Platforme microfluidique pour la culture cellulaire, la construction in vitro de réseaux neuronaux complexes et le criblage de molécules neuroprotectrices – Neuroscreen

L’objectif de ce projet est de recréer à l’aide de méthodologies alliant micro-technologies et culture cellulaire, une plateforme permettant de recréer in vitro des architecture neuronales complexes recréant l'architecture physiologique de connections neuronales. Des développements technologiques spécifiques, compatibles avec une future production industrielle, permettront d'implémenter cette nouvelle technologie sous forme d'une plateforme automatisée de criblage à haut débit et haut contenu. Cette plateforme sera appliquée à l'étude phénomènes neurodégénératifs et le potentiel de molécules pharmaceutiques dirigées contre les maladies neurodégénératives, en particulier Alzheimer, Parkinson. Ce projet est fondé sur un travail pluridisciplinaire qui alliera des approches d’ingénierie de la microfluidique et de neurosciences fondamentales. Les modèles expérimentaux utilisés à ce jour pour étudier la physiologie cérébrale et ses dysfonctionnements comprennent des modèles animaux vivants ou des modèles de culture cellulaire. Si les études in vivo permettent d’étudier un phénomène dans toute la complexité d’un environnement neuro-anatomique préservé, elles demeurent limitées par la lourdeur des expérimentations et par des considérations éthiques, et rendent difficiles toutes études à l'échelle cellulaire ou moléculaire. A l’opposé, les modèles actuels de cultures cellulaires qui permettent de décrypter les mécanismes moléculaires et cellulaires fins impliqués dans un processus biologique ne permettent pas d’étudier la physiologie neuronale dans l’environnement ordonné qu’est le cerveau. Le but du projet est de combler le fossé existant entre ces deux approches, en recréant in vitro des architectures neuronales aux connections physiologiques. Des travaux récents de notre groupe (équipes Brugg/Peyrin et Malaquin/Viovy) dans le cadre d’une ANR Neurosciences (2006-2009) ont montré qu’il était possible de reconstruire de façon raisonnée des réseaux de neurones complexes à partir de cultures primaires de cellules nerveuses, et de bénéficier ainsi de la puissance des systèmes de culture cellulaire pour l’étude de phénomènes aussi complexes que sont les dégénérescences en réseau. Nous envisageons ici de faire fructifier ces résultats de recherche fondamentale en proposant une plateforme microfluidique plus "mature" et automatisée, qui sera industrialisée et exploitée par le partenaire industriel du projet. Ce projet se situe donc à la frontière entre la recherche fondamentale et industrielle. Cette plateforme, qui impliquera plusieurs innovations brevetées par les partenaires, et d'autres à développer au cours du projet, aura un champ potentiel d'applications vaste concernant les criblages cellulaires en général, mais pour sa validation on se limitera dans ce projet à la validation d'hypothèses actuelles concerant les mécanismes de neurodégénérescence dans les maladies d'Alzheimer et Parkinson et à l’évaluation de molécules à visée thérapeutique. Des architectures et un contrôle microfluidiques oringinaux permetront de reconstruire des réseaux neuronaux (e.g. cortex-hippocampe, cortex-striatum) et demodifier le microenvironnement afin de mimer des agressions neuronales (ischémie, stress oxydant, stress mécaniques..). Nous pourrons ainsi étudier leurs conséquences sur la production axonale et synaptique de structures amyloïdes et la progression de la pathologie (phosphorylation de Tau, stabilité synaptique, intégrité axonale) dans ses aspects spatio-temporels et à l'échelle sub-cellulaire. Enfin, ce modèle sera appliqué au criblage de molécules à visée thérapeutique. La technologie sera cependant beaucoup plus générique, et ouvrira le champ par exemple à des études de biologie du développement, de sciences cognitives, cellules souches, et au criblage cellulaire pour remplacer les essais sur animaux et cliniques en pharmacie ou toxicologie.