Instrumentation d'un multi-organe sur puce pour la diabétologie

Multi-organ-on-chip instrumentation for diabetology

• Auteur / Autrice : Killian Montiege
• Direction : Sylvie Renaud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Inscription en doctorat le 17/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ÉLectronique en Interaction avec la BIOlogie (ELIBIO)

Mots clés

Mots clés libres

Organe sur puce

Capteur

Diabétologie

Instrumentation

Electrophysiologie

Bioélectronique

Organ-on-chip

Sensor

Diabetology

Instrumentation

Electrophysiology

Bioelectronics

Résumé

Le développement d'organes sur puces révolutionne la recherche biomédicale en permettant l'implémentation de mini-organes humains fonctionnels sur des dispositifs microfluidiques, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension des maladies, un développement accélérer de médicaments et à la personnalisation des traitements. Le tout en étant à la fois plus éthique et moins coûteux que des essais cliniques ou des tests in vivo sur animal. L'objectif du projet étant alors le développement d'un système embarqué électronique permettant une exploitation optimisée d'un modèle multi-organ-on-chip (MOOC) in vitro dédié à l'analyse du système pancréas-muscles chez des sujets sains et des patients diabétiques. Le système étudié est un MOOC réparti sur deux chambres microfluidiques circulantes permettant la co-culture de cellules musculaires et d'ilots pancréatiques, deux MEAs capables de mesurer et stimuler chaque type cellulaire, avec la capacité d'effectuer de la spectroscopie d'impédance pour suivre la prolifération des cultures, et équipés d'un capteur électrochimique de glucose. La complexité de tels microsystèmes induit des contraintes considérables sur l'acquisition et le traitement des données mesurées pour garantir une précision des mesures suffisante (rapport signal/bruit faible dans les bandes passantes). L'ilot pancréatique, un micro-organe comprenant jusqu'à quelques milliers de cellules, rend très particulière la nature des signaux électrophysiologiques mesurés, avec notamment des composantes basse fréquences (<1Hz) prépondérantes. Le travail de thèse se focalisera sur l'intégration des capteurs au sein du MOOC et sur le développement de l'électronique de traitement des données de ces capteurs.

The development of organs-on-chips is revolutionizing biomedical research by enabling the implementation of functional human mini-organs on microfluidic devices, paving the way for a better disease understanding, an accelerated drug development, and personalized treatments. While being simultaneously more ethical and cost-effective than clinical trials or in vivo animal testing. The project's objective is to develop an embedded electronic system for optimized operation of an in vitro multi-organ-on-chip (MOOC) model dedicated to analyzing the pancreas-muscle system on healthy subjects and diabetic patients. The studied system consists of a MOOC distributed across two circulating microfluidic chambers allowing co-culture of muscle cells and pancreatic islets, two MEAs capable of measuring and stimulating each cell type, with the ability to monitor culture proliferation by impedance spectroscopy and equipped with a glucose electrochemical sensor. The complexity of such microsystems imposes significant constraints on the acquisition and the data processing of measured data to ensure sufficient measurement accuracy (low signal-to-noise ratio in bandwidths). The pancreatic islet, a micro-organ comprising up to several thousand cells, makes the nature of the measured electrophysiological signals very specific, with mostly low-frequency components (<1Hz). The thesis work will focus on integrating sensors within the MOOC and developing the electronic data processing for them.