Partager Partager sur facebook Partager sur twitter Partager sur google+
-A +A

imprimer la page

Des laboratoires sur puce pour étudier les neurones

Alzheimer, Parkinson, Huntington, virus Zika… Autant de pathologies que les derniers systèmes de microfluidique développés par les chercheurs de l’Institut Curie pourraient éclairer d’un jour nouveau. Et en ligne de mire : de potentiel outils diagnostiques ou thérapeutiques.

Des laboratoires sur puce pour étudier les neurones

Si la miniaturisation est depuis plusieurs décennies le fer de lance de l’électronique, elle est d’implantation plus récente en biologie. Elle apporte dans ce domaine une révolution technologique portée par la microfluidique et fournit au criblage à haut débit, à la biologie des systèmes et plus généralement à la recherche biomédicale et à la médecine de précision les outils indispensables à leur développement. Parmi ces outils, les "organes sur puces" permettent de cultiver des cellules en contrôlant à l’échelle micrométrique leur forme, leur position et leurs interactions. On peut alors reconstituer et étudier à l’échelle des cellules individuelles dans ces "laboratoires sur puces" des processus biologiques complexes qu’on ne pouvait jusqu’à présent observer que dans des modèles animaux et de façon beaucoup moins détaillée. L’équipe Macromolécules et microsystèmes en biologie et médecine (CNRS/UPMC/Institut Curie/Institut Pierre-Gilles de Gennes), dirigée par Jean-Louis Viovy, s’intéresse à ce domaine en pleine émergence, pour l’étude duquel elle bénéficie d’un financement européen prestigieux (ERC).  

Faire pousser des neurones sur une puce...

Parmi ses objectifs figurait le développement de systèmes permettant de diriger la pousse neuronale et de contrôler la connectivité entre populations de neurones. "Ces systèmes peuvent aider à mieux comprendre comment les neurones traitent l’information, mais aussi à élucider les mécanismes de certaines  maladies neurologiques", déclarait-il en 2013 à l’annonce de son ERC. Une nouvelle étape vient d’être franchie dans cette direction.

Dans un premier article faisant la couverture de la revue britannique Lab on a chip, Catherine Villard, directrice de recherche CNRS à l’Institut Curie, et Renaud Renault, post-doctorant, de l’équipe Macromolécules et Microsystèmes en Biologie et Médecine, décrivent une nouvelle technologie permettant de diriger la circulation de l’influx nerveux d’une population de neurones à une autre en contrôlant sur puce la croissance de ces cellules. "La reconstitution in vitro de circuits neuronaux offre de nombreuses perspectives, s’enthousiasme la chercheuse. De tels systèmes existaient déjà mais nous avons eu recours à une approche totalement différente basée sur la capacité des branches neuronales à interagir avec des guides ou des obstacles micro-fabriqués dans une puce microfluidique. Plus simple à fabriquer, la puce ainsi mise au point se caractérise par une meilleure transmission entre les deux extrémités – souvent très espacées – des neurones, mais aussi une meilleure diffusion des molécules au sein du système." Grâce à ces avantages, les chercheurs espèrent ainsi mieux comprendre le développement des maladies neurodégénératives comme Alzheimer, Parkinson, Huntington, tester de nouveaux médicaments, voire étudier la toxicité de certains produits comme les nanoparticules ou encore comprendre les mécanismes par lesquels le virus zika altère le développement précoce du cerveau et conduit à des malformations irréversibles. En outre ce laboratoire sur puce réduirait les besoins en expérimentation animale.

Cette publication fait suite à une autre qui a également fait l’objet de la couverture de la revue Lab on a chip, et qui présente avec la précédente une forte synergie. En effet, si le système développé par les deux chercheuses permet de contrôler la connexion de populations de neurones, celui développé dans cet autre travail initié par Laurent Malaquin, ancien membre de l’équipe ayant récemment rejoint le LAAS-CNRS de Toulouse, et mené par Ayako Yamada, post doctorante, permet d’améliorer encore la précision du guidage neuronal en combinant structuration chimique et topographique.

Grâce à ces nouvelles technologies, les chercheurs vont pouvoir, en collaboration avec leurs collègues neurobiologistes comme Jean-Michel Peyrin et Bernard Brugg à l’UPMC, appréhender sous un jour nouveau les neurones et les pathologies qui leur sont associées, mais aussi étudier sans risques pour les patients les effets secondaires possibles des médicaments, afin de les rendre plus sûrs. On peut enfin noter que l’intérêt de ces "organes sur puces", ne se limite pas à modéliser le cerveau. L’équipe développe également, en collaboration avec l’équipe Migration et invasion cellulaire (CNRS/UPMC/Institut Curie) de Danijel Vijgnevic, des modèles d’intestin, pour des études du même type mais concernant cette fois le cancer.

 

En savoir plus

Asymmetric axonal edge guidance: a new paradigm for building oriented neuronal networks.

Renault R, Durand JB, Viovy JL, Villard C.

Lab Chip. 2016 Jun 21;16(12):2188-91. doi: 10.1039/c6lc00479b. Epub 2016 May 26.

In-mold patterning and actionable axo-somatic compartmentalization for on-chip neuron culture.

Yamada A, Vignes M, Bureau C, Mamane A, Venzac B, Descroix S, Viovy JL, Villard C, Peyrin JM, Malaquin L.

Lab Chip. 2016 May 24;16(11):2059-68. doi: 10.1039/c6lc00414h.

Les travaux de Jean-Louis Viovy et de son équipe

Laboratoire sur puce : à l’heure du nano-diagnostic

Un tout-en-un miniaturisé pour la médecine de demain

Texte : Céline Giustranti

Crédit photo : Catherine Villard- Renaud Renault/Institut Curie

Mathilde Regnault
30/06/2016