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Puces et cellules souches, une combinaison au goût de médecine du futur
Par Laurent Delattre, publié le 18 août 2022
Les avancées sur les puces microfluidiques et des techniques de culture de cellules souches permettent aujourd’hui au CEA d’implanter des organoïdes sur des puces et d’y reproduire le fonctionnement des organes vivants. À la clé, des tests plus performants de l’efficacité de traitements pharmaceutiques et peut-être, à terme, l’espoir d’un essor de la médecine régénératrice avec la production de substituts d’organes.
En combinant son savoir-faire en matière de production de cellules souches, de technologies microfluidiques et de capteurs, le CEA se projette vers le futur de la médecine.
Il tire d’abord parti de sa maîtrise de la culture de cellules souches. Leur regroupement permet ensuite « la production à une échelle microscopique ‒ 1 à 2 mm environ ‒ d’un organoïde qui ressemble à un organe réel, tel la prostate », décrit Xavier Gidrol, chef du laboratoire Biologie à grande échelle au CEA.
Du refroidissement des composants aux organoïdes
L’arrivée des circuits microfluidiques permet de franchir une nouvelle étape. Rappelons que cette discipline consiste à manipuler les fluides à de minuscules échelles. Dans la fabrication des composants électroniques, elle permet d’intégrer dès la conception le système de refroidissement en rapprochant les micro-canalisations et surtout le liquide qu’elles transportent, des endroits qui dissipent de la chaleur (voir encadré).
Le CEA en fait un autre usage. Il utilise une puce équipée de circuits microfluidiques pour y implanter son organoïde et reproduire tant l’architecture que le fonctionnement de l’organe ‒ pancréas, foie, poumon, etc.
Ici, les circuits microfluidiques sont les supports de la simulation de l’ensemble des interactions internes et externes de l’organe en question.
Les organoïdes sur puces ont une dimension équivalente à celle d’une carte de crédit.
De minuscules vannes contrôlées informatiquement permettent de régler les débits.
Des capteurs de type LOC (pour Lab on Chip), une sous-catégorie des MEMS (micro-electromechanical systems ), sont ajoutés sur la puce support. Leur sensibilité et leur rapidité de mesure permettent de capter de précieuses informations en continu dont l’analyse nourrira les travaux des chercheurs sur la « vie » de ces organes. Notamment les pathologies qui les affectent, puisqu’il est d’ores et déjà possible de produire des tumoroïdes sur le même principe que les organoïdes.
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Un besoin de standards pour des enjeux de santé considérables
Le CEA, à travers son laboratoire spécialisé Leti à Grenoble, œuvre au niveau européen pour la standardisation des composants, des protocoles et des règles de design des circuits microfluidiques.
Étonnant ? Pas tant que cela au vu des enjeux. En effet, les organoïdes sur puce doivent servir dans un futur proche à comprendre la réaction des organes à des traitements médicamenteux, ce qui intéresse grandement les industries pharmaceutiques. Et à terme à cultiver des cellules saines pour aider à la guérison des cellules malades, voire envisager des substitutions d’organes. Cela vaut bien une norme ISO.
DES CIRCUITS MICROFLUIDIQUES POUR REFROIDIR LES PROCESSEURS
L’utilisation de la microfluidique concerne aussi les processeurs, en l’occurrence leur refroidissement. Pour limiter la dissipation thermique autour des CPU et autres GPU, au lieu d’envoyer du liquide sur tout un rack de serveurs, il est possible d’agir de façon plus ciblée, en l’amenant aux endroits désirés grâce à des micro-canalisations.
En 2020, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) avait annoncé une avancée majeure en intégrant des canaux de quelques micromètres directement sous des puces dès leur conception. À l’intérieur circule de l’eau qui capte la chaleur émise par les transistors situés juste au-dessus. La disposition des canaux est étudiée pour optimiser le refroidissement : toute la surface de la puce est quadrillée de sorte que chacun des transistors microscopiques est individuellement refroidi. La dissipation thermique est considérablement limitée, avec des performances multipliées par 50.
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