Biopuce pour l'étude de la toxicité hépatique médicamenteuse – DILI-on-Chip

Le projet DILI-on-chip concerne le développement d’un dispositif microfluidique mimant le lobule hépatique, unité fonctionnelle du foie, pour étudier in vitro la toxicité hépatique (DILI, drug induced liver injury). Des cellules souches pluripotentes humaines issues d’un même donneur seront différenciées pour obtenir les différents types cellulaires (hépatocytes et cellules non-parenchymateuses). Les travées hépatocytaires, bordées par les cellules endothéliales sinusoïdales, et les cholangiocytes formant les canaux biliaires, seront organisées en 3D sur la puce, afin d’obtenir une unité fonctionnelle modélisant le canal de Hering. Les cellules de Kupffer, qui sont très impliquées dans la réponse inflammatoire, seront introduites dans les canaux de vascularisation.
Les travées hépatocytaires seront parallélisées et vascularisées dans le circuit microfluidique, afin de favoriser la polarisation des hépatocytes et induire ainsi la formation de canalicules biliaires. La maturation des cholangiocytes permettra la formation de canaux biliaires et leur connexion au réseau de canalicules. La formation sur puce de voies biliaires, extrêmement innovante, conditionne la viabilité des hépatocytes et ainsi d’étudier au mieux la réponse à l’introduction éventuellement répétée de drogues.
Le dispositif microfluidique sera constitué de deux parties : i) un support comprenant les connexions fluidiques pour les flux biliaires et vasculaires. Ce support sera moulé en Polydimethylsiloxane (PDMS) par des techniques de lithographie UV, ou répliquées en PolyMethylMetAcrylate par hot-embossing, et ii) plusieurs sous-unités pour la culture cellulaire assemblées sur ce support. Ces sous-unités seront en gel de polysaccharides ; ce matériau biocompatible présente une rigidité proche du tissus hépatique, ainsi qu’une porosité idéale pour les échanges de nutriments et d’oxygène. La géométrie du circuit microfluidique moulé dans ce gel sera optimisée pour induire l’organisation tubulaire des cholangiocytes et des cellules endothéliales. Un avantage clef de ce gel est sa biodégradabilité, qui permettra de récupérer les cellules de la puce pour une analyse transcriptomique (analyse « single cell ») après l’expérience de maturation et d’exposition au médicament testé.
Ces sous-unités en gel de polysaccharide seront disposées en réseau sur le support microfluidique en PDMS, afin de démontrer le possible criblage toxicologique dans le contexte DILI.
Les effets toxiques des composés hépatotoxiques, en particulier la réaction inflammatoire par l’analyse de sécrétion de cytokines seront analysés sur l’organe sur puce. L’analyse transcriptomique par single cell permettra d’étudier le profil métabolique des différents types cellulaires présents sur la puce.
Le projet est organisé en cinq tâches, incluant la tâche de coordination. La tâche 1 sera dédiée à l’obtention des différents types cellulaires requis pour constituer l’organe sur puce. Ces derniers seront différenciés à partir de cellules souches pluripotentes induites provenant du même donneur. Le partenaire 2 a une grande expérience en termes de différenciation de cellules souches. La seconde tâche portera sur la fabrication du dispositif microfluidique, combinant les expertises des partenaires 1 et 4 en microfluidique, à celle du partenaire 3 en termes de préparation de gels biodégradables. La tâche 3 sera dédiée au chargement cellulaire de la puce et à l’optimisation des conditions de culture. L’instrumentation fluidique de l’expérience sera mise en place, permettant l’injection des nutriments et l’extraction de la bile. La polarisation des hépatocytes et la formation de la transition hépato-cholangiocytaire sera caractérisée en temps réel sur la puce. Enfin la tâche 4, menée par le partenaire industriel, permettra d’interroger la réponse de l’organe sur puce à différents types de médicaments connus pour leur toxicité hépatique.