Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is characterized by the progressive stiffening of the lung matrix of unknown etiology. The end effector cell of IPF is the fibroblast which under pathological conditions differentiates into a significantly more contractile and synthetic myofibroblast cell type. At this point in time, there is no effective cure for IPF. Rodent IPF models do not recapitulate many key features of IPF, and there is a need for a human in vitro model of IPF in order to study IPF disease progression and provide a platform for drug discovery. The aim of this study is to uncover parameters that are often ignored in conventional in vitro studies that may significantly affect lung fibroblast force generation. We hypothesize that stiffness, dimensionality, and serum-supplementation of the culture system effects the biomechanical output of primary IPF and healthy lung fibroblasts. Using traction force microscopy, we studied the effects of each of these parameters in isolation and in combination to understand how the biomechanical output IPF and healthy lung fibroblasts are affected by these factors. We demonstrate that in 2D, serum supplementation greatly affects cellular traction force generation, but in 3D, cellular traction forces are unaffected by the presence of serum indicating that cells behave differently in 2D compared to 3D. Furthermore, cells increase traction forces in response to matrix stiffness in 2D (in absence of serum) and 3D demonstrating that stiffness is an important parameter that regulates fibroblast force generation in vitro.

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) se caractérise par une rigidification progressive de la matrice extracellulaire des poumons dont l’étiologie reste inconnue. La dernière cellule effectrice de la FPI est le fibroblaste, qui, en conditions pathologiques, se différencie en type cellulaire myoblastique significativement plus contractile et aux capacités de synthèse supérieures. Il n’y a, pour le moment, pas de traitement contre la FPI. Nombre de caractéristiques clés de la FPI ne sont pas reproduits par les modèles de rongeurs atteints de FPI et un modèle humain in vitro de FPI serait nécessaire en vue d’étudier la progression de la maladie FPI et de fournir une plateforme de développement de médicaments. Le but de cette étude est de déterminer les paramètres qui sont souvent ignorés lors des études in vitro, et qui pourraient affecter de manière significative la génération de force des fibroblastes pulmonaires. Nous avons émis l’hypothèse que la rigidité, la dimensionnalité et la supplémentation du sérum du système de culture ont un effet sur la production biomécanique finale des fibroblastes pulmonaires atteints de FPI primaire et sains. Grâce à la technique de « Traction Force Microscopy » (Microscopie de Force de Traction), nous avons étudié les effets de chacun de ces paramètres, seuls ou combinés, pour comprendre comment le rendement biomécanique des cellules FPI et NLF sont affectés par ces facteurs. Nous avons démontré que la supplémentation du sérum stimule une augmentation artificielle et robuste des forces générées par les cellules dans un système en 2D, ce qui suggère que le sérum ne fournit pas des conditions adéquates pour l’étude des caractéristiques biomécaniques des fibroblastes. De plus, une augmentation des forces de traction en réponse à la rigidité de la matrice a uniquement été décelée pour les deux types cellulaires dans le cas où ils étaient soumis à des signaux tridimensionnels, suggérant que les caractéristiques biomécaniques des fibroblastes seraient mieux étudiées dans des microenvironnements 3D.