Des chercheurs font pousser un cerveau dans un bioreacteur microfluidique

Des chercheurs font pousser un cerveau dans un bioréacteur microfluidique imprimé en 3D

Les systèmes microfluidiques sont peut-être petits, mais ils sont susceptibles de figurer parmi les applications à la croissance la plus rapide pour l’impression 3D dans les années à venir en raison de leur faible coût d’entrée et de production. Des chercheurs de l’Institut indien de technologie de Madras et du MIT ont récemment mis au point un Bioréacteur organoïde microfluidique imprimé en 3D qui permet la perfusion de nutriments et l’observation directe de cellules spécifiques, et l’impression ne coûte que 5 $.

Dans leur article publié dans Biomicrofluidics, les auteurs expliquent que leur « système de bioréacteur compact entièrement autonome fournit un environnement de culture organoïde idéal avec une température et un flux de milieu contrôlés, évite tout risque de contamination et une chambre d’imagerie qui permet le suivi d’une cellule particulière au fur et à mesure qu’elle pousse, ce qui était très difficile avec d’autres techniques. Cela fait beaucoup de détails, alors décompressons-le pour plus de clarté.

Nos coûts de conception sont nettement inférieurs à ceux des produits traditionnels de culture organoïde basés sur des boîtes de Pétri ou des bioréacteurs à rotation. De plus, la puce peut être lavée à l’eau distillée, séchée et autoclavée et est donc réutilisable. Ikram Khan, diplômé de l’Indian Institute of Technology de Madras et fondateur de la startup d’imagerie cellulaire et de diagnostic ISMO Biophotonics

Faire un organoïde plus organique

Les organoïdes sont des « systèmes biologiques cultivés in vitro et on observe qu’ils s’auto-organisent en tissus cellulaires 3D d’organes spécifiques ». Ce sont des organes simulés utilisés pour étudier les maladies et les effets de traitements potentiels, généralement pharmaceutiques. Ils se présentent sous divers formats, mais les systèmes microfluidiques sont courants pour leur flexibilité. Le procédé conventionnel de fabrication des systèmes microfluidiques, cependant, limitait considérablement leur fonctionnalité et augmentait le temps et le coût de leur fabrication. En plus de cela, ils doivent être scellés afin d’éviter la contamination, ce qui signifie qu’il n’y a aucun moyen d’entrer et de sortir quoi que ce soit après leur fermeture. C’est pourquoi l’équipe de recherche a développé une « puce microfluidique et un bioréacteur imprimés en 3D, pour permettre le suivi et l’imagerie in situ des organoïdes du cerveau sur la puce ».

Une petite leçon de latin aidera à comprendre le type de recherche débloqué par leur appareil : « in vivo » signifie « au sein du vivant » et fait référence aux tests sur les animaux et les humains, « in vitro » signifie « dans le verre » et fait référence aux tests sur des cellules dans des boîtes de Pétri, et « in situ » signifie « à sa place d’origine ». L’in situ se situe entre les autres méthodes de recherche, où les recréations d’organes permettent aux chercheurs d’observer l’activité cellulaire dans le contexte de son environnement naturel sans être réellement à l’intérieur d’un organisme vivant. Cela rend la recherche beaucoup plus rentable tout en maintenant un degré élevé de précision en ce qui concerne les résultats des tests biologiques.

organoïde
Un organoïde cultivé dans un bioréacteur microfluidique (Crédit image : MIT et IIT Madras)

Dans Animo

Dans un test in vitro conventionnel, « à mesure que l’organoïde grossit, son noyau ne reçoit pas suffisamment de nutriments et d’échanges gazeux, déclenchant ainsi la mort cellulaire ». Leur bioréacteur imprimé résout ce problème avec ses canaux microfluidiques qui peuvent fournir des nutriments et éliminer les gaz même pendant la croissance de l’organoïde. « Un avantage offert par notre dispositif microfluidique est qu’il permet une perfusion constante de la chambre de culture, qui imite plus étroitement une perfusion tissulaire physiologique que la culture conventionnelle, et réduit ainsi la mort cellulaire au niveau du noyau organoïde », a expliqué Khan.

Khan et son équipe ont pu faire pousser un organoïde de cellules cérébrales humaines pendant une semaine entière dans leur bioréacteur, pompant régulièrement des nutriments à l’intérieur et à l’extérieur, tout comme ils le feraient dans les vaisseaux d’un cerveau vivant. L’organoïde ne mourait pas non plus après sept jours. Et parce qu’ils ont conçu le bioréacteur pour qu’il soit observable au microscope, ils ont pu voir qu’il avait rempli l’espace de l’appareil et se formait en une structure semblable à un ventricule qui, selon Chloé Delépine du MIT, ressemblait beaucoup aux cavités trouvées. dans de vrais cerveaux. De plus, le tissu environnant semblait similaire à la configuration cellulaire d’un néocortex. Le tout à partir d’une impression 3D SLA à 5 $. Des trucs sauvages. Khan a lancé ISMO Biophotonics dans le but d’utiliser ce type de technologie pour rechercher et développer des traitements pour la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et d’autres maladies du cerveau et du système nerveux.