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Fait marquant

Un micro-bioréacteur de la taille d’une carte de crédit


​Des chercheurs de notre laboratoire ont réalisé le premier micro-bio​réacteur au format carte de crédit réalisant des cultures d’environ 250 µl. Les cellules de mammifères prolifèrent sur des micro-billes. En fin de cycle de culture, une partie des micro-billes peut être conservée pour relancer une culture, plusieurs cycles de culture pouvant ainsi être effectués sur le long terme.​

Publié le 30 septembre 2014
La culture cellulaire est l'outil principal en biologie mais présente certaines limites. Elle repose sur la manipulation de volumes disproportionnés (de l’ordre du millilitre) comparés à ceux réellement « perçus » par les cellules, ce qui entraîne de grandes variations physiques et biochimiques pouvant impacter leur réponse et leur développement. De plus, les cultures standards sont conduites dans des conditions statiques (puits de culture). L’environnement cellulaire s’y appauvrit graduellement en éléments nutritifs tout en s’enrichissant en déchets toxiques, loin de la réalité physiologique où les cellules sont continuellement approvisionnées et nettoyées de leurs déchets par le système vasculaire. Enfin, la culture standard repose sur une succession de manipulations réalisées par l’opérateur dont des traitements enzymatiques et peut souffrir de dérives intrinsèques au paramètre humain.

Les systèmes miniatures de culture utilisant des technologies microfluidiques permettent d’adresser ces problématiques. Leur niveau d’automatisation et d’intégration à de faibles échelles offrent la possibilité de contrôler de manière reproductible le micro-environnement cellulaire. De plus, les cellules peuvent être cultivées en continu dans des conditions dynamiques donnant une pertinence physiologique aux expériences menées.

Dans ce cadre, des chercheurs de notre laboratoire ont élaboré le premier micro-bioréacteur (Figure) au format de carte de crédit réalisant des cultures d’environ 250 µl. De façon originale, le système utilise une méthode de culture provenant de l’industrie pharmaceutique. Les cellules de mammifères prolifèrent sur des micro-billes d’un diamètre d’environ 175 µm. Un autre avantage à ce système repose sur le fait qu’en fin de cycle de culture, une partie des micro-billes peut être conservée dans le système pour relancer une culture simplement en ajoutant des micro-billes nues afin d’offrir de nouvelles surfaces que les cellules pourront coloniser. Plusieurs cycles de culture peuvent ainsi être effectués sur le long terme.

De tels systèmes pourraient répondre à des besoins de secteurs industriels comme les industries pharmaceutique, chimique ou (agro-)alimentaire fortement basées sur la culture cellulaire. Des cultures automatisées et miniaturisées apporteraient des gains considérables en temps et en coût.


A - Le micro-bioréacteur. L’élément principal est la carte fluidique en plastique dans laquelle se fait la culture. Une fine couche chauffante transparente est placée sous cette carte afin de réguler la température. Un capteur inséré dans la carte permet de lire la température du système.
B - Pour démarrer une culture, les cellules sur micro-billes sont inoculées dans un des canaux fluidiques du micro-bioréacteur. Ce canal est constitué d’une membrane micro-poreuse permettant l’approvisionnement continu par diffusion de milieu de culture riche en nutriments et en oxygène. La perfusion couplée au système de régulation en température garantit des conditions stables et optimales. La vitesse de perfusion est basée sur des simulations prenant en compte l’activité métabolique des cellules. Lorsque les cellules ont occupé la majeure partie de la surface des micro-billes, elles sont simplement extraites en poussant le milieu de culture hors du système.
C - Exemple de prolifération de cellules sur micro-billes.
Fabien Abeille réalise une thèse en co-tutelle avec le Leti sous la direction de Nathalie Picollet D’hahan.

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