11. COMPAMED Forum de printemps a mis la microfluidique au centre de l'attention – un sujet de grande importance pour la médecine de laboratoire moderne

Le forum de printemps de COMPAMED s’est imposé comme un point de rencontre pour les experts en développement, production et partenaires de service de l’industrie de la technologie médicale. L’événement annuel offre dès le printemps un aperçu de la COMPAMED, la plateforme de marché leader international pour les fournisseurs de la fabrication médicale, qui se tiendra chaque année du 13 au 16 novembre 2017 à Düsseldorf. Le 11e forum de printemps s’est consacré le 3 mai 2017 (à Francfort-sur-le-Main) à la microfluidique dans la technologie médicale – en trois sessions sur les thèmes « Aspects généraux et concepts », « Fabrication de dispositifs microfluidiques » ainsi que « BioMEMS et manipulation cellulaire ». Contexte : La technologie médicale évolue de plus en plus vers une prise en charge décentralisée des patients. Il faut donc que tous les dispositifs et mesures diagnostiques et thérapeutiques fonctionnent au « Point of Care (PoC) ». Cela présente de grands avantages par rapport à la pratique précédente, qui consistait à faire venir le patient chez le médecin pour effectuer des tests en laboratoire. On peut ainsi éviter les séjours hospitaliers, obtenir des résultats plus rapides pour un diagnostic spécifique et un traitement personnalisé, ainsi que réduire les coûts du système de santé.

Pour exploiter ces avantages, les dispositifs de diagnostic et de traitement doivent fonctionner de manière automatisée et fiable. Les échantillons doivent être prélevés, préparés et analysés en quantités précises. Les médicaments doivent être adaptés et dosés en fonction de l’état de santé individuel du patient. Dans tous ces domaines, les systèmes microfluidiques jouent un rôle important. Le 11e forum de printemps de COMPAMED a donc montré comment ces composants et systèmes sont fabriqués, quels matériaux sont utilisés, mais aussi comment les produits BioMEMS sont employés dans le diagnostic ou la dosage de médicaments. Le forum est organisé par l’IVAM, association professionnelle pour la microtechnologie, en coopération avec le salon de Düsseldorf.

La signification que la microfluidique a déjà acquise a été démontrée par Henne van Heeren de l’entreprise enablingMNT. EnablingMNT (Dordrecht, Pays-Bas) s’est concentrée, avec des bureaux au Royaume-Uni, aux Pays-Bas et en Allemagne, sur le marketing et le soutien stratégique dans le domaine des micro- et nanotechnologies (MNT). « Nous voyons toujours une forte croissance, actuellement 750 entreprises sont actives dans le domaine de la microfluidique », souligne van Heeren. Environ 45 nouvelles start-up rejoignent chaque année ce secteur, tandis qu’environ 20 entreprises le quittent, sont rachetées ou doivent fermer. Les institutions leaders dans la commercialisation de la microfluidique sont l’Université de Californie à Berkeley, Harvard et le Massachusetts Institute of Technology. En Europe, le groupe de tête comprend l’Université de Twente, l’ETH Zurich et l’Université de Cambridge. Depuis 1998, le nombre de brevets mentionnant le terme « Microfluidic » dans le titre ou le résumé a rapidement augmenté, passant de zéro à plus de 1 300 par an. Parmi les matériaux, le polydiméthylsiloxane, un polymère à base de silicium, est très populaire dans la recherche universitaire, tandis que l’industrie privilégie les polymères cyclo-oléfines (COP) et copolymères cyclo-oléfines (COC), le verre, une combinaison de verre et de silicium, ainsi que le polyméthacrylate de methyl (PMMA). Le COC ou COP est principalement utilisé pour les articles à usage unique dans le domaine du « Point of Care », le verre étant choisi pour des applications exigeantes, notamment pour des dispositifs souvent et longtemps réutilisés, ou dans des cas nécessitant des pressions et températures plus élevées.

La salive, l’urine ou la sueur pourraient remplacer la prise de sang invasive

Aujourd’hui, la plupart des examens de santé reposent sur l’analyse du sang, obtenu par une technique invasive. Au cours de la dernière décennie, il y a eu une avancée vers l’utilisation de fluides corporels « à accès libre » comme la salive, l’urine et la sueur. Cependant, les technologies utilisées pour la collecte, la préparation et l’analyse de ces échantillons ne sont pas précises, robustes ou faciles à utiliser. De plus, les résultats obtenus à partir de ces fluides ne sont pas très fiables. Dans le Centre Suisse d’Électronique et de Microtechnique SA (CSEM) à Landquart (Suisse), des recherches sont menées pour développer différents capteurs permettant une surveillance non invasive des patients, utilisables également dans le diagnostic au point de service et dans les dispositifs de suivi thérapeutique. « Une grande partie de notre travail se concentre sur différentes capacités du nouveau dispositif : il doit pouvoir être utilisé par du personnel non formé, il doit également être utilisable dans des situations cliniques exigeantes, même chez des personnes dont il est difficile d’obtenir des prélèvements sanguins, et il doit pouvoir fonctionner dans des zones reculées », explique Samantha Paoletti du CSEM.

Le CSEM développe diverses technologies basées sur une approche modulaire pour le diagnostic. Cela inclut la préparation des échantillons, c’est-à-dire la collecte et le traitement des fluides corporels avec différents designs microfluidiques, ainsi que la détection de molécules cibles spécifiques telles que électrolytes, protéines, peptides, immunoglobulines ou petites composantes organiques (sucre, acides aminés, etc.). Des capteurs optiques, fluorescents ou électrochimiques, que le CSEM conçoit, produit, fonctionnalise et intègre dans différentes solutions peu coûteuses, peuvent être utilisés. L’institut travaille également sur les unités de détection, l’électronique associée, l’alimentation électrique et la transmission des données. « Notre portefeuille actuel comprend plusieurs capteurs, par exemple pour détecter les ions potassium et sodium, la glucose, le lactate, le pH et l’impédance », précise Paoletti. Le CSEM a prouvé que ces capteurs peuvent être intégrés dans des vêtements (wearables avec analyse de la sueur) ou utilisés pour l’analyse de la salive et de l’urine.

Association de la microfluidique et de l’impression 3D pour le diabète

Le diabète n’est pas seulement une maladie courante en Allemagne – dans la tranche d’âge entre 20 et 79 ans, plus de 6,5 millions de personnes en Allemagne en sont atteintes. La mesure continue de la concentration de glucose est possible à la fois dans le sang et dans le liquide interstitiel (liquide interstitiel) dans le tissu adipeux sous-cutané, car sa teneur en glucose est proportionnelle à celle du sang avec un léger décalage temporel. L’Institut de recherche CIS pour la microsensorique à Erfurt a développé une nouvelle solution pour la détermination du taux de glucose sanguin en combinant microfluidique et impression 3D. « Le concept du capteur n’est pas destiné à un usage quotidien par les patients diabétiques, mais doit fournir une valeur de glucose sanguin sur une période de sept jours pour la surveillance en médecine intensive », explique le Dr Jan Freitag, chercheur au CIS. Le capteur complet est logé dans une chambre de calibration composée de deux parties. L’une est remplie d’une solution sans sucre, l’autre d’une solution avec une concentration définie. Cela permet d’abord de stocker un point de mesure avec zéro pour cent, puis, après ouverture de la paroi entre les chambres, d’enregistrer un deuxième point de mesure pour effectuer une calibration à deux points. L’ensemble du système comprend une petite chambre de mesure tubulaire miniature avec des parois en grille (dimensions : 25 mm de long et 1,2 mm de diamètre), contenant la source lumineuse à l’extrémité et l’interface des composants optiques à l’extrémité de l’aiguille. Le matériau utilisé est un acier cobalt-chrome. La fabrication complexe de la chambre de mesure, avec sa structure squelettique, se fait par impression 3D. Grâce à un procédé de fusion laser sélectif, il a été possible de construire des structures squelettiques en alliage métallique avec des dimensions physiques permettant une application dans le corps humain. « Nous pouvons produire simultanément 250 canules sur un support, ce qui permet de réduire les coûts et le temps », explique Freitag.

Manipulation de liquides jusqu’au nanolitre

Les applications futures en laboratoire et en diagnostic nécessiteront la manipulation de liquides en microlitres, voire nanolitres. Les systèmes actuels pour gérer de très petits volumes ne sont souvent pas assez précis pour répondre à ces exigences. C’est pourquoi l’Institut Fraunhofer pour la fabrication et l’automatisation (IPA) a développé, sous le nom d’I-DOT (Immediate Drop on Demand Technology), une nouvelle technologie de manipulation de liquides permettant de générer des gouttes de 2 à 12 nanolitres par impulsion de pression. Des quantités plus importantes sont obtenues en appliquant jusqu’à 400 impulsions par seconde. Les micro-modèles nécessaires à la distribution sont fabriqués par injection micro-moulée, car cette technologie permet de reproduire très précisément des « micro-puits » de bonne qualité. Le spécialiste de l’injection micro-moulée est la société MDX Devices GmbH, qui se concentre sur la production économique de composants de haute précision en micro ou précision injection en petites séries de qualité validée. « Nous produisons des prototypes, des micro-composants et des dispositifs en plastiques haute performance par injection micro et précision, et réalisons également des processus complémentaires, comme l’impression ou l’assemblage ultérieur, notamment en petites quantités pour la technologie médicale, le diagnostic, l’industrie pharmaceutique ou la biotechnologie, ainsi que pour la micro-technologie », confirme Harald Grün, directeur général de MDX. La société fabrique pour la technologie I-DOT différentes plaques de microtitration. La technologie d’injection micro-moulée offre plusieurs avantages pour la fabrication de composants de haute précision par rapport au procédé d’injection classique. Parmi ces avantages figurent la faible quantité de matière, des cycles très courts, une bonne capacité de remplissage, ainsi qu’une grande reproductibilité et rentabilité, car le procédé est très économe en énergie.

Isolation entièrement automatique des cellules tumorales dans un échantillon de sang

Dans le cadre du projet CTCelect, financé par le ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF), il s’agit de manipuler des cellules très spécifiques. Les cellules tumorales circulantes (en anglais Circulating Tumor Cells, CTCs) présentes dans le sang sont considérées comme une source d’informations importante sur la progression de la maladie et les options thérapeutiques possibles en recherche sur le cancer. Cependant, leur concentration dans le sang est extrêmement faible. Dans le cadre du cluster pour l’intervention immunitaire individualisée (Ci3), le Fraunhofer ICT-IMM et ses partenaires ont développé un cytomètre à flux microfluidique avec distributeur de cellules individuelles intégré, capable d’isoler automatiquement les cellules tumorales dans un échantillon de sang. Cela permet de faire des inférences sur la réaction de différents types de tumeurs à un traitement. De plus, il est possible de développer des médicaments ciblés. Le projet, lancé en janvier 2017, vise à valider et à caractériser le processus d’enrichissement et de séparation automatique des cellules tumorales circulantes sur des échantillons cliniques réels. « Nous allons construire un démonstrateur CTCelect avec le test associé et recueillir les exigences des utilisateurs cliniques », explique le coordinateur du projet, le Dr Michael Bässler du ICT-IMM. Le démonstrateur de laboratoire deviendra un démonstrateur d’évaluation. L’utilisateur clinique, l’Institut de recherche translationnelle sur le cancer de la peau de l’hôpital universitaire d’Essen, testera le système optimisé pour sa robustesse, sa sécurité et sa facilité d’utilisation. « Nous avons montré la faisabilité fondamentale, il s’agit maintenant de rapprocher notre dispositif de marché en recueillant des données pertinentes pour les potentiels intéressés », explique Bässler. En haut de la liste des souhaits, figure également la recherche d’un acheteur souhaitant introduire le système sur le marché – pour cette démarche, COMPAMED serait la plateforme idéale.

Pour l’édition 2017, près de 800 exposants issus d’une quarantaine de nations sont attendus dans les halls 8a et 8b du parc d’exposition de Düsseldorf. La COMPAMED se tiendra parallèlement à la plus grande foire médicale mondiale, MEDICA 2017 (environ 5 000 exposants).