Culture cellulaire

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La culture cellulaire est un ensemble de techniques de biologie utilisées pour faire croître des cellules hors de leur organisme (ex-vivo) ou de leur milieu d'origine, dans un but d'expérimentation scientifique ou de fécondation in vitro.

Cellules de la lignée d'une des plus anciennes cultures de cellules humaines, provenant de Henrietta Lacks, morte du cancer, et dont une lignée de cellule continue à être cultivée. Ces cellules HeLa ont été colorées de manière à montrer leur noyau cellulaire en fluorescence bleue sous un éclairage particulier.

cellules épithélialess en culture, colorées de manière à faire apparaître la kératine (en rouge) et l'ADN (en vert)

Origine des cellules

Les cellules mises en culture peuvent être:

• des micro-organismes libres (bactéries ou levures)
• des cellules « saines » prélevées fraîchement d'un organisme (biopsie,...), on parle alors de « culture primaire ». Ces cellules ne peuvent habituellement pas être maintenues en culture indéfiniment, notamment à cause de leur nombre limité de divisions (limite de Hayflick).
• des cellules ayant une capacité de division non limitée (on parle d'« immortalité en culture »). Ce sont des lignées cellulaires. Les lignées sont soit des cellules cancéreuses, soit des cellules en voie de cancérisation, soit des cellules saines rendues « immortelles » artificiellement, soit des cellules souches.
• Des tranches d'organes (d'épaisseur optimisée selon le tissu)

Historique de la culture cellulaire

Les scientifiques tentent de cultiver les cellules en laboratoire depuis la fin du XIX^e siècle, mais sans succès car les échantillons meurent systématiquement. En 1912, Alexis Carrel, chirurgien français, réussit à mettre en culture les cellules d'un coeur de poulet, qui continuaient à battre. La communauté scientifique de l'époque pensait que son expérience était une des plus importante de l'époque, et les magazines affirmaient qu'elle mènerait à l'immortalité de la cellule, mais Carrel était un eugéniste et un mystique. Chaque année il célébrait l'« anniversaire » des cellules, mais on finit par apprendre que les cellules d'origine n'avaient pas survécu très longtemps, et aucun scientifique n'avait réussi à reproduire son expérience. En fait Carrel réintroduisait de nouvelles cellules chaque fois qu'il les « nourissait » avec un jus d'embryon^[1].

La véritable avancée se produisit en 1951 lorsque les cellules d'Henrietta Lacks, connues sous le nom de cellules HeLa, prélevées lors de son opération du cancer et cultivées par le biologiste George Gay, se révélèrent « immortelles » en se reproduisant à l'infini. Elles sont toujours utilisées en laboratoire de nos jours.

Étapes générales de la culture cellulaire

On décongèle une ou plusieurs ampoules de cellules contenant des cellules dans un milieu de culture adapté + un agent protecteur (qui permet d'éviter une trop grande mortalité lors de la congélation en évitant la formation de gros cristaux dans la cellule et donc une lyse). Après la décongélation, on élimine l'agent protecteur (DMSO par exemple, qui est par ailleurs toxique pour les cellules) par centrifugation en éliminant le surnageant, puis on rajoute du milieu de culture adapté frais. Enfin, on met la suspension dans un flacon de culture (flacon plat, boîte de Petri) que l'on met à l'incubateur.

Culture des micro-organismes

La plupart du temps, les micro-organismes sont cultivés en suspension dans un milieu de culture ou sur un support nutritif semi-solide dans des boîtes de Petri. Les conditions physico-chimiques de croissance des bactéries en culture varient beaucoup, aussi bien en termes de température, pression atmosphérique, salinité du milieu, composition en biomolécules, et même parfois luminosité (exemple de certaines cyanobactéries).

Voir aussi l'article sur la culture microbiologique.

Culture des cellules animales

Les cellules animales sont généralement cultivées en incubateurs, à une température de 37 °C et dans une atmosphère très humide à teneur en CO₂ contrôlée, souvent 5 %.

Certaines cellules sont cultivées en suspension dans leur milieu nutritif (cellules non-adhérentes), d'autres sur des plastiques traités leur offrant des capacités d'adhérence. Ces supports peuvent prendre la forme de boîtes de différents formats ou de flasks. On peut cultiver également les cellules dans des environnements tridimensionnels reconstitués proche des matrices extracellulaires naturelles (Matrigel)^[2]. Des techniques particulières de culture peuvent être appliquées à certaines cellules, soit de façon obligatoire pour leur survie, soit pour améliorer ces conditions ou le contrôle de certains paramètres lors des expériences :

• optimisation des conditions « atmosphériques » (ajout d'oxygène, etc.)
• optimisation de la composition des milieux nutritifs (ajout de certaines hormones, etc.)
• optimisation des supports (composition en biomolécules, etc.)
• culture sous agitation
• coculture avec des cellules « nourricières »
• culture sur des tissus préalablement « tués » par un procédé de congélation/décongélation
• inclusion dans des gouttelettes d'alginate
• etc.

Évolution et prospective

Pour répondre à la demande de la médecine régénératrice, les premiers robots ou systèmes automatisés de culture cellulaire apparaissent sur le marché au début du XXI^e siècle.

En 2010, L'Institut National des Sciences et Techniques Industrielles Avancées (AIST, JAPON) et Kawasaki Heavy Industries ont présenté le premier robot (dit R-CPX, pour Robotized - Cell Processing eXpert system^[3]) capable de cultiver conjointement des cellules venant de plusieurs personnes. C'est un bloc de 4 m de large et 2 m de haut comprenant deux bras robotisés reproduisant les mouvements d'un technicien expérimenté, dans un milieu désinfecté par de la vapeur de peroxyde d'hydrogène. Il coûterait environ 100 millions de yen, soit +/- 800 000 €) et l'entreprise espère en vendre une centaine d'unités en 10 ans^[4].

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

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