Plateforme biomimétique Foie sur puce – MIMLIVERonChip

MimLiveronChip part de ce constat et propose une approche bioinspirée afin de recréer les étapes indispensables à l’analyse de la toxicité et du métabolisme hépatique des xénobiotiques. Notre démarche est originale car elle vise à mimer et coupler deux évènements clés dans le foie : la prise en charge des substances véhiculées dans le sang par les hépatocytes, mais surtout, au préalable, le passage (libre ou non) au travers de la monocouche de cellules endothéliales qui présentent des propriétés de fenestration très spécifiques à cet organe, propriétés perdues au cours de pathologies hépatiques (stéatose, fibrose, …). Sur le plan de la recherche, nous explorerons plusieurs hypothèses sur les effets du microenvironnement mécanique ou biochimique influençant cette fenestration, afin de la générer ou au contraire de l’altérer.
Notre projet s’adresse également à des enjeux technologiques. Très conscients des problématiques d’usage de ces dispositifs microfluidiques relativement complexes par rapport à une culture en deux dimensions, nous proposons de développer une plateforme intégrée, munie de pompes, de contrôleurs et de capteurs pour mener un criblage moyen débit. Les outils développés seront au fur et à mesure évalués et comparés aux méthodes de culture cellulaire classiquement employées dans le criblage de candidats médicaments. Nous pourrons positionner clairement ce nouveau dispositif dans les phases d’essais précliniques, en combinant des analyses de toxicologie et de métabolisme.
Ce projet multidisciplinaire s’appuie sur la collaboration étroite entre quatre équipes d’expertises complémentaires: ingénierie tissulaire hépatique à différente échelles (UMR UTC-CNRS Biomécanique et Bioingénierie), microsystèmes et biologie des cellules endothéliales (SMMIL-E – UMI CNRS), pour la partie académique, PME leader dans les équipements pour la microfluidique (Fluigent) ainsi qu’une start-up développant des méthodes in vitro pour l’évaluation des xénobiotiques (HCS Pharma). Les travaux préliminaires croisés entre 2 ou 3 de ces équipes ont démontré la pertinence et la faisabilité de la méthodologie proposée.

La création de la barrière endothéliale des sinusoides hépatiques est en cours : nous avons produit et caractérisé sur le plan mécaniques des hydrogels mimant des situation saines ou pathologiques. La fenestration des cellules LSEC peut être observée en microscopie électronique à balayage. D'autres marqueurs spécifiques ont été retrouvés. Par ailleurs, ces cellules ont aussi pu être cultivées sur des inserts, en vue de leur futur couplage avec le système hébergeant des hépatocytes.
Dans cet objectif, les conditions de la co-culture ont été établies, ainsi que la culture d'une lignée hépatocytaire humaine en puce microfluidique remplie de l'hydroscaffold Biomimesys Liver du partenaire HCS Pharma.
Sur le plan technologique, le développement de la plate forme compacte de perfusion est en cours, avec la société Fluigent. Après plusieurs évaluations, une solution reposant sur l’utilisation de vannes passives anti-retour, permettant d’enchainer plusieurs cycles de perfusion, a été préférée. La mise en place de cette méthode à l’échelle de 12 puces en parallèle a nécessité le développement de plusieurs modules mécaniques greffés sur la plateforme CCDIM.

Sur le plan socio-économique, les travaux réalisés permettront de limiter le taux d’échec des candidats médicaments lors des phases cliniques, et donc les coûts et les durées de développement pour l’industrie pharmaceutique. Ces mêmes méthodes et plateformes pourront être appliquées pour l’évaluation de produits de l’industrie chimique (règlement REACh, pesticides, …) ou agro-alimentaire (alicaments). Les équipements de culture 3D moyen débit seront également pertinents dans des structures de recherche, pour des études plus fondamentales (biologie systémique, régénération de tissus). Les deux entreprises bénéficieront de retombées directes puisque leurs portefeuilles de solutions respectives (équipements et nouvelles méthodes de criblage) seront enrichis. La démonstration de l’intérêt du couplage entre barrière endothéliale hépatique et culture 3D d’hépatocytes offre enfin de nombreuses perspectives d’innovation suite à l’intégration d’autres types d’organes sur puce, développés dans les laboratoires partenaires de ce projet.

4 communications sélectionnées et présentées dans des congrès internationaux (TERMIS, ESAO).
3 présentations invitées/cours sur les organes sur puces (ANSM, GDR Organoides, Académie de médecine)
Présentation des organes sur puce au Village de la science de l'UTC.

De nombreuses molécules à visée thérapeutique sont aujourd’hui rejetées tardivement lors des études cliniques du fait d’une toxicité non observée dans les phases antérieures d’évaluation, ou d’une efficacité limitée chez l’Homme. Chercheurs et industriels s’accordent sur l’urgence de développer des modèles in vitro avancés, de type organoïdes à partir de cellules humaines, pour accroitre la pertinence du criblage et, à terme, limiter le recours à l’expérimentation animale.
Les progrès de la bio-ingénierie et des micro-technologies permettent désormais de mettre en œuvre des « organes sur puce », assurant la culture cellulaire en 3D dans des conditions plus physiologiques. Ces modèles sont toutefois encore simplistes et non suffisamment validés.
MimLiveronChip part de ce constat et propose une approche bioinspirée afin de recréer les étapes indispensables à l’analyse de la toxicité et du métabolisme hépatique des xénobiotiques. Notre démarche est originale car elle vise à mimer deux évènements clés dans le foie : la prise en charge des substances véhiculées dans le sang par les hépatocytes, mais surtout, au préalable, le passage (libre ou non) au travers de la monocouche de cellules endothéliales qui présentent des propriétés de fenestration très spécifiques à cet organe, propriétés perdues au cours de pathologies hépatiques (stéatose, fibrose, …). Sur le plan de la recherche, nous explorerons plusieurs hypothèses sur les effets du microenvironnement mécanique ou biochimique influençant cette fenestration, afin de la générer ou au contraire de l’altérer.
Notre projet s’adresse également à des enjeux technologiques. Très conscients des problématiques d’usage de ces dispositifs microfluidiques relativement complexes par rapport à une culture en deux dimensions, nous proposons de développer une plateforme intégrée, munie de pompes, de contrôleurs et de capteurs pour mener un criblage moyen débit. Les outils développés seront au fur et à mesure évalués et comparés aux méthodes de culture cellulaire classiquement employées dans le criblage de candidats médicaments. Nous pourrons positionner clairement ce nouveau dispositif dans les phases d’essais précliniques, en combinant des analyses de toxicologie et de métabolisme.
Ce projet multidisciplinaire s’appuie sur la collaboration étroite entre quatre équipes d’expertises complémentaires: ingénierie tissulaire hépatique à différente échelles (UMR UTC-CNRS Biomécanique et Bioingénierie), microsystèmes et biologie des cellules endothéliales (SMMIL-E – UMI CNRS), pour la partie académique, PME leader dans les équipements pour la microfluidique (Fluigent) ainsi qu’une start-up développant des méthodes in vitro pour l’évaluation des xénobiotiques (HCS Pharma). Les travaux préliminaires croisés entre 2 ou 3 de ces équipes ont démontré la pertinence et la faisabilité de la méthodologie proposée.
Sur le plan socio-économique, les travaux réalisés permettront de limiter le taux d’échec des candidats médicaments lors des phases cliniques, et donc les coûts et les durées de développement pour l’industrie pharmaceutique. Ces mêmes méthodes et plateformes pourront être appliquées pour l’évaluation de produits de l’industrie chimique (règlement REACh, pesticides, …) ou agro-alimentaire (alicaments). Les équipements de culture 3D moyen débit seront également pertinents dans des structures de recherche, pour des études plus fondamentales (biologie systémique, régénération de tissus). Les deux entreprises bénéficieront de retombées directes puisque leurs portefeuilles de solutions respectives (équipements et nouvelles méthodes de criblage) seront enrichis. La démonstration de l’intérêt du couplage entre barrière endothéliale hépatique et culture 3D d’hépatocytes offre enfin de nombreuses perspectives d’innovation suite à l’intégration d’autres types d’organes sur puce, développés dans les laboratoires partenaires de ce projet.