Les îlots de Langerhans ou îlots pancréatiques sont des amas de cellules spécialisées dans la production d’insuline et de glucacon, deux hormones régulant le taux de glucose dans le sang. Le diabète de type 1 est une maladie métabolique chronique liée à une destruction auto-immune active des cellules pancréatiques sécrétrices d'insuline, entraînant une insulinopénie totale responsable d'une hyperglycémie chronique. La transplantation d'îlots pancréatiques issus d’un donneur décédé est devenue en 2021 un standard de soin remboursé par la sécurité sociale. Or, ces îlots pancréatiques ont des capacités de production d’insuline extrêmement variables. Il serait très utile de pouvoir mesurer la production d’insuline de chaque îlot dans le but de choisir les plus performants avant leur transplantation.

Des chercheurs de notre laboratoire, en collaboration avec le Département Technologies pour la Biologie et la Santé du Leti au CEA-Grenoble, ont développé une puce microfluidique (Schémas 1 et 2) qui permet de piéger un îlot de Langerhans unique en un site dédié de la puce. Une fois piégé, il est possible, grâce à un jeu de valves hyper élastiques incorporées dans la puce, de modifier à volonté la composition du milieu. Ainsi, en passant d’une faible concentration de glucose à une forte concentration, la production d’insuline par l’îlot piégé peut être stimulée. Grâce à un second réseau de valves hyper élastiques, les sécrétions issues de l’îlot peuvent être collectées et la quantité d’insuline produite mesurée. À ce stade du projet, cette mesure a été réalisée en dehors de la puce ; mais des développements sont en cours afin d’être capable de doser l’insuline directement sur la puce. Au-delà de la mesure d’insuline réalisée à partir d’un explant tissulaire (ici un îlot pancréatique), l’organe-sur-puce qui a été développé démontre la capacité qu’ont désormais les chercheurs de mesurer les sécrétions issues d’un seul sphéroïde, organoïde, tumoroïde, piégé automatiquement dans une puce, ouvrant ainsi un large champ d’applications possibles.

La prochaine étape sera d’isoler grâce à la puce, une dizaine d’îlots produisant très peu d’insuline et une dizaine d’autres produisant au contraire beaucoup d’insuline, pour identifier par analyse multi-omique les mécanismes moléculaires encore inconnus qui sont à l’origine de cette différence physiologique. Les chercheurs espèrent ainsi pouvoir identifier un biomarqueur, qui nous permettra ensuite de trier très rapidement (5 000 îlots/seconde grâce à un FACS à large particule) les îlots les plus performants avant leur transplantation chez le patient.

En culture cellulaire, les sphéroïdes sont des agrégats cellulaires tridimensionnels.
Un organoïde est une structure multicellulaire tridimensionnelle qui reproduit la micro-anatomie d'un organe et reproduit au moins une fonction physiologique de cet organe ; il s'agit donc d'un modèle in vitro de l'organe (ou d'un mini-organe).
Lorsque les organoïdes sont des cellules cancéreuses, on parle d’organoïdes tumoraux ou tumoroïdes.


Architecture d’une puce microfluidique pour mesurer la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (GSIS) d’un seul îlot pancréatique. Schéma montrant une vue d'ensemble du protocole de dosage de la GSIS sur puce en serpentin, à l’aide d’un réseau de valves pneumatiques.