Un rectangle de plastique de la taille d’une carte de crédit, parcouru de canaux, ponctué de valves... et accueillant des cellules humaines. Appelé organoïde sur puce, ce dispositif permet de reproduire le fonctionnement d’organes humains pour mieux les comprendre et, à terme, développer des traitements plus rapidement, voire sur-mesure.
« Le but est d’installer une couche de cellules sur un dispositif afin de mimer une fonction biologique, explique Fabrice Navaro, chef du laboratoire Systèmes microfluidiques et bio ingénierie au CEA. Nous utilisons un système microfluidique qui permet de contrôler les paramètres géométriques de l’amas de cellules et de le stimuler. » Au sein d’une équipe interdisciplinaire du CEA, le chercheur a notamment utilisé une installation de ce type pour étudier la sécrétion d’insuline de cellules pancréatiques. Le but : détecter les cellules les plus efficaces en vue d’une greffe, afin d’améliorer le traitement du diabète de type 1. Des travaux publiés dans la revue Biosensors & Bioelectronics en avril, représentatifs de ceux menés plus globale- ment au CEA sur le sujet. 

Puce microfluidique et cellules souches

La création d’un organoïde sur puce démarre avec « des cellules souches plongées dans un gel », relate Xavier Gidrol, chef du laboratoire Biologie à grande échelle au CEA, qui a participé aux recherches. « En changeant le milieu de culture des cellules, nous pouvons mimer des organes, voire des tumeurs, jusqu’à un demi-millimètre de diamètre. » Si cette taille peut paraître infime, elle suffit pour reproduire le fonctionnement biologique d’un organe et « toutes les caractéristiques d’une tumeur cancéreuse », affirme-t-il.

Reste qu’un organoïde est un système auto-organisé, rappelle le chercheur. « Les cellules forment un organe toutes seules, sans que nous puissions contrôler le processus, ajoute- t-il. La microfluidique permet de mieux contrôler, d’avoir un système qui ressemble davantage à la réalité physiologique d’un organe. » Cette discipline se base sur des canaux ayant un diamètre de quelques microns pour manipuler de toutes petites quantités de fluides. « Elle est inspirée de la fabrication du silicium, précise Fabrice Navaro. Cela permet de bien contrôler l’écoulement des fluides, au départ pour automatiser le protocole biologique d’un laboratoire, puis pour fabriquer ces organes sur puce. » 

Dans les hôpitaux d'ici dix ans

Ainsi, les micro-canaux de la puce permettent d’envoyer des réactifs sur l’organoïde, de capter ses émissions et d’en étudier les caractéristiques. De quoi imaginer ces dispositifs s’intégrant dans la recherche clinique, notamment pour remplacer les essais sur des animaux ou encore pour tester différents traitements sur la reproduction de l’organe d’un patient spécifique. Lui évitant ainsi de pénibles essais. « L’organe sur puce devient l’organe de quelqu’un, abonde Xavier Gidrol. Cela peut aussi permettre de réaliser des essais cliniques sur puces, moins coûteux et potentiellement spécialisés sur des cellules de femmes enceintes ou d’enfants par exemple. »

Les chercheurs envisagent deux échéances pour cette technologie. « D’ici cinq ans, elle devrait accompagner l’essor et le renouveau de la R&D pharmaceutique et accompagner la personnalisation du parcours de soin, anticipe Fabrice Navaro. Dans dix ans, les organes sur puces devraient être adoptés par les hôpitaux et les médecins. »

Mais le chemin à parcourir est encore long avant d’industrialiser ces recherches. « Nous avons des installations robustes, représentatives des usages finaux que nous visons, pose le scientifique. Nous sommes en train de nous préparer à réaliser des prototypes préindustriels, notamment au niveau des procédés de fabrication, pour être capables à terme d’en fabriquer 1000, voire 10 000. » Pour cela, le CEA estime indispensable de mettre sur pied une filière française des organes sur puce. Qui nécessitera l’implication des industriels du silicium, pour intégrer des capteurs dans les puces, ainsi que de la plasturgie, pour les manufacturer en nombre. Et avoir un impact concret sur la médecine. 

Quintard C, Tubbs E, Achard JL, Navarro F, Gidrol X and Fouillet Y
Microfluidic device integrating a network of hyper-elastic valves for automated glucose stimulation and insulin secretion collection from a single pancreatic islet.
Biosensors and Bioelectronics, Elsevier, 2022

Texte publié dans L'Usine Nouvelle le 29 juin 2022 par Gautier Virol.