​Les vésicules extracellulaires jouent un rôle essentiel dans le corps humain. Il s'agit de minuscules capsules lipidiques émises par les cellules et qui peuvent transporter de l'information biologique (ADN, protéines, ARN) depuis la cellule d'origine à une autre. Si elles sont impliquées dans de nombreux processus physiologiques tels que des réponses du système immunitaire ou la régénération de tissus, elles peuvent aussi participer à la prolifération de métastases et aux mécanismes de progression du cancer.

Analyse des vésicules extracellulaires produites par des sphéroïdes

L'analyse des vésicules extracellulaires peut ainsi aider à détecter des biomarqueurs de la maladie. D'autant que celles-ci voyagent en grande quantité dans les fluides biologiques comme le sang ou le mucus : leur étude est donc plus aisée et moins invasive que des examens tels qu'une biopsie.

« Si les vésicules extracellulaires sont connues depuis des décennies, jusqu'à présent, elles n'ont été étudiées qu'à partir de productions de cultures cellulaires en deux dimensions », note Vincent Agache, chef de projet en microfluidique au CEA-Leti. « Nous avons souhaité approfondir leur analyse en nous appuyant sur des sphéroïdes : des clusters de cellules en trois dimensions qui reproduisent plus fidèlement les mécanismes du corps humain. Une approche qui s'inspire notamment des travaux réalisés au CEA-Leti sur les Organoïdes-sur-puce. »

Une plateforme microfluidique pour extraire et isoler les vésicules extracellulaires

Le CEA-Leti a alors mis au point un dispositif microfluidique visant à recueillir et à isoler les vésicules extracellulaires sécrétées par un sphéroïde unique – une première mondiale. Un processus décomposé en plusieurs fonctions successives, toutes intégrées au sein de la plateforme microfluidique.

La première étape consiste à piéger le sphéroïde dans un espace très restreint et à l'alimenter, via différents microcanaux, en nutriments nécessaires à sa croissance. Une technique qui avait déjà été développée lors de précédents travaux au CEA-Leti. À l'inverse, le système de pompage et les billes retenant les vésicules extracellulaires, ont été mises en œuvre spécifiquement dans le cadre de ce projet.

« Une fois le sphéroïde nourri, il faut recueillir tout son milieu environnant, qui contient les molécules produites », indique Vincent Agache. « Pour cela, nous avons intégré un système de pompage réalisant cette phase de collecte, tout en contrôlant le volume obtenu – de l'ordre de 500 nanolitres –, afin de faciliter les mesures ultérieures. »

Ce fluide passe ensuite à travers une membrane de filtration (200 nm) pour retirer des co-contaminants, puis dans de nouvelles chambres contenant des billes magnétiques sur lesquelles ont été greffés des anticorps. Ces derniers s'accrochent alors aux vésicules extracellulaires, puis un aimant permet de retenir les billes pendant que les chambres sont vidées. Les vésicules extracellulaires peuvent ainsi être prélevées et il ne reste plus qu'à rompre les liaisons qui les unissent aux anticorps pour les analyser.

Vers des thérapies personnalisées contre le cancer

« Nos analyses ont mis en évidence la présence de signatures spécifiques aux vésicules extracellulaires, confirmant la réussite de leur collecte », souligne Vincent Agache. « Nous travaillons dorénavant à l'ajout de nouvelles fonctions au sein du dispositif microfluidique. Par exemple, nous pourrions intégrer un système de pesée nanométrique afin de mesurer, en temps réel, la sécrétion des vésicules extracellulaires par les sphéroïdes, et d'observer si cette dynamique de sécrétion varie en fonction de l'environnement ou de l'état des cellules. »

Par ailleurs, la plateforme microfluidique pourrait être utilisée pour étudier l'efficacité de traitements contre le cancer. Dans ce cas, les sphéroïdes piégés pourraient être ceux d'un patient, qui seraient alors exposés à diverses molécules thérapeutiques candidates, afin de déterminer celle présentant les meilleurs résultats pour cet individu. Ce qui constituerait un pas en avant significatif vers des thérapies personnalisées.