Le Multi-Chip organes - Une plate-forme microfluidique à long terme Coculture multi-tissus
28 avril 2015
32.3K vues
Ici, nous présentons un protocole de coculture de cellules primaires, de modèles de tissus et de biopsies à l’emporte-pièce dans une puce microfluidique multi-organes pendant une période allant jusqu’à 28 jours. Des cellules endothéliales microvasculaires dermiques humaines, des agrégats hépatiques et des biopsies cutanées ont été combinés avec succès dans une circulation de milieu commune.
Aperçu
Cet article présente un protocole de codulture de cellules primaires, de modèles de tissus et de biopsies par poinçonnage à l’aide d’une puce microfluidique multi-organes pendant une durée allant jusqu’à 28 jours. La combinaison réussie de cellules endothéliales microvasculaires dermiques humaines, d’agrégats hépatiques et de biopsies cutanées dans une circulation de milieu commun est décrite en détail.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie cellulaire
- Microfluidique
Contexte
- Les systèmes microfluidiques permettent l'intégration de plusieurs systèmes d'organes.
- Les techniques de coculture peuvent améliorer l'étude des interactions cellulaires.
- Le maintien de la viabilité et de la fonctionnalité cellulaires sur des périodes prolongées est essentiel.
- Cette étude explore le potentiel d'une puce multi-organes pour la culture à long terme.
Objectif de l'étude
- Développer un protocole fiable pour la coculture de différents types cellulaires.
- Étudier les interactions entre les cellules endothéliales et les modèles de tissus.
- Évaluer la viabilité cellulaire dans un environnement microfluidique au fil du temps.
Méthodes utilisées
- Conception et fabrication de puces microfluidiques.
- Isolation de cellules endothéliales microvasculaires dermiques humaines primaires.
- Préparation d'agrégats hépatiques et de biopsies cutanées.
- Mise en place d'une circulation commune de milieu pour la coculture.
Résultats principaux
- Coculture réussie de cellules endothéliales, d'agrégats hépatiques et de biopsies cutanées.
- Les cellules ont conservé leur viabilité jusqu'à 28 jours.
- Observations d'interactions cellulaires dans l'environnement microfluidique.
- Applications potentielles dans les tests de médicaments et la modélisation des maladies.
Conclusions
- La puce microfluidique multi-organes est efficace pour la coculture à long terme.
- Cette approche peut faciliter l'étude des interactions cellulaires complexes.
- De futures recherches pourraient élargir les applications de cette technologie.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce qu'une puce microfluidique multi-organes ?
Une puce microfluidique multi-organes est un dispositif qui permet la culture simultanée de plusieurs types cellulaires dans un environnement contrôlé.
Combien de temps les cellules peuvent-elles être cultivées dans ce système ?
Les cellules peuvent être cultivées jusqu'à 28 jours dans la puce microfluidique multi-organes.
Quels types de cellules ont été utilisés dans cette étude ?
L'étude a utilisé des cellules endothéliales microvasculaires dermiques humaines, des agrégats hépatiques et des biopsies cutanées.
Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?
Les applications potentielles incluent les tests de médicaments et la modélisation de maladies dans un environnement contrôlé.
Quels sont les avantages de l'utilisation des techniques de coculture ?
Les techniques de coculture peuvent améliorer la compréhension des interactions cellulaires et accroître la pertinence des modèles in vitro.
Comment fonctionne la circulation du milieu dans la puce ?
La circulation du milieu permet l'échange de nutriments et de produits de déchets, soutenant la viabilité et la fonction cellulaires.
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La coculture à long terme de plusieurs tissus dans une plateforme microfluidique répond au besoin crucial de modèles précliniques prédictifs capables de mieux rendre compte des interactions entre organes et des effets d'une exposition chronique à des substances. En permettant un écoulement fluide stable et proche de la physiologie, ainsi qu'une administration répétée de doses sur 28 jours, le système soutient la détection mécanistique des risques en phase précoce de découverte et améliore la fiabilité de la translation pour l'évaluation de l'hépatotoxicité et de la sécurité cutanée. Cela positionne la technologie comme une capacité réutilisable pour l'identification de composés candidats et la modélisation prédictive dans les pipelines de recherche et développement pharmaceutiques.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation des voies de signalisation inter-tissus et la réduction mécanistique des risques liés aux interactions organiques induites par des composés.
- Valeur opérationnelle : Permet la validation fonctionnelle de cibles dans un microenvironnement multicellulaire reflétant la complexité physiologique.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Fournit une plateforme standardisée et reproductible pour l'évaluation quantitative des effets des substances sur des modèles de tissus interconnectés.
- Valeur opérationnelle : Permet une coculture évolutive et à long terme avec perfusion de milieu, pour des expositions répétées aux composés et la collecte de mesures.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Améliore la pertinence pathologique en modélisant les interactions humaines entre foie, peau et système vasculaire dans un système perfusé et contrôlé.
- Valeur opérationnelle : Permet une continuité allant de la découverte à l'évaluation préclinique en maintenant la fonctionnalité des tissus pendant des périodes prolongées de culture.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La puce microfluidique multi-organes s'intègre aux flux de travail de la phase de découverte précoce en permettant le test d'hypothèses sur les toxicités spécifiques à un organe et la modulation des voies métaboliques dans un système de coculture pertinent pour l'humain.
- Biologie de la découverte : Facilite la vérification d'hypothèses concernant la communication inter-organes et les effets de composés sur les fonctions tissulaires spécifiques.
- Écrantage : Permet la préparation d'essais grâce à des conditions de coculture stables et perfusées, adaptées à l'écrantage de bibliothèques de composés.
- Analytique : Génère des lectures quantitatives et résolues dans le temps à partir de plusieurs compartiments tissulaires, permettant l'analyse comparative entre différentes conditions.
- Recherche translationnelle : Favorise la continuité préclinique en préservant l'architecture et la fonction organotypiques pendant des périodes de culture de 28 jours.
- Réutilisation en entreprise : Offre une plateforme de perfusion réutilisable, adaptable à diverses combinaisons de tissus et à plusieurs campagnes de tests de composés.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Améliore la confiance prédictive en réduisant l'ambiguïté mécanistique dans la communication inter-organes et la réponse aux substances.
- Valeur opérationnelle : Assure la standardisation, la reproductibilité et la possibilité de mise à l'échelle d'un coculture multicellulaire à long terme sous flux contrôlé.
- Valeur stratégique : Permet de prendre des décisions plus éclairées quant au passage ou non en phase suivante en identifiant plus précocement les effets indésirables spécifiques à chaque organe, réduisant ainsi le risque d'échec en phase avancée.
- Impact sur le portefeuille : Permet de hiérarchiser les candidats selon une évaluation ajustée du risque, fondée sur leur tolérance multi-tissulaire et sur des paramètres fonctionnels.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Requiert une expertise dans l'exploitation des systèmes microfluidiques, la manipulation de cellules primaires et la préparation de modèles tissulaires.
- Dépend d'instruments compatibles avec la perfusion, d'une manipulation aseptique des fluides et d'une infrastructure de suivi en temps réel.
- Nécessite une standardisation interéquipes des formulations de milieux, des débits d'écoulement et des protocoles d'échantillonnage afin d'obtenir des résultats reproductibles.
- Implique des adaptations à prévoir lors de l'intégration de tissus primaires ou de biopsies variés ayant des exigences de culture différentes.
- Est limité par la nécessité de concevoir et de valider des puces spécialisées afin de maintenir des contraintes de cisaillement physiologiques et des rapports de volume appropriés.
F.A.Q. sur la bio-industrie pharmaceutique
Pourquoi la culture à long terme est-elle importante pour les études de validation de cibles ?
La culture à long terme permet une exposition répétée à des substances et l'observation d'effets toxiques retardés ou cumulatifs, ce qui est essentiel pour valider des cibles dans des modèles de maladies chroniques. Le système maintient la viabilité de cocultures jusqu'à 28 jours, permettant d'évaluer l'engagement durable de la cible et les réponses spécifiques aux organes au fil du temps. Cette durée améliore la fiabilité prédictive en imitant les schémas d'administration utilisés chez l'humain et en révélant des interactions organiques à apparition tardive qui ne sont pas détectées dans les essais à court terme.
Comment l'isolement de la variable indépendante améliore-t-il l'efficacité du pipeline de découverte ?
La conception microfluidique permet un contrôle précis de l'écoulement des fluides, de la composition du milieu et du positionnement des tissus, ce qui permet d'isoler des variables telles que la contrainte de cisaillement ou la concentration de composés. Ce contrôle réduit les facteurs de confusion dans les expériences de coculture, améliorant ainsi la fiabilité des données pour la validation des cibles et l'optimisation des candidats médicaments. En standardisant ces paramètres, les équipes peuvent comparer les conditions entre différentes expériences avec une reproductibilité accrue et moins de faux positifs.
Quelles mesures quantitatives le système permet-il pour les variables dépendantes ?
La plateforme prend en charge des lectures quantitatives telles que la sécrétion de métabolites, l'activité enzymatique, l'intégrité de la barrière et les marqueurs de viabilité provenant de chaque compartiment tissulaire. Ces mesures permettent la modélisation des réponses en fonction de la dose et l'analyse cinétique des effets des substances sur des tissus interconnectés. L'échantillonnage résolu dans le temps grâce au système de perfusion permet un suivi longitudinal des changements fonctionnels, offrant ainsi des informations mécanistiques et une estimation des marges de sécurité.
Pourquoi les exigences de réplication sont-elles essentielles à la collaboration transversale ?
La réplication garantit que les réponses tissulaires observées sont cohérentes et ne résultent pas d'une variabilité stochastique liée au semis cellulaire ou à la préparation de la puce. Des protocoles normalisés pour la formation d'agrégats hépatiques, le positionnement des biopsies cutanées et le semis endothélial permettent aux équipes de toxicologie, de DMPK et de biologie de produire des données comparables. Cette cohérence favorise l'interprétation conjointe des résultats et l'harmonisation des critères de poursuite ou d'arrêt dans les équipes pluridisciplinaires de projet.
Quelles sont les capacités d'analyse statistique nécessaires avant la mise en œuvre de ce système ?
La mise en œuvre nécessite la capacité d'effectuer une analyse longitudinale des données, incluant une ANOVA à mesures répétées ou des modèles à effets mixtes, afin de tenir compte des corrélations temporelles dans les mesures basées sur la perfusion. Les équipes doivent également appliquer une correction pour comparaisons multiples lorsqu'elles évaluent plusieurs paramètres tissulaires ou plusieurs points temporels. Ces compétences garantissent que les différences observées sont statistiquement robustes et non dues au bruit, ce qui permet une prise de décision fiable lors de l'évaluation préclinique.
