Une nouvelle ère pour l'analyse à cellule unique à l'aide des systèmes microfluidiques
La microfluidique des gouttelettes promet d'amener un niveau inégalé de contrôle du microenvironnement cellulaire à l'aide de quelques quantités infimes d'échantillons. Néanmoins, la vaste majorité des appareils de microfluidique à base cellulaire disponibles aujourd'hui sont encore à l'état de preuve de concept. Par ailleurs, aucun système n'autorise la croissance cellulaire à long terme dans des conditions bien contrôlées ni ne permet des opérations reproductibles et séquentielles de façon automatisée. Le Dr Linas Mazutis, soutenue par le projet BIOCELLCHIP (Integrated microfluidic system for long-term cell cultivation, monitoring and analysis), financé par l'UE, a entrepris de développer un système microfluidique haut débit pour permettre l'isolation et l'analyse d'une cellule unique. Parmi les différents systèmes microfluidiques mis au point dans le cadre de ce projet, deux ont eu un impact particulièrement élevé. Le premier système mirofluidique BIOCELLCHIP apporte un contrôle spatiotemporel sur l'environnement biochimique et physique des cellules isolées. Le bioréacteur microfluidique a été utilisé pour reproduire la niche de moelle osseuse ex vivo et étudier l'adaptation du mégacaryocyte, offrant ainsi une opportunité unique de recréer des organes physiologiques complexes sur une puce. À l'aide de ce système, les chercheurs ont optimisé la production de plaquettes à partir de mégacaryocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites. Le système a été breveté et mis sur le marché par le biais d'une société biomédicale dérivée. Tenant compte de la demande particulièrement élevée en plaquettes indépendantes du donneur dans les hôpitaux, le bioréacteur mis au point trouvera probablement des applications immédiates. Le second système microfluidique BIOCELLCHIP fournit une approche innovante autorisant un codage à barres et un séquençage simultanés de dizaines de milliers de cellules uniques. Le concept se fonde sur l'isolation parallèle en masse de cellules uniques dans des compartiments aqueux microscopiques (gouttelettes à l'échelle du nanolitre) avec des amorces oligonucléotidiques avec codes à barres et d'autres réactifs biochimiques. Une fois encapsulées, ces cellules sont lysées et leurs molécules mARN sont étiquetées (code à barres) lors de la réaction de transcription inverse. Elles font ensuite l'object d'un séquençage de prochaine génération et d'analyse computationnelle. Les chercheurs ont utilisé le système pour séquencer plus de 10 000 cellules souches embryonnaires pour un coût extrêmement faible. Leurs résultats leur ont permis d'identifier la présence de marqueurs d'expression de sous-populations rares de lignées distinctes. Par ailleurs, ils ont observé que certains facteurs de transcription fluctuaient dans l'ensemble de la population cellulaire, et pourraient être associés à des états cellulaires distincts. Le système mis au point a finalement été breveté et commercialisé à travers une seconde société dérivée. Dans l'ensemble, les systèmes microfluidiques devraient révolutionner la recherche biomédicale dans différents domaines, fournissant des approches haut débit pour l'étude des processus cellulaires clés et de l'hétérogénéité cellulaire avec une précision élevée et un coût réduit.
Mots‑clés
Technologie microfluidique des gouttelettes, séquençage à cellule unique, RNA-Seq, codage à barres, cellules souches pluripotentes induites, plaquettes
