L'inflammation sur une puce : de la fabrication au guidage électrique du destin immunitaire

Les patients présentant une réponse inflammatoire altérée, due à des maladies métaboliques (par exemple, le diabète sucré), une inflammation chronique, des maladies auto-immunes et des traitements pharmaceutiques, souffrent souvent d'une réparation tissulaire retardée ou incomplète, notamment d'une mauvaise cicatrisation osseuse [1]. Les stratégies thérapeutiques actuelles reposent sur le contrôle de la différenciation des cellules souches et de la polarisation des macrophages vers des cellules pro-/anti-inflammatoires, à l'aide de facteurs solubles et de matériaux bio-instructifs [2,3]. Cependant, les cellules sont également guidées par des signaux biochimiques. Elles répondent à des signaux physiques (par exemple, mécaniques [4] et vibratoires [5], bioélectriques [6,7]), qui régulent leur destin et leur fonction. C'est pourquoi l'utilisation de signaux biophysiques fait l'objet d'études de plus en plus nombreuses, tant à l'échelle du laboratoire que des biobanques, en vue d'applications cliniques. Elle représente un domaine émergent de la médecine régénérative, offrant des approches potentiellement plus sûres, modulables et plus précises.

En particulier, la signalisation bioélectrique endogène orchestrée par les canaux ioniques et les pompes ioniques [7,8], appelée code bioélectrique, suscite un intérêt croissant. Les champs électriques (EF) appliqués de manière externe peuvent modifier ce code, influençant le potentiel membranaire des cellules, dirigeant la migration cellulaire et modulant la fonction cellulaire (par exemple, la différenciation des cellules souches, le changement dans la sécrétion de cytokines dans les cellules T) [9-12]. . Cependant, il existe encore un manque critique de connaissances sur la manière dont les EF influencent l'engagement des monocytes vers des macrophages pro-/anti-inflammatoires. Ce manque de compréhension ralentit la mise en œuvre de la régulation de la réponse immunitaire et de la réparation tissulaire dans des contextes cliniques guidés par des signaux électriques.

Pour y remédier, le projet de doctorat proposé développera un dispositif « inflammation sur puce », conçu pour héberger, surveiller et guider électriquement les monocytes vers la différenciation des macrophages. Ce dispositif s'appuiera sur une approche multidisciplinaire, en intégrant des microélectrodes pour délivrer des protocoles de stimulation électrique précis afin d'inciter les monocytes à se différencier en macrophages, et un suivi en temps réel des biomarqueurs inflammatoires afin d'évaluer leur engagement vers des cellules pro- ou anti-inflammatoires au sein d'un système microfluidique intégré.

Ce modèle innovant fournira les premières informations sur la régulation bioélectrique des cellules inflammatoires, ouvrant de nouvelles voies thérapeutiques pour l'ingénierie tissulaire, la médecine régénérative et les troubles inflammatoires. Au-delà de cela, le dispositif « inflammation sur puce » pourrait devenir un modèle essentiel pour l'étude des cellules immunitaires dans des microenvironnements contrôlés, ouvrant la voie à l'étude des réponses spécifiques des patients, contribuant ainsi à la médecine personnalisée.