Dispositif microfluidique skin-on-a-chip fonctionnant en système ouvert (A), un bioréacteur à couvercle (B), et un système d'analyse in vitro équipé d'un encart ouvert (C) ou coiffé (D). Le gros plan montre une représentation graphique d'un test de fonctionnalité sur des équivalents skin-on-chip dans des conditions d'écoulement dynamique. Crédit :G. Sriram et al.
La microfluidique pourrait répondre à un besoin croissant d'alternatives à l'expérimentation animale pour le développement de produits pharmaceutiques et cosmétiques. Une équipe pluridisciplinaire, dirigé par Zhiping Wang du A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology, et Paul Bigliardi de l'Institut de biologie médicale A*STAR, ont produit un appareil évolutif de la taille d'une carte de crédit qui facilite simultanément la culture et les tests de cellules cutanées.
Les alternatives de pointe aux tests sur les animaux reposent sur la peau reconstruite. Cependant, ces modèles de tissus tridimensionnels sont généralement générés à partir de cultures cellulaires statiques sur une matrice de collagène qui se rétrécit facilement. "Quand le collagène se contracte, nous ne savons pas si les composés étudiés traversent la peau ou les interstices entre l'appareil et la peau lors des tests de perméation, " explique Gopu Sriram, l'un des auteurs principaux. Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs ont développé une méthode pour faire pousser la peau sur une matrice en utilisant la protéine fibrine, empêchant la contraction de la peau. La peau est cultivée directement dans le dispositif microfluidique où sont effectués les tests, sans autre manipulation ni transfert.
La peau cultivée dans le dispositif microfluidique présentait une maturation accrue de l'épiderme, la couche protectrice supérieure de la peau. Cela s'est traduit par une augmentation de près du double de l'épaisseur de l'épiderme par rapport aux équivalents cutanés standard. "Cet épiderme amélioré est corrélé à une perméabilité chimique plus faible que dans les systèmes conventionnels, " dit Youri Dancik, un autre auteur principal. « Par rapport à la reconstruction cutanée conventionnelle, la plateforme skin-on-chip offre une meilleure morphologie et performance de la peau, en termes de fonction barrière, " ajoute Wang. Il peut également faciliter les analyses en aval en utilisant des équivalents de peau disponibles dans le commerce ou de la peau naturelle.
Selon Massimo Alberti, un autre auteur principal, ces améliorations découlent de l'utilisation de la microfluidique. Dans des conditions statiques, les nutriments et le milieu diffusent passivement à travers la peau. Par contre, dans la puce microfluidique, un flux continu génère une pression qui pousse le milieu de culture à travers la matrice et peut agir comme un « stresseur pour les cellules et la matrice extracellulaire, qui peut également activer certaines voies de signalisation déclenchées mécaniquement, " dit-il. Cette stimulation favorise également la formation d'une membrane basale supérieure, une "couche protéique de type velcro qui ancre l'épiderme au tissu conjonctif appelé derme, " dit Sriram.
En plus d'automatiser leur système, les chercheurs travaillent actuellement à améliorer leur modèle pour mieux imiter la peau humaine naturelle. Ils prévoient d'augmenter la complexité de leur modèle en ajoutant des cellules immunitaires et en améliorant sa fonction barrière. Ils optimisent également le dispositif microfluidique en simulant la dynamique du flux sanguin et en mettant en œuvre des contrôles supplémentaires du microenvironnement "pour promouvoir des conditions qui rapprocheront le système de la peau humaine, " dit Alberti.
