Dispositif microfluidique bicouche pour la production de bouchons combinatoires
1 décembre 2023
La fabrication d’un dispositif bicouche à base de polydiméthylsiloxane (PDMS) pour la production de banques combinatoires dans des émulsions eau-dans-huile (bouchons) est présentée ici. Le matériel et les logiciels nécessaires à l’automatisation de la production de bougies sont détaillés dans le protocole, et la production d’une bibliothèque quantitative de bougies fluorescentes est également démontrée.
Au sein du groupe de biologie des systèmes pour l’oncologie, nous utilisons une approche computationnelle et expérimentale combinée pour démêler le mécanisme complexe qui façonne le microenvironnement tumoral. Nous utilisons des modèles mathématiques basés sur des données cliniques et la biologie du cancer pour identifier les facteurs influençant la réponse individuelle au traitement dans le but ultime d’améliorer l’oncologie de précision. Compte tenu de la nature hétérogène et dynamique de la réponse tumorale au traitement, la biologie des perturbations a montré le potentiel de surmonter les limites des biomarqueurs génomiques.
Notre approche consiste à soumettre les cellules tumorales réceptives à un dépistage approfondi de médicaments anticancéreux afin d’identifier les propriétés phénotypiques des tumeurs afin de déterminer des traitements anticancéreux plus efficaces. La microfluidique est une technologie précieuse qui aide à l’analyse d’une petite quantité d’échantillons, comme la biopsie tumorale, en la distribuant dans des compartiments individuels tels que des gouttelettes ou des bouchons. Il permet également de contrôler la composition de chaque bouchon, créant ainsi de multiples populations de bouchons chimiquement distincts.
Nous présentons ici un dispositif entièrement basé sur PDMS où le débit de fluide est régulé par des vannes anti-tremblement actionnées par pression, ce qui permet la production rapide, contrôlée et programmable de populations de bouchons distinctes. De plus, comme les vannes anti-tremblement de terre sont également basées sur le PDMS, elles peuvent être intégrées sans problème dans la fabrication du dispositif. La combinaison des données obtenues à partir du criblage combinatoire du débit oculaire des cellules cancéreuses avec des modèles mathématiques nous permettra d’étudier les voies de signalisation régulant le comportement du microenvironnement tumoral.
Cette recherche ouvrira la voie à de nouvelles stratégies d’oncologie de précision, en fournissant la justification de la personnalisation du traitement pour chaque patient.
Aperçu
Cet article présente la fabrication d'un dispositif bicouche à base de PDMS conçu pour la production de bibliothèques combinatoires dans des émulsions eau-dans-huile. Le protocole décrit le matériel et les logiciels nécessaires à l'automatisation de la production de bouchons et démontre la création d'une bibliothèque quantitative de bouchons fluorescents.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Microfluidique
- Écran combinatoire
- Biologie du cancer
Contexte
- Le microenvironnement tumoral est complexe et dynamique.
- L'oncologie de précision vise à personnaliser le traitement en fonction des réponses individuelles.
- La microfluidique permet l'analyse de petits échantillons en créant des compartiments distincts.
- Les dispositifs en PDMS permettent un écoulement contrôlé des fluides pour une production efficace de bouchons.
Objectif de l'étude
- Développer un dispositif permettant de produire des populations distinctes de bouchons pour la recherche sur le cancer.
- Associer des données expérimentales à des modèles mathématiques afin de mieux comprendre le comportement des tumeurs.
- Améliorer les stratégies en oncologie de précision.
Méthodes utilisées
- Conception d'un dispositif microfluidique basé sur le PDMS.
- Utilisation de valves de Quake actionnées par pression pour la régulation des fluides.
- Production automatisée de bouchons par commande logicielle.
- Génération d'une bibliothèque combinatoire de bouchons fluorescents.
Résultats principaux
- Une bibliothèque quantitative de bouchons a été générée avec succès.
- Le dispositif a démontré une régulation efficace du débit de fluide.
- L'intégration de modèles mathématiques avec des données expérimentales a été exposée.
- Des applications potentielles en oncologie de précision ont été discutées.
Conclusions
- Le dispositif à base de PDMS est un outil précieux pour la recherche sur le cancer.
- Il facilite la production de populations de bouchons chimiquement distinctes.
- Cette approche pourrait conduire à des stratégies de traitement du cancer améliorées.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les cadres
La production à haut débit de microplugs combinatoires à l'aide de dispositifs microfluidiques bicouches permet un criblage rapide et programmable des réponses aux médicaments à partir d'échantillons limités provenant de patients. Cette technologie répond au défi de la génération de compartiments réactionnels quantitatifs et chimiquement distincts pour le criblage phénotypique et l'analyse des voies en oncologie. Son intégration avec la modélisation computationnelle soutient la confiance prédictive et la réduction des risques mécanistiques aux points critiques de découverte.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet une perturbation systématique des cellules tumorales afin d'interroger des hypothèses thérapeutiques et de clarifier les voies de signalisation.
- Contribue à l'atténuation des risques biologiques en générant des environnements chimiques variés pour la validation fonctionnelle des cibles.
- Facilite une confiance prédictive dans le choix des cibles grâce à des résultats de criblage quantitatifs et multiplexés.
Développement de tests et criblage
- Prépare des systèmes biologiques miniaturisés et validés destinés à des flux de travail de criblage à haut débit en aval.
- Fournit des populations normalisées et reproductibles de microplugs, dont la composition et la quantité sont programmables.
- Permet un développement d'essais automatisé et évolutif pour une évaluation fiable des composés et un agrandissement de bibliothèques.
Recherche translationnelle et préclinique
- Associe le criblage combinatoire à des systèmes pertinents pour la maladie en utilisant des biopsies tumorales provenant de patients.
- Assure une continuité translationnelle depuis la découverte jusqu'à la validation préclinique en intégrant des données expérimentales et computationnelles.
- Permet une dé-risquisation mécanistique des stratégies d'oncologie de précision en cartographiant les réponses phénotypiques aux médicaments.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette plateforme microfluidique bicouche s'inscrit dans un continuum allant de la découverte précoce à l'identification de candidats-médicaments et à la recherche préclinique, en particulier dans les programmes axés sur l'oncologie.
- Biologie de la découverte : Facilite la vérification d'hypothèses et la clarification des voies biologiques en permettant des expériences de perturbation contrôlées dans des compartiments de l'ordre du nanolitre.
- Criblage : Fournit des bibliothèques de bouchons prêts à l'emploi et reproductibles, associés à des résultats quantitatifs destinés à des analyses comparatives.
- Analytique : Offre des mesures quantitatives riches en informations pour la comparaison statistique des réponses aux médicaments et de l'activité des voies biologiques.
- Recherche translationnelle : Relie la phase de découverte à la phase préclinique en permettant l'utilisation directe d'échantillons provenant de patients dans des criblages combinatoires.
- Réutilisation en entreprise : Propose une plateforme programmable et évolutive, adaptable aux besoins variés de criblage et de développement d'essais dans différents domaines thérapeutiques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la validation des cibles et des voies.
- Valeur opérationnelle : Normalise et automatise la production de microplaques pour assurer la reproductibilité et l'extensibilité dans les flux de criblage.
- Valeur stratégique : Améliore la qualité des décisions « aller/non aller » et l'efficacité du capital en permettant la génération de données solides et multiplexées.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et l'avancement ajustés au risque des candidats fondés sur des données quantitatives issues de criblages phénotypiques.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en fabrication de dispositifs microfluidiques et en fluidique à pression contrôlée.
- Exige l'intégration de matériel programmable, de logiciels et d'une infrastructure analytique pour un fonctionnement automatisé.
- Implique une standardisation interéquipes du codage de la composition des bouchons et de la gestion des données.
- Adaptable à divers systèmes modèles, mais peut nécessiter une optimisation selon les types cellulaires ou les réactifs utilisés.
- Les limites de pression opérationnelle et les seuils d'activation des valves doivent être validés pour chaque application.
