Microcages activables en hydrogel pour un couplage des analyses par séquençage et phénotypiques de cellules uniques – SNAP-Seq

L'analyse de cellules uniques est devenue un outil indispensable pour faire la lumière sur l'hétérogénéité cellulaire des tissus sains et malades. En effet, l'analyse globale d'un ensemble de cellules ne peut donner une image précise de son hétérogénéité. Les tumeurs comprennent généralement plusieurs types de cellules tumorales, stromales et immunitaires : l'analyse globale de la tumeur ne tiendrait pas compte d'une grande partie de la diversité sous-jacente.
Les analyses "omiques" (génomique, épigénomique et transcriptomique) utilisant le séquençage de nouvelle génération (NGS) sont maintenant possibles à haut débit à l'échelle de la cellule unique, de même que les analyses phénotypiques (expression des protéines, sécrétion, glycosylation, métabolisme, morphologie, réponse aux stimuli...) utilisant microscopie, cytométrie en flux et en masse. Certaines techniques récentes permettent en outre l'analyse d'une fraction du protéome couplée à l’analyse transcriptomique.
Il existe aujourd'hui un fort besoin, exprimé par la communauté scientifique et clinique, pour une meilleure compréhension des systèmes biologiques complexes et hétérogènes, nécessitant l'acquisition d'informations à la fois phénotypiques et omiques pour chacune des cellules uniques d'un échantillon. Les contraintes de la microfluidique à gouttes, sur laquelle repose aujourd'hui l'analyse omique à cellule unique, comme l'impossibilité d’identifier les gouttes par imagerie, explique l'absence d'un tel couplage.
Minos Biosciences développe une solution qui réalise une analyse sur cellule unique multimodale couplant directement l'analyse phénotypique par imagerie optique et l'analyse omique par NGS. Les cellules uniques y sont isolées dans plus de 100000 micro-cages d'hydrogel thermoactuables hébergeant des amorces, des adaptateurs ou des sites de recombinaison à code-barres unique et spécifique à chaque micro-cage.
Cependant, la solution de Minos repose sur l'utilisation de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), hydrogel à "Lower Critical Solution Temperature" (LCST), qui gonfle dans l'eau à 25°C et s'affaisse au-dela de 32°C. Les micro-cages sont ouvertes à 37°C, alors qu'il serait souhaitable d'analyser le phénotype des cellules vivantes dans des conditions physiologiques avec des cages fermées.
Le but de ce projet est de surmonter ces limitations en développant de nouveaux hydrogels à "Upper Critical Solution Temperature" (UCST), effondrés à basse température et gonflés à haute température, et de les microfabriquer en cages fermées à 37°C. Nous développerons des protocoles pour ces puces microfluidiques à base d'UCST, permettant l'analyse phénotypique de cellules dans des conditions physiologiques, y compris l'analyse des protéines sécrétées à l'aide d'un test immuno-enzymatique ou d'un système innovant basé sur une boîte à outils « Polymerase/Exonucléase/Nickase».
Nous démontrerons l'utilité de ce système pour affiner la classification moléculaire du cancer colorectal (CC) récemment découverte. Le CC est reconnu comme une maladie hautement hétérogène en ce qui concerne ses altérations génomiques et transcriptionnelles et ses caractéristiques fonctionnelles. Des résultats récents ont mis en évidence qu'une grande partie des CC présente en réalité une hétérogénéité intra-tumorale ayant des implications sur le pronostic des patients. Plusieurs études ont également suggéré que l'analyse multi-omique permettrait d'élaborer une caractérisation plus complète des lignées cellulaires de CC et des échantillons de patients.
Ce projet fournira un nouvel outil pour l'analyse multi-omique de cellules uniques couplé à l’analyse phénotypique basée sur l’imagerie. Nous pensons que cet outil permettra d'identifier de nouveaux marqueurs pour mesurer l'hétérogénéité intratumorale chez les patients. En particulier, il pourrait révéler les facteurs clés régissant la plasticité phénotypique des cellules CC, et aider à améliorer les stratégies thérapeutiques pour les patients.