Projet AutoRAPID entre dans le dernier virage : Commande d'essai réussie à Erlangen

Prof. Jochen Guck (g.) et Dr. Jens Langjürgen (d.) inspectent la configuration du projet AutoRAPID. © MPL/Photo : Susanne Veiezens, MPL

Le projet AutoRAPID combine les connaissances en mesures biophysiques du MPL avec le savoir-faire technique des chercheurs de l'IPA en automatisation des processus. © MPL/Photo : Susanne Veiezens, MPL

La mesure entièrement automatisée des propriétés biophysiques de centaines d'échantillons cellulaires en seulement quelques jours est l'objectif du projet de coopération « AutoRAPID », auquel collaborent des chercheurs de l'Institut Max-Planck pour la physique de la lumière (MPL) à Erlangen et de l'Institut Fraunhofer pour la technologie de production et l'automatisation (IPA) à Mannheim, en collaboration inter-sites. À cette fin, les chercheurs ont pour la première fois assemblé avec succès les composants individuels des biophysiciens et des ingénieurs en automatisation à Erlangen.

Des chercheurs du département d'Optomécanique biologique du MPL, sous la direction du Prof. Jochen Guck, ont développé une méthode de mesure biophysique leur permettant de caractériser individuellement un grand nombre de cellules à une vitesse de mesure comprise entre 100 et 1000 cellules par seconde. Ils peuvent ainsi, par exemple, démontrer que les propriétés biomécaniques des cellules modifiées pathologiquement diffèrent de manière significative de celles des cellules saines. La méthode de mesure développée, appelée « Rapid physical phenotyping in deformational flow » – en français « Phénotypage physique rapide en flux déformant » – abrégée en « RAPID », n’est pas seulement à l’origine du nom du projet, mais aussi de son programme : il s’agit d’accélérer au maximum la vitesse de mesure. Le but du projet AutoRAPID est de transformer la méthode de mesure microfluidique en un système d’analyse entièrement automatisé et validé.

Dans ce cadre, les cellules circulent dans un canal d’une largeur de seulement quelques dizaines de micromètres pour tester leur déformabilité. À long terme, les chercheurs visent à mesurer l’impact de paramètres variables, tels que les médicaments, sur les propriétés physiques des cellules, et à exploiter ces connaissances pour des approches thérapeutiques. La configuration intégrée a été mise en place pour la première fois à Erlangen, et l’interaction entre l’automatisation du processus, de la collecte d’échantillons à l’analyse optique, a été vérifiée.

Prototype d’automatisation de la mesure biophysique cellulaire entièrement fonctionnel

Les composants individuels du projet AutoRAPID ont été assemblés avec succès en un seul système lors d’une commande commune par les deux groupes de recherche, puis soumis à un test de fonctionnement. L’expertise en méthode de mesure de l’équipe de recherche de Prof. Jochen Guck, directeur du MPL, fournit la base technique.

Dans la configuration concrète, la micro-puce fluide spécialement développée est combinée avec des méthodes de mesure optiques. Les chercheurs peuvent analyser les propriétés physiques des cellules à l’aide d’un système de flux sophistiqué, permettant de focaliser la mesure selon les besoins.

Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer IPA, dans l’équipe de Dr.-Ing. Jens Langejürgen, chef du département Technologies de la santé clinique à Mannheim, apportent leur expertise en automatisation des processus. Alors qu’une mesure manuelle classique d’un échantillon nécessite jusqu’à 30 minutes de préparation par échantillon, le nouveau processus automatisé d’AutoRAPID permet d’analyser jusqu’à 96 échantillons en une journée. De la collecte et du remplissage de la micro-puce par un robot pipette à la commande du système de trois pompes et à l’analyse des échantillons, toutes les étapes du processus peuvent être programmées de manière entièrement automatique. Un autre avantage est le nouveau procédé de nettoyage intégré développé pour AutoRAPID : la puce à usage unique est remplacée par un module de mesure réutilisable et fixe.

Le projet AutoRAPID, prévu sur une durée de quatre ans, est maintenant dans sa troisième année (recherche) et entre dans sa phase finale cruciale. D’ici la fin 2024, les chercheurs souhaitent démontrer un dispositif de mesure validé capable d’effectuer automatiquement des milliers de mesures. Jochen Guck se montre confiant : « C’est formidable de voir qu’un objectif longtemps poursuivi devient enfin tangible. Bientôt, nous pourrons réaliser des séries de mesures qui étaient encore inimaginables il y a peu de temps. » La prochaine étape consiste à tester la méthode d’analyse automatique en pratique et à l’évaluer dans un contexte quotidien. Jens Langejürgen se réjouit : « Grâce à la collaboration exceptionnelle dans ce projet, nous avons rapidement mis en place une configuration de mesure suffisamment automatisée pour la phase d’essais pratiques intensive à Erlangen. Parallèlement, nous disposons à Mannheim d’une copie identique du système, ce qui nous permet de poursuivre en parallèle d’autres optimisations. Dans cette équipe interdisciplinaire, nous bénéficions des expériences et des approches très diverses. »