Les « organes sur puce » permettent de reconstituer des tissus et des organes miniatures modélisant la physiologie et les pathologies humaines. Ils sont le plus souvent constitués de cellules cultivées in vitro en trois dimensions, grâce à des technologies telles que la microélectronique, l'ingénierie cellulaire, la microfluidique et les nanocapteurs. Le CEA, qui regroupe toutes ces compétences, vient de faire un pas significatif dans cette direction en réussissant à maintenir vivant et fonctionnel un îlot de Langerhans dans un composant microfluidique pendant un mois.
Dans le cadre du projet Panache, les chercheurs du CEA-Leti en collaboration avec ceux du CEA-Irig, ont en effet réussi à reproduire un environnement le plus naturel possible pour maintenir en état de fonctionnement cet amas de cellules pancréatiques sphérique de 150 à 500 microns de diamètre à l'origine de la sécrétion d'insuline. Dans un premier temps, ils ont réalisé un composant microfluidique en polymère thermoplastique dans lequel des microstructures (canaux, piliers…) sont imprimées par embossage à chaud, et recouvert d'un capot scellé thermiquement. A l'intérieur de cet environnement géométriquement adapté, les îlots de Langerhans baignent dans un hydrogel mimant la matrice extracellulaire, et dans lequel des cellules endothéliales sont mises en culture. Celles-ci ont la particularité de s'auto-organiser pour former un réseau autour de l'îlot avec lequel il se connecte pour permettre la circulation des nutriments via le flux imposé dans le système microfluidique. La présence de cellules supports complète ce dispositif, qui a permis de maintenir le réseau endothélial en état fonctionnel pendant 43 jours.
Ces travaux peuvent être transposés à d'autres types de cellules et donc d'organes, et le dispositif agrémenté de capteurs en tous genres à des fins d'imagerie et de surveillance de la composition du milieu et des sécrétions. Les organes sur puce serviront à comprendre les mécanismes de pathogénèses (ici le lien entre diabète et cancer par exemple), faciliteront le développement de médicaments en permettant de réaliser les étapes pré-cliniques in vitro plutôt que chez l'animal, amélioreront l'efficacité de la personnalisation des traitements, etc.