonogénique des kératinocytes isolés (Figure 6A)G-2-1- Impact of irradiation on the clonogenic capacity of isolated keratinocytes (Figure 6A)
En condition contrôle (sans irradiation), les deux phénotypes de kératinocytes testés montraient une forte capacité à générer un clone cellulaire. Ils ne se distinguaient pas de manière notable sur ce critère.In control condition (without irradiation), the two keratinocyte phenotypes tested showed a strong ability to generate a cell clone. They did not differ significantly on this criterion.
- 70,3% des kératinocytes de phénotype Itgα6fort CD71faιblθ (sous- population enrichie en cellules souches) ensemencés individuellement ont donné naissance à un clone cellulaire.70.3% of the strong phenotype Itgα6 phenotype keratinocytes CD71 faιblθ (seed cell enriched subpopulation) seeded individually gave rise to a cell clone.
- 61 ,7% des kératinocytes de phénotype Itgα6fort CD71fort (sous-population composée de progéniteurs) ont généré un clone.- 61, 7% of Itgα6 keratinocyte phenotype strong strong CD71 (subpopulation consisted of progenitors) generated a clone.
Les kératinocytes des deux phénotypes étaient en revanche affectés de manière différente par l'irradiation.On the other hand, the keratinocytes of both phenotypes were affected differently by irradiation.
- Le pourcentage de kératinocytes de phénotype Itgα6fort CD71faιble donnant naissance à un clone était abaissé de 70,3% (condition contrôle) à 47,3% (irradiation 2 Gy), ce qui a permis d'estimer le maintien de la capacité clonogénique de ces cellules à 67,3%.The percentage of keratinocytes with a strong CD71 Itgα6 phenotype giving rise to a clone was lowered by 70.3% (control condition) at 47.3% (irradiation 2 Gy), which made it possible to estimate the maintenance of the clonogenic capacity of these cells at 67.3%.
- La capacité clonogénique des kératinocytes de phénotype Itga6fort CD71fort était diminuée de manière plus drastique par l'irradiation : 61 ,7% de cellules donnant naissance à un clone en condition contrôle versus 23,0% en condition d'irradiation, ce qui a permis d'estimer un maintien de la capacité clonogénique à seulement 37,3%.- The clonogenic capacity of ITGA6 strong strong CD71 phenotype of keratinocytes was decreased more drastically by the irradiation: 61, 7% of cells giving birth to a clone in control condition versus 23.0% in conditions of radiation, which estimated a maintenance of clonogenic capacity at only 37.3%.
G-2-2- Impact de l'irradiation sur le potentiel de croissance des clones (Figure 6B)G-2-2- Impact of irradiation on the growth potential of clones (Figure 6B)
En condition contrôle, la taille des clones produits ne s'est pas non plus avérée être un critère permettant de distinguer nettement les deux types de kératinocytes étudiés.In controlled conditions, the size of the clones produced also did not prove to be a criterion making it possible to clearly distinguish the two types of keratinocytes studied.
- Les kératinocytes des deux phénotypes se sont montré capables de générer une proportion importante de clones de taille importante, comprenant au moins 5x104 kératinocytes.The keratinocytes of the two phenotypes have been shown to be capable of generating a large proportion of large clones, comprising at least 5 × 10 4 keratinocytes.
L'analyse des distributions de la taille des clones obtenus a fourni des paramètres permettant de distinguer clairement les réponses spécifiques à l'irradiation des kératinocytes de phénotypes distincts. - Réduction modérée de la capacité des kératinocytes Itgα6fort CD71faιble clones à générer des clones de grande taille suite à l'irradiation (taille médiane des clones en condition contrôle : 10,1x104 cellules / clone ; taille médiane pour le groupe irradié : 6,8x104 cellules / clone).The analysis of the size distributions of the clones obtained provided parameters making it possible to clearly distinguish the specific irradiation responses of the keratinocytes from distinct phenotypes. - Moderate reduction of the capacity of Itgα6 strong keratinocytes CD71 weak clones to generate large clones following irradiation (median size of the clones in control condition: 10.1x10 4 cells / clone, median size for the irradiated group: 6 8x10 4 cells / clone).
- Réduction fortement marquée de la capacité des kératinocytes Itgα6fort CD71fort à produire des clones de grande taille suite à l'irradiation (taille médiane des clones, groupe contrôle : 8,5x104 cellules / clone ; taille médiane pour le groupe irradié : 1 ,2x104 cellules / clone).- strongly marked reduction of the capacity of keratinocytes Itgα6 very strong CD71 producing clones large following irradiation (median size of clones, control group: 8,5x10 4 cells / clone; median size for the irradiated group: 1 2x10 4 cells / clone).
G-3- Conclusion - Le modèle des micro-cultures clonales parallèles selon l'invention se montre performant pour analyser la capacité de croissance de kératinocytes de phénotypes précis à l'échelle de la cellule individuelle. En effet, les valeurs d'efficacités clonogéniques obtenues dans ce modèle, atteignant 60 à 70% des cellules clonées, s'avèrent très supérieures à ce qui est généralement décrit dans des systèmes de culture conventionnels, concernant des kératinocytes directement issus d'une biopsie de tissu, pour lesquels les valeurs sont de l'ordre de 10%.G-3 Conclusion The model of parallel clonal micro-cultures according to the invention is efficient for analyzing the growth capacity of keratinocytes of specific phenotypes at the level of the individual cell. Indeed, the clonogenic efficiency values obtained in this model, reaching 60 to 70% of the cloned cells, prove to be much higher than what is generally described in conventional culture systems, concerning keratinocytes directly derived from a biopsy of tissue, for which the values are of the order of 10%.
- Ce modèle s'avère également performant pour détecter, qualifier et quantifier un effet délétère sur le potentiel de croissance cellulaire. Le présent exemple illustre l'aptitude du système à être valorisé par le développement de tests in vitro de radio-toxicologie.- This model is also effective to detect, qualify and quantify a deleterious effect on the cell growth potential. This example illustrates the ability of the system to be enhanced by the development of in vitro tests of radio-toxicology.
H- EXEMPLE DE RÉALISATION N°6 Utilisation du test fonctionnel des micro-cultures clonales parallèles pour évaluer les conséquences de l'irradiation d'une cellule unique sur le potentiel de croissance de sa descendance. Comparaison du comportement de kératinocytes épidermiques de phénotypes distincts (Figure 7).EXAMPLE 6 Use of the functional test of parallel clonal micro-cultures to evaluate the consequences of the irradiation of a single cell on the growth potential of its offspring. Comparison of the behavior of epidermal keratinocytes of distinct phenotypes (Figure 7).
H-1- Matériels et méthodesH-1- Materials and methods
À la suite de la procédure décrite dans le cadre de l'exemple de réalisation n°5 :Following the procedure described in the context of the embodiment example 5:
- Ensemencement à faible densité d'une partie des kératinocytes issus des clones, de manière à obtenir des colonies individualisées : dans cet exemple, densité de 5 kératinocytes / cm2.- Low density seeding of a portion of keratinocytes from clones, so as to obtain individualized colonies: in this example, density of 5 keratinocytes / cm 2 .
- Après 2 semaines de culture, fixation et coloration des colonies, de manière à pouvoir effectuer une observation microscopique et macroscopique.- After 2 weeks of culture, fixing and staining colonies, so as to make a microscopic and macroscopic observation.
H-2- Résultats En condition contrôle (sans irradiation des cellules initiales placées en culture individuellement), les groupes de clones testés pour leur aptitude à générer des colonies secondaires ont montré des caractéristiques très similaires pour ce critère. - La capacité à produire des colonies secondaires des 2 séries de clones, respectivement issus de kératinocytes Itga6fort CD71faιblθ [clones (1 ) à (5)] et de kératinocytes Itga6fort CD71fort [clones (11 ) à (15)], s'est avérée comparable.H-2- Results In control conditions (without irradiation of the initial cells placed in culture individually), the groups of clones tested for their ability to generate secondary colonies showed very similar characteristics for this criterion. - The ability to produce secondary colonies of the two series of clones, respectively from ITGA6 strong CD71 faιblθ keratinocytes [clones (1) to (5)] and keratinocytes ITGA6 strong strong CD71 [clones (11) to (15)], proved to be comparable.
- Ces 2 groupes comprenaient à la fois des clones cellulaires donnant naissance en abondance à des colonies secondaires de grande taille [par exemple : clones (1 ) et (11 )] et des clones donnant naissance à des colonies peu abondantes et de petite taille [par exemple : clones (5) et (15)].These 2 groups included both cell clones giving abundant birth to large secondary colonies [eg clones (1) and (11)] and clones giving rise to small and small colonies [ for example: clones (5) and (15)].
Pour ce qui était des groupes des clones issus d'une cellule ayant subi une irradiation (dose unique 2 Gy), l'aptitude à générer des colonies secondaires s'est avérée clairement distincte pour les 2 phénotypes de kératinocytes testés.With respect to clone groups from an irradiated cell (single dose 2 Gy), the ability to generate secondary colonies was clearly distinct for the 2 keratinocyte phenotypes tested.
- Le groupe de clones issus de kératinocytes Itga6fort CD71faιble [clones (6) à (10)] montrait une capacité à produire des colonies secondaires équivalente à celle des groupes non irradiés.The group of clones derived from Itga6 strong CD71 weak keratinocytes [clones (6) to (10)] showed a capacity to produce secondary colonies equivalent to that of non-irradiated groups.
- En revanche, le groupe de clones issus de kératinocytes Itga6fort CD71fort ayant subi une irradiation [clones (16) à (20)] montrait une capacité clonogénique secondaire diminuée (pertes des colonies de diamètre > 5 mm).- In contrast, the group of clones from ITGA6 strong strong CD71 keratinocytes undergoing irradiation [clones (16) to (20)] showed a decreased secondary clonogenic capacity (loss of colonies of diameter> 5 mm).
H-3- ConclusionH-3- Conclusion
Le modèle des micro-cultures clonales parallèles selon la présente invention est adapté pour mettre en évidence, qualifier et quantifier, les conséquences non immédiates d'une irradiation réalisée sur des kératinocytes étudiés individuellement. Dans le cas présent, l'effet délétère mis en évidence était une perte de capacité de croissance mesurée sur la descendance des cellules placées en culture clonale.The model of parallel clonal micro-cultures according to the present invention is adapted to highlight, qualify and quantify the non-immediate consequences of irradiation carried out on keratinocytes studied individually. In this case, the effect deleterious highlighted was a loss of growth capacity measured on the progeny of cells placed in clonal culture.
I- EXEMPLE DE REALISATION N°7EXEMPLARY EMBODIMENT No. 7
Utilisation du modèle des micro-cultures clonales parallèles pour analyser les conséquences à long terme d'un stress génotoxique appliqué sur des cellules placées en condition clonale. Il s'agit d'appliquer un stress quelques heures après ensemencement des cellules individuellement dans des puits de culture séparés, puis d'initier des cultures à long terme après que les cellules se sont divisées. La présence d'anomalies au niveau du génome est alors recherchée au niveau de la descendance des cellules clonées, après que celle-ci a effectué un nombre de doublement de population déterminé. Cette recherche est par exemple réalisée en utilisant une technique permettant de mettre en évidence les déséquilibres de représentation de séquences d'ADN dans le génome (délétions, amplifications) : l'hybridation génomique comparative (CGH) (Figure 8).Use of the parallel clonal micro-culture model to analyze the long-term consequences of genotoxic stress applied to cells placed in clonal conditions. This involves applying stress a few hours after seeding the cells individually into separate culture wells, and then initiating long-term cultures after the cells have split. The presence of abnormalities in the genome is then sought at the level of the progeny of the cloned cells, after it has made a number of population doubling determined. This research is for example carried out using a technique for highlighting the imbalances of representation of DNA sequences in the genome (deletions, amplifications): comparative genomic hybridization (CGH) (Figure 8).
1-1 - Matériels et méthodes1-1 - Materials and methods
- Extraction de kératinocytes à partir d'un épiderme issu d'une biopsie cutanée adulte (réduction mammaire), dissociation et mise en suspension.- Extraction of keratinocytes from an epidermis resulting from an adult skin biopsy (breast reduction), dissociation and suspension.
- Marquage des kératinocytes en suspension à l'aide d'un anticorps couplé à un fluorochrome permettant de trier une population de kératinocytes correspondant à la couche basale de l'épiderme (fort niveau d'expression de l'intégrine α6 {Itgaβ) : phénotype Itga6fort).- Marking of keratinocytes in suspension using an antibody coupled to a fluorochrome allowing to sort a population of keratinocytes corresponding to the basal layer of the epidermis (high level of expression of the integrin α6 {Itgaβ): phenotype Itga6 strong ).
- À l'aide du module de clonage par cytométhe en flux, ensemencement automatisé de plaques de culture multi-puits, à raison d'un kératinocyte basai unique par puits. - Séparation des micro-cultures clonales en 2 groupes : 1 ) groupe soumis à une dose unique de 2 Grays de rayonnement gamma 19 heures après ensemencement ; 2) groupe contrôle non irradié.- Using the flow cytometry cloning module, automated seeding of multi-well culture plates, with a single basal keratinocyte per well. Separation of the clonal micro-cultures in 2 groups: 1) group subjected to a single dose of 2 Grays of gamma radiation 19 hours after seeding; 2) non-irradiated control group.
- Après 2 semaines de culture, pour chacun des 2 groupes, repérage des puits dans lesquels le kératinocyte clone a donné naissance à un clone cellulaire.After 2 weeks of culture, for each of the 2 groups, identification of the wells in which the cloned keratinocyte gave rise to a cell clone.
- Ensemencement de cultures de masse à partir de cohortes de micro-cultures clonales représentatives de chacun des 2 groupes, dans des conditions favorisant la multiplication cellulaire. - Repiquages successifs des différentes cultures séparément, chaque semaine, jusqu'à atteinte de la limite le leur potentiel de multiplication individuel.Seeding of mass cultures from cohorts of clonal micro-cultures representative of each of the two groups, under conditions favoring cell multiplication. - Successive replantings of the different crops separately, each week, until reaching the limit of their individual multiplication potential.
- Évaluation du nombre de sous-cultures successives que chaque culture d'origine clonale était capable de soutenir et estimation du nombre total cumulé de doublements de population effectués à chaque repiquage et à l'issue des cultures à long terme.- Evaluation of the number of successive subcultures that each culture of clonal origin was able to support and estimate the cumulative total number of population doublings performed at each transplant and at the end of the long-term cultures.
- Parmi des groupes contrôles et irradiés, sélection de cultures montrant une capacité de prolifération à long terme très importante, notamment capables d'effectuer au moins 150 doublements de population.- Among the control and irradiated groups, selection of cultures showing a long-term proliferation capacity very important, in particular capable of carrying out at least 150 doublings of population.
- Pour chaque candidat choisi, préparation d'échantillons d'ADN génomique correspondant à un stade tardif de prolifération à long terme, dans le cas présent les cultures ayant effectué de l'ordre de 150 doublements de population après ensemencements clonaux. - Sur les échantillons d'ADN générés, issus des groupes contrôles et irradiés, recherche de zones du génome présentant des anomalies de type délétion et/ou amplification par hybridation génomique comparative (CGH) versus ADN de référence (puces CGH Constitutional Chip® 4.0, PerkinElmer, Inc ; selon procédé recommandé par le fabricant).For each candidate selected, preparation of genomic DNA samples corresponding to a late stage of long-term proliferation, in this case the cultures having made about 150 doublings of population after clonal sowing. - On the DNA samples generated, from the control and irradiated groups, search for genome zones presenting deletion and / or amplification anomalies by comparative genomic hybridization (CGH) versus reference DNA (CGH Constitutional Chip ® 4.0 chips, PerkinElmer, Inc. according to the method recommended by the manufacturer).
I-2 - Résultats L'analyse cytogénétique par puces CGH des cultures à long terme d'origine clonale montre que la dose de rayons gamma étudiée de 2I-2 - Results CGH flea cytogenetic analysis of long-term cultures of clonal origin shows that gamma dose
Grays a pour conséquence l'acquisition d'anomalies chromosomiques transmises à la descendance, qui s'avèrent détectables un grand nombre de divisions cellulaires après application du stress génotoxique (Figure 8).Grays results in the acquisition of chromosomal abnormalities transmitted to offspring, which are found to be detectable by a large number of cell divisions after application of genotoxic stress (Figure 8).
- Dans l'exemple présenté, une amplification d'un locus d'une taille de 44,3 Méga bases situé sur le chromosome 10 (région 10q11.21 - 10q23.1 ) est détectée au niveau de l'ADN de la descendance d'un kératinocyte, 150 doublements de population après que celui-ci ait été irradié.In the example presented, an amplification of a 44.3 mega-base locus located on chromosome 10 (region 10q11.21-10q23.1) is detected at the level of the DNA of the offspring. a keratinocyte, 150 doublings of population after it has been irradiated.
- En revanche, ce même segment génomique étudié au niveau de l'ADN de la descendance de 2 exemples de kératinocytes n'ayant pas été irradiés ne présente pas ce type d'altération du génome.- In contrast, this same genomic segment studied at the DNA level of the offspring of 2 examples of keratinocytes that have not been irradiated does not exhibit this type of genome alteration.
1-3 - Conclusion1-3 - Conclusion
- La technologie des micro-cultures clonales permet de soumettre des kératinocytes basaux de l'épiderme individuellement à un stress génotoxique, dans le cas présent une irradiation gamma, puis d'en évaluer les conséquences à long terme sur la descendance. - En particulier, la méthode se montre valide pour analyser à l'échelon clonal, l'impact d'un stress sur l'intégrité du génome des kératinocytes basaux.- The clonal micro-culture technology makes it possible to subject individual epidermal basal keratinocytes to genotoxic stress, in this case gamma irradiation, and then to evaluate the long-term consequences on the offspring. - In particular, the method is valid for analysis at the clonal level, the impact of stress on the genome integrity of basal keratinocytes.
- Dans cet exemple de réalisation, le système permet de mettre en évidence un effet génotoxique d'une irradiation gamma sur des kératinocytes issus de la couche basale de l'épiderme.In this exemplary embodiment, the system makes it possible to demonstrate a genotoxic effect of gamma irradiation on keratinocytes derived from the basal layer of the epidermis.
Le modèle de culture selon la présente invention fournit donc un système original permettant de réaliser des tests de toxicologie à l'échelle de la cellule individuelle. Il offre par exemple la possibilité de caractériser la sensibilité individuelle des kératinocytes basaux de l'épiderme aux agents génotoxiques. Une utilisation possible est la réalisation de tests visant à détecter l'apparition d'anomalies au niveau du génome de type délétions et/ou amplifications, conséquemment à une exposition à un toxique, et analyser leur transmission à la descendance au cours des divisions cellulaires successives, en particulier sur le long terme. The culture model according to the present invention thus provides an original system for performing toxicology tests at the individual cell scale. It offers, for example, the possibility of characterizing the individual sensitivity of basal keratinocytes of the epidermis to genotoxic agents. One possible use is the performance of tests aiming at detecting the occurrence of genome defects such as deletions and / or amplifications, as a result of exposure to a toxin, and analyzing their transmission to the offspring during successive cell divisions, particularly in the long term.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Système de culture clonale de cellules épithéliales optimisé pour l'évaluation et l'exploitation des propriétés spécifiques d'une cellule unique, dans lequel un support de culture comprend au moins une culture clonale ensemencée avec une cellule épithéliale unique directement extraite d'un échantillon biologique de tissu épithélial sain ou malade.A clonal epithelial cell culture system optimized for evaluating and exploiting specific properties of a single cell, wherein a culture support comprises at least one clonal culture seeded with a single epithelial cell directly extracted from a biological sample of healthy or diseased epithelial tissue.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit support de culture comprend au moins deux cultures clonales parallèles, chacune desdites cultures étant ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement extraite dudit échantillon biologique.2. System according to claim 1, characterized in that said culture support comprises at least two parallel clonal cultures, each of said cultures being seeded with a distinct and unique epithelial cell directly extracted from said biological sample.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme de biopuce.3. System according to claim 1 or 2, characterized in that it is in the form of biochip.
4. Procédé de culture clonale de cellules épithéliales optimisé pour l'évaluation et l'exploitation des propriétés spécifiques d'une cellule unique, comprenant au moins les étapes consistant à : a) extraire une ou plusieurs cellules épithéliales directement à partir d'un échantillon biologique de tissu épithélial sain ou malade ; b) facultativement, sélectionner au moins une population et/ou sous-population de cellules épithéliales parmi les cellules extraites à l'étape a) ; c) réaliser une culture clonale ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement issue de l'étape a) ou b) ; et d) évaluer qualitativement et/ou quantitativement la croissance cellulaire dans la culture clonale de l'étape c).A method of clonally culturing epithelial cells optimized for evaluating and exploiting specific properties of a single cell, comprising at least the steps of: a) extracting one or more epithelial cells directly from a sample biological healthy or diseased epithelial tissue; b) optionally, selecting at least one population and / or subpopulation of epithelial cells from the cells extracted in step a); c) performing a clonal culture seeded with a distinct and unique epithelial cell directly from step a) or b); and d) qualitatively and / or quantitatively assessing cell growth in the clonal culture of step c).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape e) consistant à amplifier la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), ou sa descendance, par une ou plusieurs sous-cultures successives.5. Method according to claim 4, characterized in that it further comprises the step e) of amplifying the cell population clonal culture of step c), or its progeny, by one or more successive subcultures.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape f) consistant à utiliser la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), ou sa descendance, pour reconstruire un tissu tridimensionnel, de manière à évaluer son potentiel de reconstruction tissulaire.6. Method according to claim 4 or 5, characterized in that it further comprises the step f) of using the cell population of the clonal culture of step c), or its progeny, to reconstruct a three-dimensional tissue. , so as to evaluate its potential for tissue reconstruction.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape g) consistant à sous- cultiver la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), dans des conditions favorisant l'expansion cellulaire jusqu'à épuisement du potentiel d'expansion, de manière à évaluer le potentiel d'expansion à long terme de ladite population cellulaire.7. Method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that it further comprises step g) of subculturing the cell population of the clonal culture of step c) under conditions promoting cell expansion until the expansion potential is exhausted, so as to evaluate the long-term expansion potential of said cell population.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape h) consistant à évaluer le potentiel clonogénique de la descendance de la population cellulaire de la culture clonale de l'étape c), à l'aide d'un test quantitatif de clonogénicité dans lequel on réalise des cultures secondaires strictement clonales et/ou des cultures à faible densité permettant la croissance de colonies individualisées.8. Method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that it further comprises step h) of evaluating the clonogenic potential of the progeny of the cell population of the clonal culture of step c ), using a quantitative clonogenicity test in which strictly clonal secondary cultures and / or low density cultures are grown to allow individualized colonies to grow.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'étape c) comprend la réalisation d'au moins deux cultures clonales parallèles, chacune desdites cultures étant ensemencée avec une cellule épithéliale distincte et unique directement issue de l'étape a) ou b). 9. Method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that step c) comprises the production of at least two parallel clonal cultures, each of said cultures being seeded with a distinct and unique epithelial cell directly derived from step a) or b).
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ou procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que ledit échantillon biologique de tissu épithélial est obtenu par biopsie chez un mammifère, de préférence chez l'homme.10. System according to any one of claims 1 to 3, or method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that said biological sample of epithelial tissue is obtained by biopsy in a mammal, preferably in the man.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 10, ou procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que ledit tissu épithélial est choisi parmi les épithéliums, par exemple l'épiderme interfolliculaire de peau humaine adulte ou néonatale, la cornée, les muqueuses, les follicules pileux.11. System according to any one of claims 1 to 3 and 10, or method according to any one of claims 4 to 10, characterized in that said epithelial tissue is selected from epithelia, for example interfollicular skin epidermis adult or neonatal human, cornea, mucous membranes, hair follicles.
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 10 et 11 , ou procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 11 , caractérisé en ce que la ou les cellules épithéliales directement extraites dudit échantillon biologique est(sont) une(des) cellule(s) saine(s) ou malade(s) unique(s) choisie(s) parmi les cellules progénitrices, les cellules souches, les kératinocytes.12. System according to any one of claims 1 to 3, 10 and 11, or method according to any one of claims 4 to 11, characterized in that the epithelial cell or cells directly extracted from said biological sample is (are) a healthy single or diseased cell (s) chosen from progenitor cells, stem cells, keratinocytes.
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la mise en œuvre des étapes a) à c) au moins du procédé selon la revendication 4.13. System according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is obtained by the implementation of steps a) to c) at least the method of claim 4.
14. Banque cellulaire clonale susceptible d'être obtenue à l'issue de l'étape e) du procédé selon la revendication 5.14. Clonal cell bank obtainable at the end of step e) of the process according to claim 5.
15. Tissu tridimensionnel reconstruit à partir d'une culture clonale susceptible d'être obtenu à l'issue de l'étape f) du procédé selon la revendication 6.15. Three-dimensional fabric reconstructed from a clonal culture that can be obtained at the end of step f) of the method according to claim 6.
16. Tissu selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est choisi parmi les épithéliums, la peau, l'épiderme. 16. The fabric as claimed in claim 15, characterized in that it is chosen from the epithelia, the skin and the epidermis.
17. Biopuce comprenant au moins un tissu selon la revendication 15 ou 16.A biochip comprising at least one tissue according to claim 15 or 16.
18. Utilisation :18. Use:
- du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 10 à 13, outhe system according to any one of claims 1 to 3 and 10 to 13, or
- de la banque cellulaire selon la revendication 14, outhe cell bank according to claim 14, or
- du tissu selon la revendication 15 ou 16, ou - de la biopuce selon la revendication 17, ou application du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, pour identifier et sélectionner des agents présentant une activité biologique d'intérêt.- The tissue of claim 15 or 16, or - the biochip of claim 17, or application of the method according to any one of claims 4 to 12, for identifying and selecting agents having a biological activity of interest.
19. Utilisation :19. Use:
- du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 10 à 13, outhe system according to any one of claims 1 to 3 and 10 to 13, or
- de la banque cellulaire selon la revendication 14, outhe cell bank according to claim 14, or
- du tissu selon la revendication 15 ou 16, ou - de la biopuce selon la revendication 17, ou application du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, pour le diagnostic in vitro et/ou le pronostic in vitro dans le domaine de la thérapie cellulaire et/ou génique, notamment dans le domaine des greffes.tissue according to claim 15 or 16, or the biochip according to claim 17, or application of the method according to any one of claims 4 to 12, for the in vitro diagnosis and / or the prognosis in vitro in the field cellular and / or gene therapy, particularly in the field of grafts.
20. Utilisation :20. Use:
- du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 10 à 13, outhe system according to any one of claims 1 to 3 and 10 to 13, or
- de la banque cellulaire selon la revendication 14, ou - du tissu selon la revendication 15 ou 16, outhe cell bank according to claim 14, or the tissue of claim 15 or 16, or
- de la biopuce selon la revendication 17, ou application du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, pour étudier le comportement et/ou les propriétés structurelles et/ou fonctionnelles individuelles spécifiques d'une cellule, d'un sous-type cellulaire, d'une sous-population cellulaire, ou d'une population cellulaire.the biochip according to claim 17, or application of the method according to any one of claims 4 to 12, to study the behavior and / or the specific structural and / or functional properties of a cell, a cellular subtype, a cell subpopulation , or a cell population.
21. Utilisation :21. Use:
- du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 10 à 13, outhe system according to any one of claims 1 to 3 and 10 to 13, or
- de la banque cellulaire selon la revendication 14, ou - du tissu selon la revendication 15 ou 16, outhe cell bank according to claim 14, or the tissue of claim 15 or 16, or
- de la biopuce selon la revendication 17, ou application du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, pour réaliser un ou plusieurs outils de génomique fonctionnelle.the biochip according to claim 17, or the method according to any one of claims 4 to 12, for producing one or more functional genomic tools.
22. Utilisation :22. Use:
- du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 10 à 13, outhe system according to any one of claims 1 to 3 and 10 to 13, or
- de la banque cellulaire selon la revendication 14, outhe cell bank according to claim 14, or
- du tissu selon la revendication 15 ou 16, ou - de la biopuce selon la revendication 17, ou application du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, pour évaluer l'efficacité ou l'impact de traitements, notamment par des agents présentant une activité biologique, des stress, des toxiques, des agressions génotoxiques. the tissue according to claim 15 or 16, or the biochip according to claim 17, or applying the method according to any one of claims 4 to 12, to evaluate the efficacy or the impact of treatments, in particular by means of agents with biological activity, stress, toxic, genotoxic attacks.
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