Les cellules spongieuses marines en 3D pourraient accélérer la production de composés médicamenteux

Crédit : domaine public Unsplash/CC0

Il existe plus de 9 000 espèces d’éponges marines (Phylum Porifera) dans le monde, qui sont une source de nouveaux produits naturels. Ils contiennent des agents chimiques prometteurs qui peuvent être utiles dans la lutte contre le cancer, le COVID-19 et les bactéries Staphylococcus résistantes aux antibiotiques. Ces produits chimiques interagissent avec des molécules qui ont été conservées tout au long de l’histoire de l’évolution et sont impliquées dans les processus pathologiques humains, par exemple, le cycle cellulaire, les réponses immunitaires et inflammatoires et la régulation du calcium et du sodium.

Malheureusement, de nombreuses éponges pharmaceutiquement pertinentes ne se trouvent qu’en quantités infimes dans l’éponge source, et il n’est ni économiquement ni écologiquement faisable de récolter suffisamment de biomasse d’éponges sauvages pour fournir les quantités nécessaires au développement et à la fabrication de médicaments cliniques.

Des chercheurs du Harbour Branch Oceanographic Institute de la Florida Atlantic University ont trouvé une solution viable. Ils ont précédemment réalisé une découverte révolutionnaire pour la biotechnologie marine en créant une culture cellulaire d’invertébrés marins (éponges) utilisant un milieu nutritif optimisé pour développer des lignées cellulaires d’éponges et une division rapide. Avant cette découverte, les lignées cellulaires d’invertébrés marins n’existaient pas.

Maintenant, pour la première fois, les scientifiques de la branche portuaire de la FAU ont porté cette recherche de pointe à un nouveau niveau en cultivant avec succès des cellules d’éponge en 3D. Les cellules en culture 2D présentent des caractéristiques biologiques et physiologiques différentes et leurs interactions et fonctions, qui jouent un rôle clé dans ces caractéristiques, sont limitées en culture 2D. La nouvelle méthode 3D représente mieux le fonctionnement des cellules spongieuses dans la nature et contribuera à augmenter la production de biomasse spongieuse et de métabolites bioactifs.

L’éponge marine Geodia neptuni, trouvée dans les Caraïbes, a été sélectionnée pour cette étude afin de démontrer la preuve de concept des méthodes de culture 3D. Les chercheurs ont évalué des cellules spongieuses cultivées dans trois substrats 3D : des disques FibraCel, de fines couches d’hydrogel et des microgouttelettes de gel, dans le but d’appliquer une ou plusieurs de ces méthodes pour augmenter la production.

Résultats, publiés dans la revue Drogues marines, ont montré que nutriments et les produits en éponge diffusent rapidement dans et hors de la matrice 3D et que les microgouttelettes de gel peuvent être mises à l’échelle dans des flacons rotatifs ; et les cellules et/ou les produits sécrétés peuvent être facilement récupérés. Les scientifiques de la branche portuaire de la FAU poursuivent leurs recherches sur la mise à l’échelle et la production en laboratoire.






“La culture in vitro de cellules spongieuses est une option biologique passionnante et alternative pour la production de biomasse ou de métabolites bioactifs”, a déclaré Shirley Pomponi, Ph.D., auteur principal, professeur de recherche à la FAU Harbour Branch et ancien directeur exécutif du National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Cooperative Institute for Ocean Exploration, Research and Technology. « En raison de leur organisation cellulaire, les éponges peuvent être dissociées en cellules qui vont se réagréger et se différencier pour former une éponge fonctionnelle. De plus, la culture cellulaire nous permet de contrôler précisément les variables environnementales et de sélectionner ou d’optimiser les conditions favorisant une production accrue de biomasse et/ou de bioactifs. métabolites.”

Bien que l’aquaculture en mer d’éponges entières ou d'”explants” (fragments) d’éponges ait réussi pour un nombre limité d’espèces, l’incapacité de contrôler les conditions environnementales telles que les phénomènes météorologiques extrêmes et les proliférations d’algues nuisibles rend l’aquaculture en mer une option biologique moins souhaitable.

“La culture de cellules d’éponges marines présente des défis uniques, par exemple, les éponges marines nécessitent des salinités élevées, ce qui peut empêcher les hydrogels dans lesquels nous ensemençons les cellules de se solidifier correctement”, a déclaré Pomponi. “De plus, de nombreux hydrogels nécessitent des périodes de durcissement à des températures élevées qui sont mortelles pour les cellules spongieuses.”

Pendant des années, les scientifiques de la branche portuaire de la FAU ont collecté des organismes marins inhabituels, dont beaucoup proviennent d’habitats en eau profonde. La majorité des échantillons proviennent principalement de l’Atlantique et des Caraïbes ; d’autres sont venus des Galapagos, du Pacifique occidental, de la Méditerranée, de l’Indo-Pacifique, de l’Afrique de l’Ouest et de la mer de Béring.

Pomponi et son équipe ont établi une biobanque de cellules cryoconservées de plus de 200 éponges individuelles, représentant plus de 50 espèces, 26 familles, 15 ordres et deux classes d’eau peu profonde et profonde. éponges. C’est le premier biobanque de cellules vivantes d’invertébrés marins. Il est utilisé pour soutenir la recherche en cours sur le développement de médicaments dérivés d’éponges, ainsi que la restauration de l’habitat et d’autres applications biotechnologiques.

“Nous menons des recherches pour intensifier ces méthodes 3D afin d’accroître leur utilité pour la production de produits chimiques dérivés d’éponges avec des applications pour la santé humaine”, a déclaré Pomponi.

Les co-auteurs de l’étude sont le premier auteur Elizabeth Urban-Gedamke, technicienne de recherche ; Megan Conkling, titulaire d’un doctorat. coordinateur de recherche étudiant et laboratoire; Peter J. McCarthy, Ph.D., directeur associé pour l’éducation et professeur de recherche; et Paul S. Wills, Ph.D., directeur associé pour la recherche et professeur de recherche, tous à la FAU Harbour Branch.


Les scientifiques sont les premiers à développer une division cellulaire rapide dans les éponges marines


Plus d’information:
Elizabeth Urban-Gedamke et al, Culture 3D de cellules d’éponges marines pour la production de composés bioactifs, Drogues marines (2021). DOI : 10.3390/md19100569

Citation: Les cellules d’éponges marines en 3D pourraient accélérer la production de composés médicamenteux (20 janvier 2022) récupéré le 20 janvier 2022 sur https://phys.org/news/2022-01-marine-sponge-cells-3d-ramp.html

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