Régulation de débit pour l'application Organ-on-a-chip

Qu'est-ce que la technologie organ-on-a-chip ?

Un organ-on-a-chip peut être décrit comme un petit composant microfluidique sur lequel des cellules humaines vivantes d'un organe spécifique sont greffées. Le développement de systèmes organ-on-a-chip est plutôt connu dans le domaine de la recherche biomédicale, elle permet d'explorer de nouvelles méthodes de traitement. 

Il existe de nombreux exemples d'applications organ-on-a-chip. Dans cet article, je parlerai plus particulièrement de l'application lung-on-a-chip (poumon sur puce) qui a récemment été utilisée dans la recherche sur la COVID-19 : des modèles minuscules de poumons ont été créés pour comprendre comment la COVID-19 envahit le corps humain et fait ses dégâts [3].

Système lung-on-a-chip

Le premier système lung-on-a-chip a été présenté en 2010 par D. Huh et al. [4] et en 2013, le même groupe a présenté un article mis à jour [5]. Nous reproduisons certaines expériences présentées dans leur article de 2013, voir la figure 1 [5]. Les cellules pulmonaires sur la puce sont cultivées sur des membranes flexibles qui sont une imitation réaliste des alvéoles pulmonaires.

Régulation du débit et de la pression

La régulation du débit de gaz, du débit liquide et de la pression sont 3 fonctionnalités importantes à prendre en compte lorsque vous travaillez avec les applications lung-on-a-chip : 

• Régulation de la pression, où le vide (dépression) peut être appliqué sur les chambres latérales pour imiter la dilatation des cellules pulmonaires lors de la respiration ; la plage de pression est de -100 ... -600 mbarg (par rapport à la pression atmosphérique)
• Régulation du débit de gaz, où le flux d'air est utilisé pour alimenter en oxygène les cellules pulmonaires ; la plage de débit est de 1 - 20 mln/min. d'air
• Régulation du débit liquide, où les liquides, comme le sang et les éléments nutritifs, peuvent être fournies aux cellules pulmonaires, et où la circulation sanguine peut être reproduite ; la plage de débit est alors de 1 à 50 µl/min.
  
  Bronkhorst propose une gamme étendue de régulateur de débit et de pression qui conviennent parfaitement pour ces conditions d’utilisation.

REFERENCES

1. https://www.utwente.nl/en/news/2014/7/113206/600000-euros-in-subsidies-for-research-into-lung-on-a-chip#lung-on-a-chip 
2. https://www.utwente.nl/en/eemcs/mfhs2019/mfhs2019-proceedings.pdf; pages 17-18
3. https://healthcare-in-europe.com/en/news/organ-on-a-chip-model-to-find-out-how-covid-19-invades-our-bodies.html
4. D. Huh, B. D. Matthews, A. Mammoto, M. Montoya-Zavala, H. Y. Hsin, and D. E. Ingber, Reconstituting organ-level lung functions on a chip, Science, vol. 328, no. 5986, pp. 1662–1668, 2010.; 
5. D. Huh et al., “Microfabrication of human organs-on-chips,” Nat. Protoc., vol. 8, no. 11, pp. 2135–2157, 2013, doi: 10.1038/nprot.2013.137
6. https://www.tudelft.nl/neri/research-programmes/imicrofluidics-integrated-microfluidic-sensors-and-actuators-platform
7. H. Zhu, “Portable and integrated Organ-on-Chip Platform using Off-the-Shelf Components,” M.Sc. thesis, TU Delft, 2020
8. Schilders et al., Respiratory Research (2016) 17:44, DOI 10.1186/s12931-016-0358-z