Imprimé ciblé

Réseau de pièges à cellules : pièges à cellules en silicium (à gauche). À droite : cellules isolées dans les pièges à cellules (vert) et cellule passant à côté d'elles (ligne sinueuse). © Fraunhofer IMM / Fig. 2

Piège à cellules avec buse : Grâce à une structure adaptée du piège à cellules, la cellule individuelle est isolée du reste des cellules dans le milieu fluide et peut être imprimée. © Fraunhofer IMM / Piège à cellules avec buse : La structure du piège à cellules est conçue pour isoler la cellule individuelle du reste des cellules dans le milieu fluide, afin qu'elle soit prête à être imprimée. © Fraunhofer IMM

Perspectives prometteuses pour la médecine personnalisée : des experts de l'institut Fraunhofer pour la Microtechnologie et les Microsystèmes IMM utilisent leur savoir-faire en microfluidique et en technologies de cellules uniques pour imprimer des structures d'organes.

Les technologies de cellules uniques jouent un rôle clé dans la recherche et la caractérisation des cellules. Le Dr Christian Freese, chef de groupe en diagnostic des infections et du cancer à l'IMM Fraunhofer, et ses collègues utilisent la microfluidique pour sélectionner et étudier des cellules individuelles de manière ciblée. Dans leur plateforme de diagnostic par biopsie liquide, ils détectent et dispensent avec succès des cellules tumorales circulantes (CTCs) et d'autres biomarqueurs issus de biopsies liquides pour un diagnostic accessible et complet. Mais cela ne suffisait pas aux chercheurs : pourquoi ne pas construire quelque chose à partir des cellules isolées ?

Le principe TrapJet de l'IMM Fraunhofer

Dans le but d'utiliser leurs développements et méthodes pour l'impression de cellules, ils ont réalisé dans la salle blanche de leur institut des structures microfluidiques particulières sur des wafers en silicium, de véritables pièges à cellules : les spécialistes introduisent des cellules humaines dans des microchips dans de minuscules canaux. Dans le flux, les cellules sont capturées dans des structures spécifiques. Leur géométrie particulière garantit que seules des cellules individuelles sont prises, tandis que d'autres continuent à couler jusqu'à la prochaine cellule libre dans le piège. Étant donné que de nombreux pièges sont alignés dans le même canal, les spécialistes peuvent cibler précisément et simultanément différentes zones pour décharger des cellules — puis réoccuper les pièges à cellules.

Comme une imprimante à jet d'encre, une bulle chauffante dispense la cellule depuis la buse et la dépose dans une gouttelette minuscule. Différents types de cellules reçoivent des têtes d'impression séparées et sont imprimés en parallèle — dans leurs propres canaux microfluidiques — en continu.

»Nous couvrons tous les paramètres nécessaires à une bio-impression réussie grâce à la microfluidique : nous imprimons des cellules à la demande, de manière stérile et rapide. En même temps, le processus garantit un taux de viabilité élevé des cellules imprimées. Cela inclut également l'utilisation de biotintes caractéristiques, composées de la cellule et d'un liquide spécifique à chaque type cellulaire, qui est également maniable en microfluidique«, explique Freese.

De nombreuses méthodes existantes ne produisent qu'une fine ligne de biotinte dans laquelle des cellules sont réparties de manière aléatoire. Les experts du Fraunhofer impriment de minuscules gouttes, à peine plus grandes que la cellule elle-même. Cela leur permet d'atteindre une résolution particulièrement élevée : chaque cellule est placée avec précision et peut interagir directement avec ses cellules voisines. De cette manière, par exemple, des cultures d'organes pourraient être construites, sur lesquelles l'industrie pourrait réaliser des tests de médicaments. L'objectif déclaré des experts du Fraunhofer : imprimer des tissus pour des greffes de peau ou des organes entiers.

Plus de microfluidique pour la médecine

Pour exploiter au mieux le potentiel énorme pour la médecine, les experts de l'IMM Fraunhofer lanceront l'année prochaine, en collaboration avec leurs collègues du département « Technologies de santé clinique » de l'institut Fraunhofer pour la Technique de Production et l'Automatisation IPA à Mannheim, un centre de compétences pour les technologies de cellules uniques (« LZ-EZT »), où ils regrouperont et poursuivront leurs compétences.

Lors du salon Medica 2024, les experts ont présenté leurs solutions au stand commun du Fraunhofer. Outre l'impression de cellules uniques, les visiteurs ont pu expérimenter de manière ludique la marquage de cellules rares et leur isolation ultérieure dans un jeu en réalité virtuelle spécialement développé.