Le diabète touchait 589 millions de personnes dans le monde en 2024. Pour mieux comprendre cette maladie et tester de nouveaux traitements, les chercheurs étudient les
îlots de Langerhans*, responsables de la sécrétion d'insuline et qui sont défectueux en cas de
diabète de type I*. Les approches classiques regroupent souvent de nombreux îlots qui permettent une mesure de la concentration d'insuline, masquant cependant leurs différences individuelles. Par ailleurs, les systèmes actuels dépendent de dispositifs externes et manuels (comme des pousse-seringues ou des pompes pour la circulation des fluides), ce qui les rend complexes et peu ergonomiques. Cette étude propose une solution intégrée et automatisée et offre la possibilité d'analyser la réponse de plusieurs îlots uniques en parallèle.
En collaboration avec le CEA-Irig/BGE/Biomics, les chercheurs du CEA-Leti/DTIS/Semiv ont développé et validé une carte microfluidique innovante avec une micro-pompe intégrée assurant la circulation des fluides, éliminant les pompes externes volumineuses, et garantissant une mesure ultra-sensible de l'insuline sécrétée. Grâce à un contrôle précis des flux, les îlots sont individuellement capturés dans des pièges hydrodynamiques. Les équipes du CEA Irig/BGE/Biomics ont pu réaliser des tests fonctionnels sur deux modèles biologiques afin de mesurer la réponse individuelle des îlots : des
sphéroïdes* (à partir de lignées cellulaires) puis
des îlots humains (à partir de dons d'organes). Ces deux modèles montrent une viabilité remarquable de 99% et une réponse robuste au glucose.
© CEA-Leti/DTIS/Semiv
Figure : Carte microfluidique. A) Structure de la carte microfluidique : une membrane hyperélastique, prise en sandwich entre deux couches de copolymère de cyclo-oléfine, se déforme vers l'intérieur sous pression négative (-P) pour permettre l'écoulement et est repoussée contre la couche supérieure sous pression positive (+P) pour bloquer l'écoulement. B) schéma de la plateforme microfluidique comprenant la zone de piégeage hydrodynamique conçue pour des sphéroïdes de 300 µm, une micropompe intégrée composée de trois valves (∼µl) pour la perfusion du milieu et la collecte des sécrétions, et en aval une chambre de stockage pour les sécrétions. Étapes expérimentales : C) piégeage de l'îlot unique (à l'intérieur du piège hydrodynamique entouré en bleu), D) actionnement de la micropompe pour collecter les sécrétions (∼µl/min), E) récupération de l'îlot par actionnement inverse de la micropompe. Le sens de l'écoulement est indiqué par des flèches bleues et rouges. F) image de la carte microfluidique.
L'originalité de cette étude réside donc dans l'intégration complète et automatisée, au sein d'une carte microfluidique, d'un véritable « laboratoire-sur-puce » couvrant l'ensemble de la chaîne expérimentale : de la capture de l'îlot de Langerhans à sa perfusion, en passant par l'évaluation fonctionnelle de sa réponse physiologique via la quantification de l'insuline sécrétée. Cette approche a notamment permis de reproduire la variabilité fonctionnelle observée entre les îlots d'un même donneur, démontrant ainsi la capacité de la plateforme à préserver et révéler l'hétérogénéité biologique intrinsèque des tissus pancréatiques. A terme, l'intégration de capteurs en temps réel au sein de ce circuit microfluidique pourrait fournir une représentation fonctionnelle
ex vivo de la physiologie des patients, facilitant l'étude des variations interindividuelles et l'évaluation personnalisée des réponses thérapeutiques.
FOCUS OSP*: programme interdisciplinaire « Focus Organoïdes Sur Puce » qui vise à développer des organoïdes sur puce (OSP) afin de promouvoir des concepts et technologies de rupture dans le domaine médical. Co-pilotage DRF/DRT (Anselme Perrier et Fabrice Navarro).
Ilots de Langerhans* : petits groupes de cellules localisés dans le pancréas. Leur rôle est de produire des hormones (comme l'insuline) afin de réguler le taux de sucre dans le sang (glycémie). Ces îlots sont impliqués dans des maladies comme le diabète.
Diabète de type I* : maladie chronique dans laquelle le système immunitaire altère les cellules du pancréas qui produisent l'insuline.
Sphéroïdes* : agrégats tridimensionnels de cellules cultivées in vitro, généralement formés à partir de lignée cellulaire.
Tutelles UMR : Univ. Grenoble Alpes (UGA), CEA (Leti et Irig), Inserm (UA13 BGE).
Financements : Programmes FOCUS OSP et OOC inflexion du CEA ; LabEX GRAL (ANR-10-LABX-49-01).
Collaborations : AP-HP (Hôpital Saint-Louis), Centre Européen des Études sur le Diabète (CeeD, Strasbourg), ILONOV.