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CellPrintArray – on-demand nano-scale printing of live cells and compounds for miniaturized cell screening applications

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Une plate-forme de biopuce cellulaire pour le criblage des médicaments

La découverte de médicaments est un processus long qui prend en moyenne de 15 à 22 ans. Grâce à une plate-forme miniaturisée, les scientifiques européens espèrent accélérer le processus de criblage des médicaments et réduire les coûts globaux.

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La découverte de médicaments passe par la synthèse et la caractérisation d médicaments candidats, suivie d’un criblage biologique. Les entreprises pharmaceutiques ont recours à la chimie combinatoire et à des approches à haut débit pour le criblage de banques chimiques. Cependant, ce processus nécessite de grandes quantités de réactifs et de cellules, ainsi que l’utilisation de robots pour transférer des bibliothèques chimiques dans des plaques de microtitration.

Impression de cellules sur des biopuces

Contrairement aux systèmes de découverte de médicaments traditionnels, le projet CellPrintArray, financé par l’UE, a proposé de développer un format de biopuce miniaturisée pour le criblage à haut débit dans des cellules vivantes. Le concept repose sur la plate-forme Droplet Microarray synthétisée au cours du projet DROPCELLARRAY. «Les technologies de biopuces existantes se limitent au criblage des acides nucléiques. Notre objectif consistait à développer un système permettant le criblage de médicaments solubles avec des cellules vivantes sous forme de biopuces», explique le coordinateur du projet, le Dr Pavel Levkin. Les partenaires du projet ont conçu une approche intégrée permettant l’ajout de banques de médicaments entières, d’autres molécules et de cellules dans les gouttelettes individuelles de 100 nanolitres de la plate-forme Droplet Microarray. Le système CellPrintArray utilise des lames de biopuce avec des points hydrophiles poreux, séparés les uns des autres par des barrières superhydrophobes repoussant les liquides. Avec un système de distribution de nanolitre compatible avec des impressions de volumes définis, les scientifiques ont rempli les biopuces de gouttelettes de volumes contrôlés (3 à 500 nL par expérience) de solutions de médicaments ou de cellules (1 à 100 cellules par expérience). Parallèlement au système de distribution de liquide, les scientifiques (en collaboration avec le fabricant du distributeur) ont mis au point un système de contrôle de l’humidité permettant de minimiser les effets de l’évaporation pendant le traitement. Cela leur a permis de contrôler les conditions atmosphériques comme l’humidité, les niveaux et la température du dioxyde de carbone et ont cultivé les cellules jusqu’à trois jours dans des essais de criblage.

Les mérites de CellPrintArray

La plate-forme CellPrintArray pour l’impression et le criblage des cellules a été testée avec succès en interne pour un large éventail de criblages biologiques, mais également évaluée en externe par des sociétés pharmaceutiques et des partenaires cliniques pour des applications de médecine personnalisée. Comme le souligne le Dr Levkin, «les résultats de criblage obtenus à partir d’expériences miniaturisées se sont révélés comparables aux technologies de criblage de pointe». Le principal avantage de la plate-forme est qu’elle miniaturise les essais de criblage cellulaire jusqu’à 1 000 fois, ce qui permet d’utiliser des modèles cellulaires plus pertinents sur le plan physiologique, tels que les cellules primaires, les cellules souches, les cellules provenant d’une biopsie et d’autres types de cellules rares. Simultanément, elle réduit la consommation de réactifs coûteux, réduisant de manière significative les coûts globaux de l’essai et le temps requis pour le criblage. Le prochain objectif de l’équipe de CellPrintArray consistera à créer une plate-forme conviviale inclusive pour le criblage de cellules miniaturisées combinant les fonctions de distribution de nanolitre, de manipulation de plaques, de culture de cellules et de lecture. Ce système intégré permettra aux sociétés pharmaceutiques et aux hôpitaux d’effectuer des criblages à haut débit avec un seul équipement. Les partenaires espèrent fournir des formats de biopuce plus larges, compatibles avec la plupart des infrastructures de laboratoire afin d’élargir les possibilités d’application de la plate-forme CellPrintArray. Un œil sur l’avenir, le Dr Levkin envisage «la plate-forme qui permettra d’utiliser des cellules provenant du patient, ouvrant de nouvelles possibilités à la médecine personnalisée».

Mots‑clés

CellPrintArray, cellule, biopuce, humidité, synthèse chimique, criblage de médicaments, hydrophile, culture, système de distribution de liquide, système de contrôle de l’humidité

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