Imaginez que vous aimeriez planter un jardin de fleurs. Vous pouvez chercher des fleurs qui s’intègrent parfaitement à votre environnement, bien qu’elles puissent être coûteuses et nécessiter des soins d’expert. Ou vous pouvez choisir des variétés qui ne sont peut-être pas idéales, mais qui poussent partout, sont abordables et ne nécessitent pas beaucoup de soins. De même, lorsque vous démarrez un projet de recherche et que vous devez décider d’utiliser des cellules primaires humaines ou des lignées cellulaires immortelles, vous devez tenir compte d’une série de facteurs.
Voulez-vous construire un modèle de culture cellulaire qui représente étroitement la situation humaine in vivo ? Dans ce cas, les cellules primaires humaines constituent un meilleur choix. De plus, si vous envisagez de publier vos résultats, vous devez garder à l’esprit que les réviseurs pourraient vouloir que vous validiez vos résultats dans un système pertinent pour la physiologie humaine. Ou bien voulez-vous un modèle facile à utiliser et bien établi ? Ici, les lignées cellulaires immortelles seraient préférables, bien que les cellules puissent ne pas se comporter exactement comme chez l’homme.
Les cellules primaires humaines : coup d’œil dans la vraie vie
Les cellules primaires humaines sont isolées directement à partir de tissus et conservent les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles de leur tissu d’origine. Par exemple, le tissu tumoral d’origine du cancer colorectal préserve plusieurs marqueurs tumoraux et des microARN connus. En comparaison, les lignées cellulaires présentent des différences dans leur expression (Pastor et al., 2010).
Les cellules primaires, cependant, ne vivent pas éternellement. Elles subissent des processus de sénescence et ont un potentiel limité d’autorenouvellement et de différenciation. En vieillissant, elles présentent des changements morphologiques et fonctionnels, c’est pourquoi il faut les utiliser dans les premiers passages. Les caractéristiques génétiques et l’âge des donneurs sont également importants, car leurs cellules peuvent se comporter différemment dans les mêmes conditions de culture. Cela peut être une bonne chose lorsque vous étudiez comment des caractéristiques cellulaires spécifiques diffèrent au sein de la population ou lorsque vous testez de nouveaux composés. D’autre part, vos tests nécessitent-ils une faible variance ? Utilisez alors des cellules provenant du même donneur. L’un des avantages des cellules primaires humaines est que vous n’avez pas besoin de recourir à des modèles animaux. Cela signifie que vous pouvez éviter les différences inter-espèces – telles que l’anatomie, les voies moléculaires et le métabolisme – qui peuvent affecter la toxicité et le mode d’action des médicaments.
La façon dont vous manipulez les cellules primaires détermine le succès
Les cultures de cellules primaires humaines peuvent être initiées à partir de cellules saines ou de cellules cancéreuses. Elles proviennent de donneurs sains, de dons d’organes, de spécimens chirurgicaux, de tissus fœtaux ou de donneurs post-mortem. Lorsque vous planifiez vos expériences, n’oubliez pas que la source de cellules primaires humaines est limitée. Cela signifie que vous ne pourrez peut-être pas obtenir de matériel supplémentaire du même donneur. De plus, les cultures primaires dérivées d’explants de tissus sont un mélange de différentes cellules à différents stades, donc si vous voulez initier des cultures plus homogènes, vous devrez peut-être purifier des types de cellules spécifiques. Les cellules primaires étant plus sensibles que les lignées cellulaires, elles nécessitent souvent des nutriments et des facteurs de croissance supplémentaires.
Parce que les différents types de cellules ont besoin de milieux différents pour se développer et survivre, optimisez toujours les conditions de culture pour chaque type de cellule. Les lignées cellulaires ont besoin de niveaux élevés de sérum. Cependant, le sérum n’est pas standardisé et différents lots peuvent présenter une grande variabilité des nombreuses substances contenues. Cela peut grandement influencer les résultats de votre recherche et même les rendre incohérents. Dans le cas des cellules primaires humaines, n’oubliez pas que des niveaux élevés d’antibiotiques diminuent leur viabilité et leur croissance. Lorsque les cellules atteignent les différentes étapes de la culture, vous devez les caractériser et identifier tout changement morphologique et fonctionnel. Ceci est pertinent pour le contrôle de la qualité. Bien entendu, une bonne pratique de la culture cellulaire exige que vous consigniez toutes les informations nécessaires au suivi des matériaux et des méthodes. De cette façon, vous vous assurez que votre modèle est transparent et reproductible (Pamies et al., 2018).
La lutte contre la contamination par les endotoxines dans les cultures cellulaires
La contamination menace les études de culture cellulaire. Les bactéries, les champignons, les levures et les mycoplasmes ne sont pas les seuls coupables, les endotoxines posent également des problèmes. Elles affectent la croissance et la fonction cellulaire in vitro ainsi qu’in vivo (Ryan et al, 2018). Les endotoxines sont des lipopolysaccharides dérivés de la membrane externe de la plupart des bactéries gram-négatives, qui sont stables même à haute température. Les endotoxines contaminent souvent le matériel de laboratoire, car elles présentent une forte affinité pour les matériaux hydrophobes tels que le plastique. Les sources de contamination comprennent l’eau utilisée pour le lavage, les milieux et les sérums, les additifs, les plastiques de laboratoire et la verrerie. Vous pouvez détecter les endotoxines avec le test du lysat d’amébocyte de limule (LAL), car le LAL forme des caillots de gel quantifiables en leur présence.
Divers types de cellules réagissent différemment à la présence d’endotoxines, et des limites d’endotoxines doivent être fixées pour chaque type de cellule dans les cultures in vitro (Nomura et al., 2017). Pour minimiser le risque de contamination par les endotoxines, utilisez des milieux, des sérums et du matériel de laboratoire certifiés apyrogènes, et vérifiez l’eau utilisée dans le laboratoire, en particulier lorsque vous travaillez avec des cellules sensibles.
Lignées cellulaires : une partie intégrante de la recherche biologique
Travailler avec des cellules primaires repose sur des décennies de recherche utilisant des lignées cellulaires. Depuis le début du 20e siècle, les lignées cellulaires ont fourni aux scientifiques de grandes connaissances sur les processus biologiques des cellules humaines. Les lignées cellulaires immortelles sont devenues un outil puissant pour d’innombrables applications, notamment pour tester le métabolisme et la cytotoxicité des médicaments, étudier la fonction des gènes, ainsi que produire des vaccins, des anticorps et des composés biologiques.
Comme mentionné, le but de votre recherche détermine le type de culture cellulaire que vous utilisez. Les chercheurs qui prévoient d’étudier les processus biologiques de base, de manipuler les fonctions cellulaires, d’établir de nouvelles méthodes ou de réaliser des criblages préliminaires ont tendance à choisir des lignées cellulaires immortalisées. Pourquoi ? Elles sont rentables, faciles à utiliser et peuvent être conservées en culture pendant de longues périodes. Les lignées cellulaires sont également faciles à manipuler et à étendre. (Kaur et al., 2012). Le criblage à haut débit est-il à l’ordre du jour ? Ici, l’approvisionnement illimité en matériel pourrait également être un avantage.
Pour autant, même si les résultats expérimentaux obtenus avec des lignées cellulaires peuvent être clairement interprétés et comparés de manière cohérente avec des études précédentes, gardez à l’esprit que la pertinence physiologique de ces études pourrait ne pas être très élevée. Il existe également des limites à ce que l’on peut faire avec les lignées cellulaires. En fait, certaines ne présentent qu’une similarité marginale avec les cellules primaires d’origine, car les passages en série peuvent entraîner des variations du génotype et du phénotype. Vous pouvez vous retrouver avec un contenu génomique altéré et un profil d’expression anormal. Les lignées cellulaires n’ont pas de caractéristiques morphologiques ou fonctionnelles essentielles et ne sont donc pas toujours en mesure d’induire des biomarqueurs pertinents. Cela signifie que les résultats que vous avez obtenus avec des lignées cellulaires en laboratoire ne peuvent pas être entièrement transposés à l’homme. Sur de longues périodes, les lignées cellulaires immortelles peuvent également être contaminées par d’autres cellules ou micro-organismes (voir l’article du blog : Mycoplasma Contamination – Small Organisms Cause Big Trouble). Veuillez donc suivre ce conseil : Avant d’effectuer tout travail avec des lignées cellulaires, commencez toujours par les valider pour vous assurer que vos cellules ne sont pas mal identifiées ou contaminées (Lorsch et al, 2014).
En bref, basez votre choix de cellules primaires humaines ou de lignées cellulaires immortelles sur votre objectif de recherche. Dans de nombreux cas, les lignées cellulaires immortelles offrent un modèle très précieux pour les expériences préliminaires. Utilisez ensuite les cellules primaires humaines pour reproduire les résultats clés. Cela augmente la transposition et rend vos résultats plus pertinents pour la physiologie humaine.