FR3145363A1 - Process for obtaining spheroids and spheroids obtained - Google Patents

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Abstract

Procédé d’obtention de sphéroïdes et sphéroïdes obtenus L’invention concerne un procédé d’obtention de sphéroïdes comprenant les étapes suivantes de prélèvement sanguin sur un individu, préparation d’un sérum sanguin appauvri à partir d’un prélèvement, culture de sphéroïdes à partir de cellules humaines caractérisé en ce que la culture de sphéroïdes est réalisée dans un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri. L’invention trouvera son application dans le domaine de la médecine de précision et notamment pour le développement de solution pour l’identification et le développement de molécule de médicament personnalisé. Plus précisément, l’invention trouvera des applications lors des tests d’hépatotoxicité d'origine médicamenteuse et de l’efficacité lors de développement de médicaments. Process for obtaining spheroids and spheroids obtained The invention relates to a method for obtaining spheroids comprising the following steps: taking blood from an individual, preparing a depleted blood serum from a sample, culturing spheroids from human cells, characterized in that the culture of spheroids is carried out in a reprogramming culture medium comprising 30 to 60% by volume of depleted blood serum. The invention will find its application in the field of precision medicine and in particular for the development of solutions for the identification and development of personalized drug molecules. More specifically, the invention will find applications during drug-induced hepatotoxicity testing and effectiveness during drug development.

Description

Procédé d’obtention de sphéroïdes et sphéroïdes obtenusMethod for obtaining spheroids and spheroids obtained

La présente invention concerne un procédé d’obtention de sphéroïdes et les sphéroïdes obtenus.The present invention relates to a method for obtaining spheroids and the spheroids obtained.

L’invention trouvera son application dans le domaine de la médecine de précision et notamment pour le développement de solution pour l’identification et le développement de molécule de médicament personnalisé. Plus précisément, l’invention trouvera des applications lors des tests d’hépatotoxicité d'origine médicamenteuse et de l’efficacité lors de développement de médicaments.The invention will find its application in the field of precision medicine and in particular for the development of solutions for the identification and development of personalized drug molecules. More specifically, the invention will find applications during drug-induced hepatotoxicity tests and efficacy during drug development.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Lors du développement de nouveau médicament, le contrôle de la toxicité hépatique est un enjeu majeur. Au cours de cette phase, il est estimé que 20 à 40% des patients arrêtent le traitement du fait d’hépatotoxicité constatée au cours des essais cliniques.When developing a new drug, controlling liver toxicity is a major issue. During this phase, it is estimated that 20 to 40% of patients stop treatment due to hepatotoxicity observed during clinical trials.

Il est bien connu que les DILI (drug-induced liver injury ou lésions hépatiques d'origine médicamenteuse) sont un défi majeur dans le développement de médicaments. La plupart des composés qui ont réussi les tests précliniques échouent aux essais cliniques en raison de leur toxicité hépatique. Une des raisons de cet échec est que les modèles précliniques existants sont incapables de reproduire l'hétérogénéité inter-individuelle de la réponse aux médicaments dans une population.It is well known that DILI (drug-induced liver injury) is a major challenge in drug development. Most compounds that have passed preclinical testing fail in clinical trials due to liver toxicity. One reason for this failure is that existing preclinical models are unable to reproduce the inter-individual heterogeneity of drug response in a population.

Il existe plusieurs solutions de tests précliniques de la toxicité hépatique.There are several preclinical testing solutions for liver toxicity.

Tout d’abord, l’utilisation de lignées cellulaires qui présentent l’avantage d’être faciles à produire, à utiliser et à maintenir à faible coût. Toutefois, ces lignées cellulaires sont des modèles en deux dimensions qui sont peu pertinents d’un point de vue physiologique.First, the use of cell lines, which have the advantage of being easy to produce, use and maintain at low cost. However, these cell lines are two-dimensional models that are of little relevance from a physiological point of view.

On connait également l’utilisation d’hépatocytes humains primaires (en anglais PHH pour primary human hepatocytes). Les PHH sont préparés à partir de tissus hépatiques humains. Cette préparation à partir de tissus humains permettait d’avoir une conservation du fond génétique du donneur. Toutefois, la quantité de tissus prélevés est limitée, ce qui nécessite de regrouper les PPH de plusieurs donneurs résultant donc à l’effacement de la contribution, si toutefois elle existe, du génome du donneur dans la sensibilité à un médicament. De plus, la collecte est invasive avec un risque majeur pour le sujet.The use of primary human hepatocytes (PHH) is also known. PHH are prepared from human liver tissues. This preparation from human tissues allowed for the preservation of the donor's genetic background. However, the quantity of tissues collected is limited, which requires grouping PPHs from several donors, thus resulting in the erasure of the contribution, if any, of the donor's genome in the sensitivity to a drug. In addition, the collection is invasive with a major risk for the subject.

Enfin, pour se rapprocher d’une médecine de précision, des organoïdes ont été développés. Les organoïdes sont des organes miniatures cultivésin vitro. Ce sont des structures cellulaires en trois dimensions qui miment l’architecture et le fonctionnement de l’organe entier. Les organoïdes se composent généralement d’une co-culture de cellules qui présentent un ordre supérieur d’autoassemblage permettant une représentation encore meilleure des interactions et des réponses cellulairesin vivocomplexes. Les organoïdes sont obtenus à partir de cellules souches grâce à un processus d’auto-organisation, favorisé par un milieu de culture contenant les facteurs de croissance et de différenciation adéquats.Finally, to move closer to precision medicine, organoids have been developed. Organoids are miniature organs grown in vitro . They are three-dimensional cellular structures that mimic the architecture and function of the entire organ. Organoids typically consist of a co-culture of cells that exhibit a higher order of self-assembly allowing for an even better representation of complex in vivo cellular interactions and responses. Organoids are obtained from stem cells through a self-organization process, promoted by a culture medium containing the appropriate growth and differentiation factors.

Ces organoïdes présentent l’avantage d’être physiologiquement pertinents et de pouvoir imiter davantage l’environnementin vivopar rapport aux équivalents cellulaires 2D. Toutefois, leurs qualités sont très dépendantes des cellules souches de départ. De plus, ils sont encore particulièrement coûteux à développer et à utiliser du fait des conditions de culture complexe pour leur production et leur maintien.These organoids have the advantage of being physiologically relevant and being able to mimic the in vivo environment more closely than 2D cellular equivalents. However, their qualities are highly dependent on the starting stem cells. In addition, they are still particularly expensive to develop and use due to the complex culture conditions for their production and maintenance.

Des sphéroïdes ont également été développés. Les sphéroïdes sont des agrégats cellulaires tridimensionnels (3D) qui peuvent imiter les tissus et les microtumeurs. Contrairement aux organoïdes, les sphéroïdes ont une structure 3D plus simplifiée les rendant adaptés à l’évolution et à la reproductibilité.Spheroids have also been developed. Spheroids are three-dimensional (3D) cellular aggregates that can mimic tissues and microtumors. Unlike organoids, spheroids have a more simplified 3D structure making them suitable for scalability and reproducibility.

Ces différentes solutions bien que représentant des avancées essentielles dans les domaines de la recherche sur le cancer et du criblage de médicaments ne permettent pas de représenter les variations inter-individus que l’on retrouve lors d’essais cliniques sur une cohorte d’individus.These different solutions, although representing essential advances in the fields of cancer research and drug screening, do not allow us to represent the inter-individual variations found during clinical trials on a cohort of individuals.

Il existe donc le besoin de proposer une nouvelle solution pour réaliser des testsin vitroles plus représentatifs de la physiologie et des variations inter-individus tout en étant facile à produire et à mettre en œuvre.There is therefore a need to propose a new solution to carry out in vitro tests that are most representative of physiology and inter-individual variations while being easy to produce and implement.

RESUMESUMMARY

Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation, on prévoit un procédé d’obtention de sphéroïdes comprenant les étapes suivantes :

  • prélèvement sanguin sur un individu,
  • préparation d’un sérum sanguin appauvri à partir du prélèvement sanguin,
  • culture de sphéroïdes à partir de cellules humaines,
caractérisé en ce que la culture de sphéroïdes est réalisée dans un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri.To achieve this objective, according to one embodiment, a method for obtaining spheroids is provided comprising the following steps:
  • blood sample from an individual,
  • preparation of depleted blood serum from the blood sample,
  • culture of spheroids from human cells,
characterized in that the spheroid culture is carried out in a reprogramming culture medium comprising from 30 to 60% by volume of the depleted blood serum.

Avantageusement, le procédé comprend la détermination d’une cohorte d’individus représentative d’une étude et le procédé est réalisé pour chaque individu de la cohorte, c’est-à-dire qu’un prélèvement sanguin, la préparation d’un sérum sanguin appauvri et la culture des sphéroïdes sont réalisés pour chaque individu de la cohorte.Advantageously, the method comprises determining a cohort of individuals representative of a study and the method is carried out for each individual in the cohort, i.e. a blood sample, the preparation of a depleted blood serum and the culture of spheroids are carried out for each individual in the cohort.

Le procédé selon l’invention permet d’obtenir des sphéroïdes qui sont faciles à manipuler tout en étant spécifiques d’un individu. Les sphéroïdes obtenus sont dits donneur dépendant, car ils sont spécifiques d’un individu. Le procédé selon l’invention, et notamment l’étape de culture des sphéroïdes par le milieu de culture de reprogrammation comprenant un sérum sanguin appauvri permet d’apporter avantageusement des facteurs de croissance et autres éléments tels que les exosomes, les cytokines, les hormones et les résidus microbiotiques utiles à la culture des sphéroïdes qui sont spécifiques d’un individu. Les sphéroïdes sont également dénommés sphéroïdes reprogrammés en comparaison aux sphéroïdes cultivés sans l’apport du milieu de culture de reprogrammation.The method according to the invention makes it possible to obtain spheroids that are easy to handle while being specific to an individual. The spheroids obtained are called donor-dependent, because they are specific to an individual. The method according to the invention, and in particular the step of culturing the spheroids by the reprogramming culture medium comprising an impoverished blood serum, makes it possible to advantageously provide growth factors and other elements such as exosomes, cytokines, hormones and microbiotic residues useful for the culture of the spheroids that are specific to an individual. The spheroids are also called reprogrammed spheroids in comparison with spheroids cultured without the addition of the reprogramming culture medium.

L’invention propose un procédé pour obtenir un nouveau modèle de sphéroïde multicellulaire reprogrammé dépendant du donneur qui représente l'hétérogénéité interindividuelle trouvée dans une cohorte d’individus.The invention provides a method for obtaining a novel donor-dependent reprogrammed multicellular spheroid model that represents the inter-individual heterogeneity found in a cohort of individuals.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de test sur des sphéroïdes obtenus par le précédent procédé.According to another aspect, the invention relates to a method of testing on spheroids obtained by the previous method.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un sphéroïde obtenu par le procédé décrit ci-dessus.According to another aspect, the invention relates to a spheroid obtained by the method described above.

Selon un autre aspect, l’invention concerne une utilisation de sphéroïdes obtenus par le procédé décrit ci-dessus pour évaluer l’hépatotoxicité ou l’efficacité d’une molécule ou d’une composition.According to another aspect, the invention relates to a use of spheroids obtained by the method described above for evaluating the hepatotoxicity or the efficacy of a molecule or a composition.

Le procédé selon l’invention n’implique pas la destruction d’embryons humains. Les cellules primaires humaines et les lignées cellulaires humaines ne comprennent et ne sont pas obtenues à partir de cellules souches embryonnaires.The method according to the invention does not involve the destruction of human embryos. The human primary cells and human cell lines do not comprise and are not obtained from embryonic stem cells.

Les tests réalisés sur des sphéroïdes obtenus par le présent procédé sont particulièrement représentatifs des différences inter-individus et donnent ainsi des résultats in vitro d’une meilleure fiabilité que les systèmes de l’état de la technique.The tests carried out on spheroids obtained by the present method are particularly representative of inter-individual differences and thus give in vitro results of better reliability than the systems of the state of the art.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the features and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description of one embodiment thereof which is illustrated by the following accompanying drawings in which:

La représente des photos de sphéroïdes non reprogrammés 100 et de sphéroïdes reprogrammés 200 après 1 jour, 2 jours et 3 jours de culture selon l’exemple 1. There shows photos of unreprogrammed spheroids 100 and reprogrammed spheroids 200 after 1 day, 2 days and 3 days of culture according to example 1.

La représente un graphe de la viabilité cellulaire en pourcentage en fonction du log de la concentration d’un médicament le bosentan sur des sphéroïdes non reprogrammés 100 et de sphéroïdes reprogrammés 200. There represents a graph of percent cell viability versus log concentration of drug bosentan on non-reprogrammed spheroids 100 and reprogrammed spheroids 200.

La représente un graphe de composants principaux de type PCA (en anglais Principal Component Analysis) après séquençage RNAseq des sphéroïdes non reprogrammés 100 et des sphéroïdes reprogrammés 200. There represents a PCA (Principal Component Analysis) type principal component plot after RNAseq sequencing of 100 non-reprogrammed spheroids and 200 reprogrammed spheroids.

La représente une analyse des gènes différentiellement exprimés après un séquençage RNAseq des sphéroïdes non reprogrammés 100 et de sphéroïdes reprogrammés 200. There represents an analysis of differentially expressed genes after RNAseq sequencing of 100 non-reprogrammed spheroids and 200 reprogrammed spheroids.

La représente des images de microscopie confocale des canalicules biliaires dans un sphéroïde reprogrammé 200 d’une femme de 41 ans. There depicts confocal microscopy images of bile canaliculi in a reprogrammed 200 spheroid from a 41-year-old woman.

La représente des images de microscopie confocale de sphéroïdes reprogrammés 200 de 6 individus différents montrant l’activation des cellules stellaires hépatiques de manière donneur dépendant. There represents confocal microscopy images of reprogrammed 200 spheroids from 6 different individuals showing activation of hepatic stellate cells in a donor-dependent manner.

La représente des images de microscopie confocale de sphéroïdes reprogrammés 200 de 3 individus différents montrant le dépôt de matrice extracellulaire (collagène) donneur dépendant. There represents confocal microscopy images of reprogrammed 200 spheroids from 3 different individuals showing donor-dependent extracellular matrix (collagen) deposition.

La représente une analyse transcriptomique par RNAseq des sphéroïdes reprogrammés 200 et des sphéroïdes non reprogrammés 100. There represents a transcriptomic analysis by RNAseq of 200 reprogrammed spheroids and 100 non-reprogrammed spheroids.

La représente une analyse du type « Gene Ontology » qui permet de structurer, selon les fonctions cellulaires, les gènes qui sont différentiellement exprimés dans les sphéroïdes reprogrammés 200 par rapport aux sphéroïdes non reprogrammés 100. There represents a “Gene Ontology” type analysis which makes it possible to structure, according to cellular functions, the genes which are differentially expressed in the reprogrammed spheroids 200 compared to the non-reprogrammed spheroids 100.

La représente l’efficacité des sphéroïdes reprogrammés obtenus à l’exemple 1 pour détecter la toxicité hépatique médicamenteuse en comparaison avec les modèles in vitro et in vivo existants. There represents the effectiveness of the reprogrammed spheroids obtained in Example 1 to detect drug-induced liver toxicity in comparison with existing in vitro and in vivo models.

La représente la stratification des degrés de sévérité de la toxicité hépatique en fonction du sexe et de l’âge du donneur. Les sphéroïdes reprogrammés 200 sont suffisamment sensibles pour réaliser cette analyse. There represents the stratification of liver toxicity severity grades based on donor gender and age. The reprogrammed 200 spheroids are sensitive enough to perform this analysis.

Les dessins sont donnés à titre d'exemple et ne sont pas limitatifs de l’invention.The drawings are given as examples and are not limiting of the invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :Before beginning a detailed review of embodiments of the invention, optional features which may optionally be used in combination or alternatively are set out below:

- Selon un exemple, la préparation du sérum sanguin appauvri comprend une phase d’obtention d’un sérum sanguin et une phase de filtration du sérum par un filtre de 0,45µm ;- According to one example, the preparation of the depleted blood serum comprises a phase of obtaining a blood serum and a phase of filtering the serum through a 0.45µm filter;

- Selon un exemple, le milieu de culture de reprogrammation est utilisé pendant au moins 3 jours ;- In one example, the reprogramming culture medium is used for at least 3 days;

- Selon un exemple, les cellules humaines sont issues d’au moins une lignée cellulaire humaine ou de cellules primaires humaines ;- In one example, the human cells are derived from at least one human cell line or from human primary cells;

- Selon un exemple, au moins une lignée de cellules est choisie parmi les lignées cellulaires suivantes : PANC-1, TWNT-1, THP-1, HepG2 ou un mélange de celles-ci ;- According to one example, at least one cell line is selected from the following cell lines: PANC-1, TWNT-1, THP-1, HepG2 or a mixture thereof;

- Selon un exemple, les cellules primaires humaines sont choisies parmi les cellules primaires humaines suivantes : hépatocytes humains primaires (PHH), cellules hépatiques primaires, cellules circulantes ou cellules tumorales circulantes (CTC), cellules mononucléées sanguines périphériques (PBMC) ou un mélange de celles-ci ;- According to one example, the human primary cells are selected from the following human primary cells: primary human hepatocytes (PHH), primary liver cells, circulating cells or circulating tumor cells (CTC), peripheral blood mononuclear cells (PBMC) or a mixture thereof;

– selon un exemple, le procédé de test de l’effet d’une molécule ou d’une composition comprenant l’obtention de sphéroïdes comprend les étapes suivantes :

  • Prélèvement sanguin d’un individu,
  • Préparation d’un sérum sanguin appauvri à partir du prélèvement sanguin, caractérisé en ce que la culture de sphéroïdes à partir de cellules humaines est réalisée dans un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri, et que le procédé comprend une étape d’exposition des sphéroïdes obtenus à l’étape précédente à une molécule ou une composition à tester, l’exposition des sphéroïdes étant réalisée avec un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri.
– according to one example, the method of testing the effect of a molecule or composition comprising obtaining spheroids comprises the following steps:
  • Blood sample taken from an individual,
  • Preparation of a depleted blood serum from the blood sample, characterized in that the culture of spheroids from human cells is carried out in a reprogramming culture medium comprising from 30 to 60% by volume of the depleted blood serum, and that the method comprises a step of exposing the spheroids obtained in the previous step to a molecule or composition to be tested, the exposure of the spheroids being carried out with a reprogramming culture medium comprising from 30 to 60% by volume of the depleted blood serum.

Les sphéroïdes sont des agrégats de cellules croissant de manière tridimensionnelle en suspension et développant des interactions complexes entre cellules et avec avantageusement une matrice tridimensionnelle. Les sphéroïdes sont donc multi-cellulaires.Spheroids are aggregates of cells growing three-dimensionally in suspension and developing complex interactions between cells and advantageously with a three-dimensional matrix. Spheroids are therefore multi-cellular.

Une cohorte est un groupe d’individus sélectionnés pour un but spécial notamment pour une étude pré-clinique.A cohort is a group of individuals selected for a special purpose, such as a preclinical study.

On entend par prélèvement sanguin, au moins un prélèvement ou une pluralité de prélèvements d'un volume de sang déterminé au niveau d'un vaisseau sanguin veineux, capillaire ou artériel. Le sang est placé dans un ou plusieurs tubes. Dans la suite de la description, l’utilisation « d’un prélèvement » ou « du prélèvement » n’est pas limitative.Blood sampling means at least one sampling or a plurality of samplings of a determined volume of blood from a venous, capillary or arterial blood vessel. The blood is placed in one or more tubes. In the remainder of the description, the use of “a sampling” or “the sampling” is not limiting.

Le sérum sanguin est le fluide que l'on obtient après retrait des facteurs de coagulation du plasma sanguin. Le sérum sanguin est le liquide surnageant obtenu après coagulation et centrifugation du sang dans un tube « sec », c'est-à-dire sans inhibiteur de la coagulation.Blood serum is the fluid obtained after removal of clotting factors from blood plasma. Blood serum is the supernatant fluid obtained after clotting and centrifuging blood in a "dry" tube, i.e. without a clotting inhibitor.

Le sérum est un mélange d'hormones, de facteurs de croissance et d'adhérence, d'agents tampons et d'autres éléments nutritionnels, d’exosomes et de résidus microbiotiques.Serum is a mixture of hormones, growth and adhesion factors, buffering agents and other nutritional elements, exosomes and microbiotic residues.

Selon l’invention, le sérum sanguin appauvri s’entend comme un sérum sanguin dont une partie a été retirée, il peut être dénommé éventuellement sang humain déplété.According to the invention, depleted blood serum is understood to be blood serum from which a portion has been removed; it may optionally be called depleted human blood.

Le procédé selon l’invention est destiné à l’obtention de sphéroïdes et plus préférentiellement de sphéroïdes dépendants du donneur et avantageusement reprogrammés.The method according to the invention is intended for obtaining spheroids and more preferably spheroids dependent on the donor and advantageously reprogrammed.

On entend par donneur dépendant ou dépendant du donneur d’avoir un sphéroïde qui est mis en culture à partir ou avec un élément biologique du donneur ou d’un individu. Dans la présente invention, l’élément est un sérum sanguin appauvri obtenu à partir d’un individu et qui est utilisé pour supplémenter le milieu de culture du sphéroïde et former le milieu de culture de reprogrammation.By donor dependent or donor dependent is meant a spheroid that is cultured from or with a biological element of the donor or an individual. In the present invention, the element is a depleted blood serum obtained from an individual and which is used to supplement the spheroid culture medium and form the reprogramming culture medium.

Le présent procédé comprend avantageusement une étape de détermination d’une cohorte d’individus. Cette étape est destinée à définir un groupe d’individus qui vont être étudiés. Préférentiellement, les individus sont sélectionnés en fonction d’un objectif d’une étude sur des critères prédéfinis tel que par exemple l’âge, le sexe, la présence d’une ou plusieurs pathologies, la présence d’un ou plusieurs marqueurs prédéfinis.The present method advantageously comprises a step of determining a cohort of individuals. This step is intended to define a group of individuals who will be studied. Preferably, the individuals are selected according to an objective of a study on predefined criteria such as for example age, sex, the presence of one or more pathologies, the presence of one or more predefined markers.

Le procédé selon l’invention utilise le sang d’un individu pour préparer un sérum sanguin appauvri. Préférentiellement, un prélèvement sanguin est réalisé pour chaque individu.The method according to the invention uses the blood of an individual to prepare an impoverished blood serum. Preferably, a blood sample is taken for each individual.

Le prélèvement sanguin est à titre d’exemple réalisé par prélèvement sanguin veineux. À titre préféré, le volume de sang prélevé, en un ou plusieurs prélèvement(s), est supérieur ou égal à 5ml, préférentiellement supérieur ou égal à 10ml.The blood sample is, for example, taken by venous blood sampling. Preferably, the volume of blood collected, in one or more samples, is greater than or equal to 5 ml, preferably greater than or equal to 10 ml.

Le procédé selon l’invention comprend avantageusement une étape de préparation d’un sérum sanguin appauvri. Ce sérum appauvri est réalisé à partir d’un prélèvement de sang d’un individu.The method according to the invention advantageously comprises a step of preparing a depleted blood serum. This depleted serum is produced from a blood sample from an individual.

Selon un mode de réalisation préféré, le prélèvement sanguin est mis à décanter, par exemple à température ambiante au minimum 30 minutes jusqu’à 1h.According to a preferred embodiment, the blood sample is left to settle, for example at room temperature for at least 30 minutes to 1 hour.

Le prélèvement sanguin décanté est avantageusement centrifugé, à titre d’exemple à une vitesse comprise entre 1000G et 2000G pendant 10 minutes . La phase translucide supérieure formant le sérum sanguin est récupérée.The decanted blood sample is advantageously centrifuged, for example at a speed of between 1000G and 2000G for 10 minutes . The upper translucent phase forming the blood serum is recovered.

Selon un mode de réalisation, le sérum sanguin est filtré. De manière surprenante, la filtration est réalisée sur un filtre de maille 0,45µm qui assure la déplétion du sérum, mais conserve avantageusement notamment le microbiote. Le sérum obtenu après filtration est dénommé sérum sanguin appauvri. Le sérum appauvri représente environ 40% en volume du prélèvement sanguin. Le sérum sanguin appauvri est un sérum dont une partie a été retirée. La partie retirée correspond aux constituants du sérum qui sont de dimensions supérieures à 0,45µm et qui ne passent donc pas au travers de la maille du filtre.According to one embodiment, the blood serum is filtered. Surprisingly, the filtration is carried out on a 0.45 µm mesh filter which ensures the depletion of the serum, but advantageously preserves in particular the microbiota. The serum obtained after filtration is called depleted blood serum. The depleted serum represents approximately 40% by volume of the blood sample. Depleted blood serum is a serum from which a portion has been removed. The removed portion corresponds to the constituents of the serum which are larger than 0.45 µm and which therefore do not pass through the filter mesh.

Le présent procédé comprend la culture de sphéroïdes. La culture de sphéroïdes est réalisée à partir de cellules avantageusement humaines. Les cellules sont par exemple issues de cellules primaires humaines telles que des hépatocytes humains primaires (en anglais PHH pour primary human hepatocytes), des cellules hépatiques primaires humaines, des cellules circulantes ou cellules tumorales circulantes (en anglais CTC pour circulating tumor cells) ou des PBMC pour cellules mononucléées sanguines périphériques ou des mélanges de celles-ci. Selon une autre possibilité, les cellules sont par exemple issues de lignées cellulaires avantageusement immortalisées et/ou génétiquement modifiées et/ou cancéreuses, à titre d’exemple les lignées cellulaires PANC-1, TWNT-1, THP-1, HepG2 ou des mélanges de celles-ci.The present method comprises the cultivation of spheroids. The cultivation of spheroids is carried out from advantageously human cells. The cells are for example derived from human primary cells such as primary human hepatocytes (PHH), primary human liver cells, circulating cells or circulating tumor cells (CTC) or PBMC for peripheral blood mononuclear cells or mixtures thereof. According to another possibility, the cells are for example derived from advantageously immortalized and/or genetically modified and/or cancerous cell lines, for example the cell lines PANC-1, TWNT-1, THP-1, HepG2 or mixtures thereof.

Selon une possibilité préférée, des mélanges sont utilisés dans des proportions définies, par exemple les proportions sont du type 100 :10 :1 ou 10 :1.According to a preferred possibility, mixtures are used in defined proportions, for example the proportions are of the type 100:10:1 or 10:1.

À titre d’exemple, les lignées de cellules immortalisées humaines HepG2, TWNT-1 et THP-1 sont utilisées dans les proportions (100 :10 :1).As an example, human immortalized cell lines HepG2, TWNT-1 and THP-1 are used in the proportions (100:10:1).

À titre d’exemple, les lignées de cellules immortalisées humaines PANC-1, TWNT-1 et THP-1 sont utilisées dans les proportions (100 :10 :1).As an example, human immortalized cell lines PANC-1, TWNT-1 and THP-1 are used in the proportions (100:10:1).

À titre d’exemple, les lignées de cellules immortalisées humaines HepG2, TWNT-1 et des PBMC sont utilisées dans les proportions (100 :10 :1).As an example, human immortalized cell lines HepG2, TWNT-1 and PBMCs are used in the proportions (100:10:1).

À titre d’exemple, les lignées de cellules immortalisées humaines PANC-1, TWNT-1 et des PBMC sont utilisées dans les proportions (100 :10 :1).As an example, human immortalized cell lines PANC-1, TWNT-1 and PBMCs are used in the proportions (100:10:1).

La culture des sphéroïdes se fait classiquement dans des plaques de culture par exemple à fond de type U et à faible adhérence.The culture of spheroids is classically carried out in culture plates, for example with a U-type bottom and low adhesion.

La culture des sphéroïdes peut se faire dans un système de culture statique ou micro-fluidique.Spheroid culture can be done in a static or microfluidic culture system.

Avantageusement, la culture des sphéroïdes se fait avec un milieu de culture qui est supplémenté par le sérum sanguin appauvri formant un milieu de culture de reprogrammation. Le milieu de culture de reprogrammation comprend de 30 à 60% de sérum sanguin appauvri en volume par rapport au volume total du milieu de culture de reprogrammation.Advantageously, the culture of the spheroids is carried out with a culture medium which is supplemented with the depleted blood serum forming a reprogramming culture medium. The reprogramming culture medium comprises from 30 to 60% of depleted blood serum by volume relative to the total volume of the reprogramming culture medium.

De manière avantageuse, l’utilisation d’un sérum sanguin appauvri pour supplémenter le milieu de culture des sphéroïdes permet d’obtenir des sphéroïdes dépendants du donneur et également dénommés sphéroïdes reprogrammés.Advantageously, the use of depleted blood serum to supplement the spheroid culture medium allows the production of donor-dependent spheroids, also known as reprogrammed spheroids.

Selon une possibilité préférée, le milieu de culture de reprogrammation des sphéroïdes est le MammoCult basal, commercialisé par la société StemCell. Avantageusement, le milieu de culture est complété par l’ajout de l’héparine, d’hydrocortisone, de pénicilline et streptomycine, d’amphotéricine B et d’un mélange d’antibiotiques à large spectre, préférentiellement le Primocin commercialisé par la société Invivogen. Optionnellement, le milieu MammoCult basal peut être remplacé par tous types de milieux de culture cellulaire (à titre d’exemple DMEM, MEM ou RPMI).According to a preferred possibility, the culture medium for reprogramming the spheroids is the basal MammoCult, marketed by the company StemCell. Advantageously, the culture medium is supplemented by the addition of heparin, hydrocortisone, penicillin and streptomycin, amphotericin B and a mixture of broad-spectrum antibiotics, preferably Primocin marketed by the company Invivogen. Optionally, the basal MammoCult medium can be replaced by any type of cell culture media (for example DMEM, MEM or RPMI).

À titre préféré, le milieu de culture de reprogrammation est utilisé au moins pendant 3 jours pour la culture des sphéroïdes. Préférentiellement, le milieu de reprogrammation est utilisé pour toute la culture des sphéroïdes et le maintien des sphéroïdes également. Avantageusement, le milieu de culture de reprogrammation est également utilisé lors de tests sur les sphéroïdes tels que des essais de molécules ou compositions.Preferably, the reprogramming culture medium is used for at least 3 days for the culture of the spheroids. Preferably, the reprogramming medium is used for the entire culture of the spheroids and the maintenance of the spheroids as well. Advantageously, the reprogramming culture medium is also used during tests on the spheroids such as molecule or composition tests.

Avantageusement, les sphéroïdes sont reprogrammés dans un système de culture statique ou micro-fluidique pendant 3 jours par l’ajout de 30 à 60% en volume de sang humain déplété dans un milieu de culture MammoCult Basal.Advantageously, the spheroids are reprogrammed in a static or microfluidic culture system for 3 days by the addition of 30 to 60% by volume of depleted human blood in a MammoCult Basal culture medium.

Selon un aspect, le procédé selon l’invention permet l’obtention de sphéroïdes qui peuvent être utilisés pour des tests in vitro, à titre d’exemple, des tests in vitro d’évaluation des lésions hépatiques induites par des médicaments, des produits chimiques.According to one aspect, the method according to the invention allows the obtaining of spheroids which can be used for in vitro tests, for example, in vitro tests for evaluating liver damage induced by drugs, chemicals.

Ce procédé permet avantageusement d’analyser de la toxicité ou l’efficacité thérapeutique produite par une molécule chimique de synthèse ou une molécule naturelle, sur un organe ou sur une pathologie.This process advantageously allows the analysis of the toxicity or therapeutic efficacy produced by a synthetic chemical molecule or a natural molecule, on an organ or on a pathology.

Avantageusement, dans le procédé selon l’invention, le sérum est préparé à partir du sang de chaque individu puis appauvri par une filtration à travers une maille de 0,45µm. Le sérum appauvri est utilisé à hauteur de 30 à 60% en volume dans un milieu de culture pour former un milieu de culture de reprogrammation pour reprogrammer les sphéroïdes pendant au moins 3 jours. Après cette étape, les sphéroïdes reprogrammés (donneur dépendant) peuvent être utilisés par exemple pour faire une analyse de la sensibilité aux médicaments.Advantageously, in the method according to the invention, the serum is prepared from the blood of each individual and then depleted by filtration through a 0.45 µm mesh. The depleted serum is used at a level of 30 to 60% by volume in a culture medium to form a reprogramming culture medium to reprogram the spheroids for at least 3 days. After this step, the reprogrammed spheroids (donor dependent) can be used for example to perform a drug sensitivity analysis.

Selon une possibilité, les sphéroïdes reprogrammés sont utilisés pour analyser la toxicité ou l’efficacité thérapeutique induite par une molécule chimique de synthèse ou naturelle, préférentiellement après une exposition de 2 jours jusqu’à 14 jours avantageusement à des concentrations multiples. La toxicité ou l’efficacité thérapeutique est déterminée par exemple par des mesures de viabilité cellulaire, des fonctions cellulaires et de la structure cellulaire.According to one possibility, the reprogrammed spheroids are used to analyze the toxicity or therapeutic efficacy induced by a synthetic or natural chemical molecule, preferably after an exposure of 2 days up to 14 days advantageously at multiple concentrations. The toxicity or therapeutic efficacy is determined for example by measurements of cell viability, cell functions and cell structure.

EXEMPLESEXAMPLES

Exemple 1 : procédé d’obtention d’un sphéroïdeExample 1: Process for obtaining a spheroid selon l’inventionaccording to the invention

Un prélèvement sanguin de 10ml dans un tube sec est effectué sur un individu. Le sang est laissé au repos à température ambiante pendant au moins 30min avant d’être centrifugé à 1000G pendant 10min. La phase supérieure translucide (le sérum) est collectée puis filtrée à travers d’un filtre avec une maille de 0,45µm pour obtenir le sérum appauvri qui sera conservé préférentiellement à +4°C ou à -20°C pour une conservation au-delà de deux semaines. Pour la culture des sphéroïdes et notamment la reprogrammation des sphéroïdes selon l’invention, des cellules HepG2 et TWNT-1 dans les proportions 10 :1 sont mises en culture dans des plaques à fond de type U et à faible adhérence avec un milieu de culture de reprogrammation supplémenté en volume à hauteur de 50% de ce sérum appauvri. La formation et la reprogrammation des sphéroïdes se font naturellement pendant 3 jours.A 10 ml blood sample is taken from an individual in a dry tube. The blood is left to rest at room temperature for at least 30 min before being centrifuged at 1000 G for 10 min. The translucent upper phase (the serum) is collected and then filtered through a filter with a 0.45 µm mesh to obtain the depleted serum which will be stored preferably at +4 ° C or at -20 ° C for storage beyond two weeks. For the culture of the spheroids and in particular the reprogramming of the spheroids according to the invention, HepG2 and TWNT-1 cells in the proportions 10:1 are cultured in U-type bottom plates with low adhesion with a reprogramming culture medium supplemented in volume to 50% of this depleted serum. The formation and reprogramming of the spheroids occurs naturally for 3 days.

Exemple 2 : caractérisation deExample 2: characterization of sphéroïdesspheroids obtenusobtained à l’exemple 1.in example 1.

Les sphéroïdes obtenus à l’exemple 1 sont caractérisés par caractérisation phénotypique en comparaison de sphéroïdes dits non reprogrammés 100 mis en culture uniquement dans un milieu de culture non supplanté en sérum sanguin appauvri. Les résultats sont visibles à la . Les sphéroïdes reprogrammés 200 se forment plus rapidement, sont plus denses et plus compactes que les sphéroïdes non reprogrammés 100.The spheroids obtained in Example 1 are characterized by phenotypic characterization in comparison with so-called non-reprogrammed spheroids 100 cultured only in a culture medium not supplanted with depleted blood serum. The results are visible at . Reprogrammed 200 spheroids form faster, are denser and more compact than non-reprogrammed 100 spheroids.

En , la viabilité cellulaire des sphéroïdes reprogrammés 200 est comparée à celle des sphéroïdes non reprogrammés 100 en réponse à une exposition de quatre jours à un médicament bosentan. Les sphéroïdes reprogrammés 200 sont plus résistants de l’ordre d’un Log, c’est-à-dire 10 fois plus résistants. Avantageusement, cette augmentation de la résistance montre un changement du comportement des sphéroïdes après la reprogrammation, un comportement similaire aux cellules primaires humaines.In , the cell viability of the reprogrammed spheroids 200 is compared to that of the non-reprogrammed spheroids 100 in response to a four-day exposure to a drug bosentan. The reprogrammed spheroids 200 are more resistant by the order of one Log, i.e. 10 times more resistant. Advantageously, this increase in resistance shows a change in the behavior of the spheroids after reprogramming, a behavior similar to human primary cells.

En , il est représenté un graphe de composants principaux de type PCA (en anglais Principal Component Analysis) après séquençage RNAseq des sphéroïdes non reprogrammés 100 et des sphéroïdes reprogrammés 200. Avantageusement, la reprogrammation des sphéroïdes avec le sérum appauvri des donneurs modifie la signature globale de l’expression des gènes tout en conservant l’hétérogénéité inter-individus.In , a PCA (Principal Component Analysis) type principal component graph is shown after RNAseq sequencing of the non-reprogrammed spheroids 100 and the reprogrammed spheroids 200. Advantageously, reprogramming the spheroids with the impoverished serum of the donors modifies the global signature of gene expression while preserving inter-individual heterogeneity.

En , une analyse des gènes différentiellement exprimés après un séquençage RNAseq des sphéroïdes non reprogrammés 100 et de sphéroïdes reprogrammés 200. Le profil transcriptomique des gènes différentiellement exprimés change significativement notamment 40,5% des ARNm subissent une augmentation tandis que 59,5% subissent une réduction de l’expression après la reprogrammation.In , an analysis of differentially expressed genes after RNAseq sequencing of non-reprogrammed spheroids 100 and reprogrammed spheroids 200. The transcriptomic profile of differentially expressed genes changes significantly with 40.5% of mRNAs undergoing an increase while 59.5% undergoing a reduction in expression after reprogramming.

Les sphéroïdes obtenus à l’exemple 1 sont caractérisés sur le plan structural et fonctionnel par la microscopie confocale démontrant qu’il y a une hétérogénéité inter-individus après la reprogrammation telle qu’illustrée aux figures 5 à 7. En , on peut voir des sphéroïdes obtenus selon le procédé de l’exemple 1 correspondant à une femme de 41 ans. On constate une formation des structures fonctionnelles, les canalicules biliaires.The spheroids obtained in Example 1 are structurally and functionally characterized by confocal microscopy demonstrating that there is inter-individual heterogeneity after reprogramming as illustrated in Figures 5 to 7. , we can see spheroids obtained according to the method of example 1 corresponding to a 41-year-old woman. We can see a formation of functional structures, the bile canaliculi.

En , six sphéroïdes reprogrammés sont illustrés et permettent de montrer une activation des cellules stellaires hépatiques de manière donneur dépendant.In , six reprogrammed spheroids are illustrated and demonstrate donor-dependent activation of hepatic stellate cells.

En , trois sphéroïdes reprogrammés permettent de montrer un dépôt de matrice extracellulaire (collagène) donneur dépendant.In , three reprogrammed spheroids demonstrate donor-dependent extracellular matrix (collagen) deposition.

En , une carte de chaleur (en anglais heatmap) à partir d’une analyse transcriptomique par RNAseq des sphéroïdes reprogrammés obtenus à l’exemple 1 démontre un changement massif du profil avec une hétérogénéité inter-individus au sein du groupe des sphéroïdes reprogrammés 200 par rapport aux sphéroïdes non reprogrammés 100.In , a heatmap from RNAseq transcriptomic analysis of the reprogrammed spheroids obtained in Example 1 demonstrates a massive profile shift with inter-individual heterogeneity within the group of 200 reprogrammed spheroids compared to 100 non-reprogrammed spheroids.

En , une analyse du type « Gene Ontology » qui permet de structurer, selon les fonctions cellulaires, les gènes qui sont différentiellement exprimés dans les sphéroïdes reprogrammés 200 par rapport aux sphéroïdes non reprogrammés 100. Le changement de l’expression des gènes concerne ceux impliqués dans les processus cellulaires de régulation biologique et métabolique, de la réponse aux stimulations externes, mais aussi ceux qui contrôlent les activités enzymatiques, transcriptomiques et du transport moléculaire.In , a "Gene Ontology" type analysis that allows to structure, according to cellular functions, the genes that are differentially expressed in the reprogrammed spheroids 200 compared to the non-reprogrammed spheroids 100. The change in gene expression concerns those involved in the cellular processes of biological and metabolic regulation, of the response to external stimuli, but also those that control enzymatic, transcriptomic and molecular transport activities.

Exemple 4 : utilisation deExample 4: Use of sphéroïdesspheroids obtenus par le présent procédé pour la prédiction deobtained by the present method for the prediction of la toxicité hépatique.liver toxicity.

Une étude comparative de l’efficacité des sphéroïdes reprogrammés obtenus à l’exemple 1 pour détecter la toxicité hépatique médicamenteuse est faite avec les modèles in vitro et in vivo existants. Les résultats illustrés à la démontrent que la reprogrammation donneur dépendant des sphéroïdes permet de prédire avec une fiabilité et une sensibilité de 100% la toxicité clinique de ces médicaments, un net avantage par rapport aux modèles existants.A comparative study of the efficacy of the reprogrammed spheroids obtained in Example 1 to detect drug-induced liver toxicity is made with existing in vitro and in vivo models. The results illustrated in demonstrate that donor-dependent reprogramming of spheroids can predict with 100% reliability and sensitivity the clinical toxicity of these drugs, a clear advantage over existing models.

L’analyse de la toxicité hépatique a révélé que le modèle pouvait prédire avec précision la toxicité clinique sur un panel de médicaments approuvés par la FDA.Liver toxicity analysis revealed that the model could accurately predict clinical toxicity across a panel of FDA-approved drugs.

En , l’utilisation des sphéroïdes reprogrammés obtenus à l’exemple 1 pour stratifier les degrés de sévérité de la toxicité induite par les produits chimiques en fonction des facteurs de risque de l’hôte tels que l’âge et le sexe. La reprogrammation des sphéroïdes de manière donneur dépendant permet de confirmer que la toxicité de certains médicaments est dépendante du sexe (en exemple ici le bosentan) et d’autres de l’âge (en exemple ici le stavudine).In , the use of the reprogrammed spheroids obtained in Example 1 to stratify the severity of chemical-induced toxicity based on host risk factors such as age and sex. Reprogramming the spheroids in a donor-dependent manner confirms that the toxicity of some drugs is sex-dependent (e.g. bosentan) and others age-dependent (e.g. stavudine).

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention.
The invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all embodiments covered by the invention.

Claims (10)

Procédé d’obtention de sphéroïdes comprenant les étapes suivantes :
  • préparation d’un sérum sanguin appauvri à partir d’un prélèvement sanguin d’un individu,
  • culture de sphéroïdes à partir de cellules humaines,
Caractérisé en ce que la culture de sphéroïdes est réalisée dans un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri.
Method for obtaining spheroids comprising the following steps:
  • preparation of a depleted blood serum from a blood sample from an individual,
  • culture of spheroids from human cells,
Characterized in that the spheroid culture is carried out in a reprogramming culture medium comprising 30 to 60% by volume of depleted blood serum.
Procédé selon la revendication précédente dans lequel la préparation du sérum sanguin appauvri comprend une phase d’obtention d’un sérum sanguin et une phase de filtration du sérum par un filtre de 0,45µm.Method according to the preceding claim, in which the preparation of the depleted blood serum comprises a phase of obtaining a blood serum and a phase of filtering the serum through a 0.45 µm filter. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le milieu de culture de reprogrammation est utilisé pendant au moins 3 jours.A method according to any preceding claim wherein the reprogramming culture medium is used for at least 3 days. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les cellules humaines sont issues d’au moins une lignée cellulaire humaine ou de cellules primaires humaines.A method according to any preceding claim wherein the human cells are derived from at least one human cell line or from human primary cells. Procédé selon la revendication précédente dans lequel au moins une lignée de cellules est choisie parmi les lignées cellulaires suivantes : PANC-1, TWNT-1, THP-1, HepG2 ou un mélange de celles-ci.Method according to the preceding claim in which at least one cell line is chosen from the following cell lines: PANC-1, TWNT-1, THP-1, HepG2 or a mixture thereof. Procédé selon la revendication 4 dans lequel les cellules primaires humaines sont choisies parmi les cellules primaires humaines suivantes : hépatocytes humains primaires (PHH), cellules hépatiques primaires, cellules circulantes ou cellules tumorales circulantes (CTC), cellules mononucléées sanguines périphériques (PBMC) ou un mélange de celles-ci.The method of claim 4 wherein the human primary cells are selected from the following human primary cells: primary human hepatocytes (PHH), primary liver cells, circulating cells or circulating tumor cells (CTC), peripheral blood mononuclear cells (PBMC) or a mixture thereof. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la préparation d’un sérum sanguin appauvri et la culture des sphéroïdes sont réalisées pour chaque individu d’une cohorte déterminée d’individus représentative d’une étude.A method according to any preceding claim, wherein the preparation of a depleted blood serum and the culture of the spheroids are carried out for each individual of a determined cohort of individuals representative of a study. Procédé de test de l’effet d’une molécule ou d’une composition comprenant l’obtention de sphéroïdes comprenant les étapes suivantes :
  • Préparation d’un sérum sanguin appauvri à partir d’un prélèvement sanguin d’un individu,
  • culture de sphéroïdes à partir de cellules humaines,
Caractérisé en ce que la culture de sphéroïdes à partir de cellules humaines est réalisée dans un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri, et que le procédé comprend une étape d’exposition des sphéroïdes obtenus à l’étape précédente à une molécule ou une composition à tester, l’exposition des sphéroïdes étant réalisée avec un milieu de culture de reprogrammation comprenant de 30 à 60% en volume du sérum sanguin appauvri.
Method for testing the effect of a molecule or composition comprising obtaining spheroids comprising the following steps:
  • Preparation of a depleted blood serum from a blood sample from an individual,
  • culture of spheroids from human cells,
Characterized in that the culture of spheroids from human cells is carried out in a reprogramming culture medium comprising from 30 to 60% by volume of the depleted blood serum, and that the method comprises a step of exposing the spheroids obtained in the previous step to a molecule or composition to be tested, the exposure of the spheroids being carried out with a reprogramming culture medium comprising from 30 to 60% by volume of the depleted blood serum.
Sphéroïde obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.Spheroid obtained by the method according to any one of claims 1 to 7. Utilisation de sphéroïdes obtenus par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 pour évaluer l’hépatotoxicité ou l’efficacité d’une molécule ou d’une composition.Use of spheroids obtained by the method according to any one of claims 1 to 7 for evaluating the hepatotoxicity or the efficacy of a molecule or a composition.
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