Technologie pour l’ingénierie des microenvironnements et l’imagerie pour les organes sur puce (EnVie)

Coordinateurs

Audrey Ferrand (INSERM U1220), Laurent Malaquin (LAAS, CNRS UPR 8001)

Institutions et établissements impliqués

Restore INSERM-CNRS UMR5070; CRCT INSERM U1037; LP2N UMR CNRS 5298; CHU de Toulouse; IUCT

Contexte et défis

Un tissu est défini par l’ensemble des signaux biochimiques et biophysiques que les cellules reçoivent de la matrice extracellulaire (MEC), des cellules environnantes, du système immunitaire, des exosomes et des facteurs solubles (facteurs de croissance, hormones, cytokines). Ces entités jouent un rôle majeur dans l’établissement et le devenir des tissus ainsi que dans leurs fonctions en influençant le comportement et le phénotype des cellules du tissu. Ainsi, ce sont des éléments clés de l’homéostasie tissulaire mais aussi de la physiopathologie des organes. Cependant, les constantes interactions entre un tissu et son environnement, ou avec d’autres organes (y compris les tumeurs), restent difficiles à caractériser tant in vivo qu’in vitro. Cela est principalement dû au manque de modèles pertinents permettant à la fois l’établissement et/ou le maintien de tissus/explants à long terme et leur exploration en temps réel. Un défi majeur pour les organes sur puce est le manque de dispositifs modulaires, interconnectables et évolutifs, capables de :

Fournir un accès en temps réel aux événements cellulaires et moléculaires in situ grâce à des technologies d’imagerie 3D et de détection avancées.

Reproduire les architectures tissulaires complexes.

Maintenir des explants tissulaires sur des périodes prolongées.

Objectifs scientifiques et solutions

Le projet ENVie vise à développer une technologie de culture modulaire et standardisée impliquant un contrôle microfluidique des conditions environnementales, des technologies de biofabrication innovantes pour soit reconstituer une architecture d’organe et ses principales fonctions (reconstruction tissulaire, illustrée par une technologie colon-sur-puce), soit permettre l’intégration et le maintien d’un explant tissulaire (intégration tissulaire, illustrée par l’intégration d’un explant d’adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) sur puce). Cette technologie garantira l’établissement, la survie et le maintien des tissus pendant des semaines, et intégrera des capacités d’imagerie et de détection 3D profondes en direct et à haute résolution pour la caractérisation et la surveillance du devenir des tissus et de leur réponse aux traitements

La communication inter-tissulaire grâce à l’interconnexion des modules EnVie pour étudier les interactions entre différents organes.

La reconstitution d’architectures tissulaires et la maintenance des fonctions des organes sur plusieurs semaines.

L’intégration d’outils de détection en temps réel (imagerie 3D et capteurs optiques/électriques) pour suivre les réponses tissulaires.

Programme de recherche

Le projet ENVie vise à développer un dispositif modulaire permettant la reconstruction ou l’intégration de tissu maintenu sur du long-terme et permettant sa caractérisation et l’analyse de sa réponse fonctionnelle et thérapeutique :  

– une bibliothèque de matériaux de type ECM standardisés avec des propriétés mécaniques (rigidité, viscosité, porosité), de transport de masse (diffusion, perméabilité) et de dégradation contrôlées (WP1),

– l’intégration et la structuration 3D de biomatériaux récapitulant les principaux signaux topographiques, mécaniques, hydrodynamiques et biochimiques du microenvironnement tissulaire (WP1),

– l’intégration de fonctions microfluidiques assurant i) une perfusion contrôlée des tissus et le maintien de leur viabilité ii) un contrôle dynamique de la pression, des débits et des transports moléculaires dans les tissus (WP2),

– l’intégration de capteurs pour suivre les mécanismes de régulation physiologiques et pathologiques des tissus (WP2),

– l’exploration par imagerie en temps réel et multi-échelle de la structure, de la dynamique et de la mécanique des tissus (WP3),

– l’établissement de cultures tissulaires primaires de patients par reconstruction ou intégration tissulaire, et leur validation pour des criblages (médicaments, microbiote…) en vue d’une médecine personnalisée (WP4)