Chaînes de processus pour l'isolement et l'analyse : de la cellule unique à l'organoïde

Sphéroïde de fibroblastes 3T3 coloré à l'actine pour le transfert LIFT, cultivé dans des microcuvettes fabriquées au laser. © Fraunhofer ILT, Aachen / Sphéroïde de fibroblastes 3T3 coloré à l'actine pour le transfert LIFT cultivé dans des microcuvettes fabriquées au laser. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne

Perfusion parallèle et continue de quatre systèmes Organ-on-Chip. © Fraunhofer ILT, Aachen / Perfusion parallèle et continue de quatre systèmes Organ-on-Chip. © Fraunhofer ILT, Aachen, Allemagne

Les chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT travaillent sur de nouveaux outils pour la mise à disposition et l'analyse de cellules individuelles et de tissus cellulaires. Avec le « Liftoscope », un système de tri cellulaire destiné à une culture ultérieure a été développé, capable d'analyser et de transférer précisément et en douceur des biomatériaux. Les procédés de bioimpression 3D gagnent de plus en plus de terrain dans la recherche biotechnologique : grâce au développement de systèmes microfluidiques « Organ-on-a-Chip », différentes cellules doivent être définies et disposées de manière reproductible pour former des tissus artificiels. Les résultats de la recherche seront présentés par les experts du Fraunhofer ILT du 21 au 24 juin à l'analytica de Munich.

Des solutions biotechnologiques tournées vers l'avenir et une technique de laboratoire innovante attendent les quelque 35 000 visiteurs à l'analytica, le salon mondial de référence pour la technique de laboratoire, l'analyse et la biotechnologie. Lors de cette première édition depuis le début de la pandémie de Covid-19, en plus de plus de 700 exposants, le Fraunhofer ILT sera également représenté avec plusieurs thèmes.

Analyser, isoler, transférer

La fabrication de cultures cellulaires nécessite de nombreuses étapes de travail, au cours desquelles les cellules sont cultivées et étudiées. La culture cellulaire est très chronophage et sujette aux erreurs en raison du travail manuel dans les méthodes conventionnelles. Le Fraunhofer ILT présente deux projets sur le thème de la culture cellulaire : dans le cadre du projet collaboratif « Liftoscope », le Fraunhofer ILT, en collaboration avec l'Institut Fraunhofer pour la technologie de production IPT, développe une méthode douce et automatisée pour analyser et isoler les cellules.

Pour cela, la plaque de culture cellulaire est d'abord scannée par un microscope à haute vitesse. Sur la base des données d'image, la morphologie cellulaire des cellules reconnues peut être déterminée à l'aide d'un algorithme spécialement développé. Afin que seul le matériel cellulaire approprié soit ensuite isolé, les chercheurs utilisent la technologie du transfert par laser induit, appelé LIFT : les cultures cellulaires se trouvent sur la plaque de culture dans un hydrogel spécial. Un laser focalise très localement sous les cellules sélectionnées dans le gel, générant une quantité précise d'énergie thermique. Grâce à cette impulsion courte, le gel se dilate et transfère les cellules sur un support de culture situé au-dessus, où elles continueront à être cultivées.

La méthode d'analyse et d'isolement entièrement automatisée peut être facilement intégrée dans tout environnement de laboratoire. Grâce à son design modulaire, elle est polyvalente et peut être utilisée avec des microscopes existants. Par exemple, une plaque de microtitration commerciale peut servir de support cellulaire. La procédure permet non seulement de gagner du temps, mais aussi de réduire les coûts.

Un autre défi concerne le transfert de cellules adhérentes en croissance : « Nous cherchons encore le hydrogel approprié pour améliorer le taux de survie des cellules », explique Richard Lensing, scientifique au Fraunhofer ILT, groupe Biofabrication. Afin de rendre la procédé encore plus efficace, les chercheurs du Fraunhofer IPT et ILT travaillent également sur un algorithme plus rapide et plus différencié, capable de classifier et de sélectionner les cellules en fonction de différentes caractéristiques.

Organ-on-a-Chip

Une nouvelle approche est également proposée par l'impression 3D : la bioimpression permet de construire des tissus artificiels et contribue à éviter les expérimentations animales ainsi qu'à améliorer la diagnostic thérapeutique. Les chercheurs du Fraunhofer ILT présentent à l'analytica plusieurs systèmes microfluidiques « Organ-on-a-Chip » de la taille d'une clé USB.

L'objectif de la bioimpression 3D est de disposer les cellules dans une configuration spatiale précisément définie et reproductible pour former des tissus artificiels. Des hydrogels remplis de cellules, appelés bioinks, sont extrudés selon un procédé d'impression. Dans ces cultures, les cellules se développent presque comme dans le corps. Parallèlement, les chercheurs peuvent intervenir plus facilement et observer le processus. En combinant cela avec un design de puce microfluidique, un « Organ-on-a-Chip » est construit à partir de plusieurs types de cellules, et la fonction des cellules est analysée. Les tests peuvent être dirigés de manière ciblée et offrent probablement de meilleurs résultats plus précis lors de l'étude des effets des bactéries, des virus et des médicaments sur des tissus in vitro.