Pillarcell : système microfluidique de différenciation de cellules souches

Développement d’outils universels de contrôle de cellules souches

Les cellules souches ont la particularité de s’auto-renouveler pendant un cycle de vie ; le contrôle de la différenciation des cellules souches sera donc une technologie clé dans les traitements médicaux du futur et le combat contre le vieillissement de l’espèce humaine. Le projet de recherche Pillarcell vise à démontrer les avantages de la technologie microfluidique pour un contrôle précis de la migration et de la différenciation des cellules souches.

« La nature ne fait rien en vain. » (Aristote : I.1253a8). C’est également vrai du corps humain, un organisme d’une grande complexité et composé de sous-systèmes hautement synchrones, ainsi que d’un nombre considérable de cellules. Lorsque qu’un tissu ou des cellules se retrouvent dans un disque, un flacon ou une plaque de culture multipuits, ils subissent les changements substantiels de leur micro-environnement cellulaire. Leur matrice extracellulaire se simplifie, les facteurs solubles et les nutriments généralement présents dans leur environnement sont administrés différemment et les jonctions intercellulaires sont modifiées. De tels changements ne sont pas sans lourdes conséquences sur la performance des essais cellulaires, de l’ingénierie des tissus et de la médecine régénérative. Bien que des recherches extensives aient été réalisées pour améliorer les conditions de culture in vitro, il n’existe toujours pas de technologie satisfaisante pour répliquer correctement les microenvironnements cellulaires in vivo.

Cela est dû notamment au manque plateformes générales qui permettent une régulation hautement précise des microenvironnements cellulaires. Les techniques de microingénierie sont désormais largement utilisées pour fabriquer, d’un côté, des substrats de culture à surface texturée avec des matrices extracellulaires synthétiques, et de l’autre, des appareils microfluidiques pour un contrôle dynamique de facteurs solubles. Dans le cadre de ce projet, nous entreprenons une étude systématique de la migration et de la différenciation des cellules sur des jeux ordonnés d’échantillons de micro et nano-piliers texturés, avec ou sans intégration des appareils microfluidiques. En changeant les paramètres géométriques des piliers, nous nous focalisons sur le rôle de la rigidité du substrat dans la migration et la différenciation cellulaire.

Nous travaillons sur ce projet au sein d’un consortium multidisciplinaire composé de trois équipes de recherche académique (ENS : spécialisée dans les technologies de nanofabrication pour la biologie cellulaire, Institut Curie : spécialisée dans la polarité et la migration des cellules sur les surfaces texturées, et Paris Diderot, Institut Jacques Monod : spécialisée dans la biophysique des jeux ordonnés d’échantillons de cellules.)

Notre système peut se révéler utile pour d’autres formes de jeux ordonnés d’échantillons de cellules, notamment l’adhésion, la prolifération, la différenciation, et l’apoptose. Puisque la technologie de fabrication que nous proposons peut être utilisée à grande échelle, nos prototypes seront faciles à convertir pour une production industrielle. Dans ce but, nous anticipons de nombreuses applications cliniques de ces produits, y compris en termes d’ingénierie des tissus et de guérison des plaies.