Hypoxic-Core Spheroids on a Chip

L'hypoxie tumorale est définie comme une pression partielle d'oxygène [pO2] inférieure à sa valeur physiologique. Résultant naturellement du taux de prolifération incontrôlé et de la vascularisation progressivement erratique des tumeurs solides, l'hypoxie déclenche dans les cellules cancéreuses un ensemble d'adaptations métaboliques et cellulaires servant principalement à survivre aux conditions hypoxiques, acides et pauvres en nutriments. Outre les caractéristiques physicochimiques intrinsèques du microenvironnement hypoxique, ces adaptations contribuent à augmenter la capacité d’invasion et de métastase de la tumeur, ainsi qu'à une résistance accrue à la plupart des traitements anticancéreux (chimiothérapie, radiothérapie, immunothérapie). De fait, l'hypoxie tumorale est généralement associée à une aggravation du pronostic des patients. Malgré l'importance clinique de l'hypoxie, les chercheurs font face à un manque apparent d'outils et de méthodologies ergonomiques permettant de simuler correctement le microenvironnement hypoxique dans des modèles in vitro ou in vivo. Quel que soit le modèle tumoral in vitro utilisé (monocouche 2D ou sphéroïde 3D), la plupart des études sur l'hypoxie ont recours à l'induction chimique ou à des environnements à oxygène contrôlé. Ceci ne permet ni de reproduire correctement la structure tridimensionnelle multicouche des tumeurs solides, ni l'interaction entre des cellules présentant différents niveaux d'oxygénation et différents phénotypes. De plus, ces dispositifs expérimentaux sont peu pratiques et parfois incompatibles avec le traitement et l’analyse appropriés des échantillons hypoxiques. Bien que les modèles in vivo reproduisent l'architecture, le microenvironnement et les mécanismes d’hypoxie des tumeurs in vivo, ils présentent certains inconvénients. Le contenu hypoxique des tumeurs in vivo est difficilement prévisible et quantifiable, et les exigences expérimentales pour les tumeurs hypoxiques de grande taille peuvent entrer en conflit direct avec les autorités réglementaires. Ces contraintes, associées à leur coût et à leur faible rendement, rendent les modèles animaux inadaptés à l'étude préclinique de l'hypoxie.