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Modèle Bio-AlteR®

Description
Test de screening standard
Tests complémentaires
Espèces

Bio-AlteR® est un modèle 3D de culture primaire de tubes séminifères qui permet de réaliser la spermatogénèse ex vivo; il se situe à la frontière entre les techniques de culture cellulaire classique et les méthodes in vivo.

  • Ce modèle permet d’étudier les phases mitotique et méiotique ainsi que le début de la spermiogénèse.
  • L’organisation tridimensionnelle des cellules permet de conserver la polarisation des cellules de Sertoli et ainsi la différentiation des cellules germinales.
  • Ce modèle assure le maintien de la barrière hémato-testiculaire pour l’étude du passage des molécules à travers cette barrière.

Grâce à la chambre bicamérale, Bio-AlteR® permet d’étudier l’impact de composés (substances chimiques, molécules ou médicaments) ajoutés dans le compartiment basal à la fois sur la barrière hémato-testiculaire et sur les cellules germinales en différentiation. Le compartiment basal mime ainsi le compartiment sanguin tandis que le compartiment apical reproduit la lumière des tubes séminifères. Le milieu de culture apical peut être analysé pour explorer les molécules libérées par les cellules et identifier des biomarqueurs spécifiques de la spermatogenèse en réponse ou non à une agression toxique.

Le modèle Bio-AlteR® présente une barrière hémato-testiculaire fonctionnelle pendant toute la durée de culture.

Après 12 jours de culture des tubules séminifères de rats de 20 jours :

Protéine de jonction serrée: Occludin en vert, Protéine de jonction communicante: Connexin-43 en rouge.

Les jonctions serrées et communicantes construisent la « niche » pour le processus de spermatogénèse.

Le développement de l’étape de la méiose dans les testicules de rats pubères est très proche in vivo et dans le modèle BioAlteR ®.

Age des rats Leptotene Zygotene Pachytene Diplotene
In vivo 23 jours 18% 15,7% 65,1% 1,2%
In vivo 42 jours 3,7% 12,5% 67,8% 16%
In vivo 100 jours 2,3% 8,1% 83,1% 6,5%
Ex vivo(BioAlteR ®) culture de rats de 23 jours (Jour 16) 4,3% 14% 60% 21,7%

(Geoffroy-Siraudin C, Perrard MH, Chaspoul F, Lanteaume A, Gallice P, Durand P, Guichaoua M.R. Validation of a rat seminiferous tubule culture system for studying toxicant impact on meiosis: effect of the hexavalent chromium exposure. Toxicol Sci, 2010, 116, 286-96.)

Dans une étude comparative, le modèle BioAlteR ® a été utilisé pour évauer la toxicité de quatre composés toxiques connus: le 1,3-dinitrobenzène (DNB), l’acide 2-méthoxyacétique (MAA), le bisphénol A (BPA) et le lindane sur une culture de 21 jours.

Les réponses et mécanismes de toxicité testiculaires observés dans le modèle BioAlteR ® ont reproduit les données de toxicité testiculaire décrites dans des modèles in vivo pour les quatre produits.

Cette étude pilote a démontré que, le modèle BioAlteR ® permettait de reproduire les réponses de toxicité testiculaire observées in vivo et de déterminer/ différencier le mode d’action des différents composés présentant des mécanimes de toxicité distincts.

Composés Données BioAlteR ®
1,3 DNB (6 & 60µM) Atteinte des cellules de Sertoli avec perturbation de la TEER aux deux concentrations
Perte des spermatocytes pachytènes et spermatides rondes pendant la 1ère semaine (6µM)
Dégénerescence de la globalité des cellules méiotiques durant la 1ère semaine (60µM)
MAA (0.5 & 2.5 mM) Atteinte des cellules de Sertoli avec une perturbation dose-dépendante de la TEER et diminution de l’expression de Cx-43
Inhibition de la méiose (diminution des spermatocytes I et II et des spermatides )
BPA (5 & 50µM) Atteinte des cellules de Sertoli avec une perturbation dose-dépendante de la TEER et diminution de l’expression de Cx-43
Perturbation de la méiose (pas de progression vers le stade spermatocytes pachytènes à 50µM)
Lindane 5 & 30µM) Atteinte des cellules de Sertoli avec une diminution dose-dépendante de l’expression de Cx-43 et une faible diminution de la TEER
Apoptose des spermatocytes pachytènes (perte des spermatocytes pachytènes et spermatides)

Goldstein KM, Seyler DE, Durand P, Perrard MH, Baker TK. Use of a rat ex-vivo testis culture method to assess toxicity of select known male reproductive toxicants. Reprod Toxicol. 2016, 60:92-103.

Mesure de la résistance électrique trans-épithéliale (TEER) de la barrière hémato-testiculaire

La mesure de TEER est une technique non invasive qui permet d’évaluer la fonctionalité de la barrière hémato-testiculaire.

Les jonctions serrées (et communicantes) entre les cellules de Sertoli sont la composante principale de la barrière hémato-testiculaire; celle-ci est primordiale pour le déroulement de la spermatogénèse.

Grâce à la présence d’une barrière hémato-testiculaire conservée et fonctionnelle dans le modèle Bio-AlteR® , Kallistem est la seule Compagnie qui propose un modèle de TEER incluant la présence de cellules germinales et validé chez le rat.

Ce test de screening standard est proposé en première intention pour apporter une réponse rapide sur la toxicité potentielle des produits à tester. Il permet d’évaluer un grand nombre de molécules à la fois par rapport aux autres tests complémentaires proposés.

La mesure de TEER est prise régulièrement durant toute la durée de culture du modèle BioAlteR® (21 jours).

La mesure de TEER permet de déterminer la fonctionalité et l’intégrité de la barrière hémato-testiculaire (quantification de la résistance électrique trans-épithéliale)

L’évolution de l’état physiologique de la barrière hémto-testiculaire est suivi durant la culture à l’aide d’un voltohmmètre.

Exemple de mesure de la TEER

Effet du Dinitrobenzène (DNB) sur la TEER dans le modèle Bio-AlteR® (rat)

Le DNB perturbe fortement la barrière hémato-testiculaire de façon dose et temps dépendante

Plusieurs tests complémentaires sont proposés par Kallistem pour déterminer le mécanisme d’action des produits toxiques. (liste non exaustive: en fonction de l’étude, de nombreuses options sont discutées et proposées au client)

I- Modification du nombre de cellules par population

Viabilité cellulaire des cellules somatiques et germinales
Quantification des 6 principales populations cellulaires (par cytométrie de flux)

II- Quantification de mRNA

Marqueurs de la barrière hémato-testiculaire
Marqueurs des 6 principales populations cellulaires

III- Détection de perturbateurs endocriniens et étude de leur mécanisme d’action

Investigation des voies de signalisation hormono-dépendantes
(Analyse de l’expression des androgènes, oestrogènes, FSH, hormones thyroïdiennes,...)

Exemple: le modèle Bio-Alter® a mis en évidence que la qualité de l’eau de consommation courante peut avoir un impact sur la spermatogenèse.

Expression des gènes du Récepteur aux Androgènes (AR) et des récepteurs aux Oestrogènes (Era and ERb):

Un effet perturbateur endocrinien marqué a été observé avec l’échantillon d’eau numéro 3 (forte diminution de l’expression des gènes AR et ERb .

Eau du robinet: 1 and 2
Eau minérale en bouteille: 3 and 4

Espèces disponibles dans le modèle Bio-AlteR®

Rat Disponible
Chien Disponible
Souris Disponible
Homme Disponible