The need for conventional cell culture methods with increased physiological relevancy has led to the development of spheroid formation, a method of 3D cell culture. Spheroids provide more structural, functional, and physiological relevancy which has allowed spheroids to be used extensively in cancer and stem cell research. Spheroids also have high impact potential in drug screening, but the issues with existing methods of spheroid formation are preventing their widespread use. With current methods of forming, treating, labelling, and analyzing spheroid cultures, disparate handling techniques and multiple experimental platforms are typically required. Not only are these multiple steps cumbersome, the risk of losing valuable cell material during sample manipulation is high, causing an unfavorable increase in the costs of high-value experiments such as drug discovery. This thesis demonstrates that 3D printed reverse-tapered structures can be replica molded to fabricate "one-way valve structures" into polyacrylamide hydrogel microwells that can then be used to rapidly assemble, label, and image spheroid arrays in a high-throughput format. This thesis further demonstrates the versatile use of this platform to study potential spheroid-to-spheroid invasive and migratory activity, which is not possible with existing methods of spheroid formation and culture.

Les méthodes de culture cellulaire, conventionnellement deux-dimensionnelles, sont remplacées par des systèmes 3D dans l'intention de ressembler davantage aux milieux physiologiques. Les sphéroïdes et agrégats cellulaires sont souvent utilisés dans cette approche biomimétique. Cependant, les méthodes courantes pour former, traiter, identifier, tracer et analyser les cultures sphéroïdales requièrent l'utilisation de plusieurs plateformes et manipulations expérimentales disparates. Ces démarches complexes sont non seulement incommodes, mais elles risquent aussi une perte excessive de matériel cellulaire qui augmente drastiquement le coût de recherches sophistiquées telles que le développement de médicaments. Cette thèse démontre que des structures en forme de fuseau inversé conçues par impression 3D peuvent être reproduites par moulage pour fabriquer des micropuits à valve unidirectionnelle en acide polyacrylique. Ces structures permettent d'assembler, tracer et visualiser des ensembles de sphéroïdes à haut débit. Cette plateforme polyvalente peut également être utilisée pour étudier de potentielles interactions intersphéroïdes, ce qui n'est pas possible avec les autres méthodes actuelles de cultures sphéroïdales.