Le cancer est une pathologie multigénique dont le caractère dynamique, évolutif et hétérogène a abouti au développement d’une multiplicité de modèles pour l’étudier. Traditionnellement, la culture cellulaire en deux dimensions (2D) est employée in vitro. Cependant, une accumulation de données témoigne de la pertinence des cultures en trois dimensions (3D) pour modéliser et étudier les mécanismes impliqués dans l’initiation, la progression et la résistance aux traitements des tumeurs. En reproduisant mieux l’architecture spatiale, les interactions cellule-cellule et cellule-matrice, ainsi que l’hétérogénéité phénotypique des tumeurs, ces modèles 3D aident à combler l’écart entre les études in vitro et les conditions in vivo. Cette revue décrit les principaux modèles de culture 3D – sphéroïdes, organoïdes, tumoroïdes, explants tumoraux et cancers sur puce – en soulignant leurs principes, atouts et limites. Les techniques utilisées pour générer ces modèles de culture 3D, telles que la culture 3D en milieu liquide ou sur support, la microfluidique et la bio-impression 3D sont aussi présentées. Enfin, des exemples d’application de ces modèles sont discutés, notamment pour l’étude de la vascularisation et de son rôle dans le recrutement du système immunitaire, la modélisation du processus métastatique, le criblage de candidats médicaments et l’élucidation de la résistance aux traitements. Le potentiel des modèles 3D est également abordé dans le contexte de la médecine personnalisée.

Cancer is a multigenic pathology whose dynamic, evolving and heterogeneous nature has led to the development of a variety of models to study it. Traditionally, two-dimensional (2D) cell culture has been used in vitro. However, an accumulated body of data demonstrates the relevance of three-dimensional (3D) cultures for modeling and studying the mechanisms involved in the initiation, progression, and resistance to treatments of tumors, particularly solid tumors. By better reproducing the spatial architecture, cell-cell and cell-matrix interactions, and phenotypic heterogeneity of tumors, these 3D models help bridge the gap between in vitro studies and in vivo conditions. This review describes the main 3D culture models – spheroids, organoids, tumoroids, tumor explants and cancers-on-a-chip – highlighting their principles, advantages and limitations. The techniques used to generate these 3D culture models, such as liquid-based or scaffold-based 3D culture, microfluidics, and 3D bioprinting, are also presented. Finally, examples of applications of these models are discussed, including the study of vascularization and its role in immune system recruitment, the modeling of the metastatic process, the screening of drug candidates and the elucidation of treatment resistance. The potential of 3D models is also addressed in the context of personalized medicine.