Microsystèmes physiologiques instrumentés pour la caractérisation de nanopolluants dans les biofluides en flux et leur impact sur l'endothelium et l'hémostase – ModerniT

Les nano-polluants (NPs) à base de nanoparticules sont très présents dans notre environnement avec un impact reconnu sur la santé publique. Il a été montré qu’ils pénètrent dans les vaisseaux sanguins, augmentent le risque cardiovasculaire, présentent une toxicité pour les cellules endothéliales et diminuent les capacités de réparation tissulaire pouvant impacter ainsi l’hémostase. Cependant, les mécanismes en jeu entre l’exposition aux NPs et les conséquences sur l’organisme sont encore peu compris. L’objectif du projet ModerniT est donc de suivre, grâce au développement d’une plateforme instrumentée type laboratoire-sur-puce, l’évolution en continu de NPs au sein du flux sanguin puis d’évaluer en détail leur toxicité vasculaire. Pour cela, le projet est scindé en deux parties : (1) après une série de caractérisations physico-chimiques, qui constituera une référence, les NPs seront injectés dans un système microfluidique reproduisant le réseau vasculaire. Les NPs seront injectés dans des canaux avec un biofluide simplifié (PBS+protéines, plasma) contrôlé en débit, pH et température. Pendant la circulation, il est connu que les NPs se recouvrent d'une couronne de protéines, dont la composition varie en fonction de la nature des NPs et du temps. Nous suivrons donc in-situ l’évolution de leur taille hydrodynamique par méthode optique basée sur la diffusion dynamique de la lumière. L'évolution de leur charge de surface au cours de la circulation sera obtenue à l'aide d'électrodes déposées en fond de canal fluidique. Nous réitérerons après circulation les caractérisations physico-chimiques pour les comparer aux valeurs d'origine. Ce dispositif microfluidique sera aussi utilisé avec des biofluides complexes (plasma riche en plaquettes, sans total) pour produire des NPs modifiés par la circulation qui seront utilisés dans la deuxième partie de l'étude. (2) Ces NPs incubés seront injectés dans différents microdispositifs pour étudier en détail les mécanismes de toxicité vasculaire et mieux en comprendre l'origine. Un premier microdispositif, de type organe-sur-puce au sein duquel seront immobilisées des cellules endothéliales, permettra de reproduire en flux l’interaction des NPs avec des cellules endothéliales humaines et des modèles 3D de capillaires sanguins pour évaluer le potentiel impact délétère des NPs. Ensuite, nous évaluerons les effets des NPs incubés sur les phénomènes d’hémostase primaire et globale au sein, respectivement, d'un microdispositif en flux et en sang total développé dans le cadre d'un précédent projet (ANR GHOST), et d'un dispositif commercial de mesure de formation de thrombus (T-TAS01).
Notre projet présente 3 avantages principaux par rapport à l'état de l'art sur l'effet des NPs pour l'homme :
- les microdispositifs physiologiques type organes-sur-puce permettent de s'affranchir d'une partie des expérimentations sur l'animal,
- la combinaison des conditions physiologiques de flux et d'arrangement de cellules humaines 3D au sein d'organoïdes augmentent la fiabilité de la prédiction toxicologique,
- au contraire des études in vivo qui ne fournissent qu'un résultat global, la combinaison de 3 dispositifs d'analyse permettra une meilleure compréhension des mécanismes biologiques induisant la toxicité des NPs sur le système vasculaire de l'homme.