Fabrication et caractérisation de puces microfluidiques mimant la microarchitecture du foie, vers le « foie sur puce »

Fabrication and characterization of microfluidic devices mimicking the microarchitecture of the liver – towards the “liver-on-a-chip”

• Auteur / Autrice : Manon Boul
• Direction : Bruno Le Pioufle, Anne Dubart-Kupperschmitt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies
• Date : Soutenance le 19/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Haghiri-Gosnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Charlot, Anne Corlu, Maxime Mahé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Charlot, Anne Corlu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hépatocytes

Génie tissulaire

Microtechniques

Microfluidique

Mots clés libres

Microfluidique

Foie-Sur-Puce

Hépatocytes

Cholangiocytes

Ingénierie tissulaire

Reconstruction d'organe

Liver-On-A-Chip

Cholangiocytes

Tissue engineering

Hepatocytes

Organ reconstruction

Microfluidics

Résumé

Actuellement, un grand nombre de médicaments développés échouent à obtenir leur autorisation de mise sur le marché ou se la voient retirer. Les causes en sont majoritairement leurs effets secondaires sur le foie, principal organe responsable de leur métabolisation, non détectés par les tests chez l’animal. C’est pourquoi l’industrie pharmaceutique a besoin de nouveaux outils précliniques, afin de détecter le plus tôt possible la potentielle hépatotoxicité des nouvelles molécules thérapeutiques. Des microsystèmes innovants, offrant aux cellules des conditions de culture de plus en plus physiologiques en les soumettant à un flux, sont développés. Cependant, certains aspects du foie n’ont jamais été reproduits dans ces systèmes : c’est le cas du canal de Hering, zone de transition entre les hépatocytes, sécrétant la bile au sein des canalicules, et les cholangiocytes, bordant les canaux biliaires et chargés de l’évacuer. Ainsi, l’objectif de cette thèse était d’élaborer un modèle de puce microfluidique permettant de reproduire cette structure in vitro. La lignée cellulaire HepaRG, puis des cellules différenciées à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines, ont été utilisées. Ce projet s’est déroulé en collaboration entre les équipes de l’institut d’Alembert à l’ENS Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette) et de l’UMR_S 1193 de l’INSERM, à l’hôpital Paul Brousse (Villejuif). Nous avons montré que ces nouveaux systèmes permettaient de reproduire certaines fonctions hépatocytaires, en faisant ainsi des outils prometteurs pour l’analyse de la toxicité de médicaments.

Currently, a high number of drug candidates fail to obtain their marketing authorization or are withdrawn afterwards. This is mostly due to their side effects on the liver, which is the main organ responsible for drug metabolism, that have not been detected by animal testing. The pharmaceutical industry therefore needs new preclinical tools, in order to detect, as early as possible, the potential hepatotoxicity of newly developed molecules. Innovative microsystems providing more physiological conditions for cell culture, including flow generation, have been developed worldwide. However, they do not reproduce all the specificities of the liver, and not least the Hering channel, which is the transition area between hepatocytes, producing the bile, and cholangiocytes, draining it inside bile ducts. Thus, the main goal of this thesis was the development of a new microfluidic system mimicking this structure in vitro. The HepaRG cell line and cells derived from human induced pluripotent stem cells were used. This project was a collaboration between d’Alembert Institute at ENS Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette), and the UMR-S 1193 INSERM group, at Paul Brousse hospital (Villejuif). We demonstrated that our systems were reproducing certain liver functions and were therefore promising tools for drug toxicity assessment.