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Multi-Patch : le criblage accéléré de molécules sur canaux ioniques

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Canaux ioniques et microsubstrats : vers une électrophysiologie haut débit
La genèse et la transmission des signaux électriques présents dans les cellules sont sous la dépendance de protéines transmembranaires spécialisées : les canaux ioniques. On sait aujourd'hui que le dysfonctionnement de certains canaux est impliqué dans des pathologies majeures faisant de ces protéines des cibles pharmacologiques de premier ordre (traitement de l'épilepsie, de myotonies, de l'insuffisance cardiaque, de la mucoviscidose…).
 

Concept de la « puce patch-clamp ».
De la pipette conventionnelle au substrat plan microstructuré

 Les canaux ioniques sont traditionnellement étudiés par patch-clamp, qui consiste à positionner une micropipette de verre sur une cellule, à sceller la membrane par aspiration et à mesurer des fluctuations de courants inférieures au picoampère.

Mais l'affaire n'est pas simple. Le côté laborieux et aléatoire du patch-clamp ne permet pas d'en faire un outil de criblage pharmacologique à moyen ou haut débit comme le souhaite l'industrie

   pharmaceutique. Mettre à profit les acquis de la microélectronique pour lever les limites de l'électrophysiologie, tel est notre défi.

Multi-Patch est un capteur miniaturisé au format biopuce permettant d'enregistrer de très faibles courants ioniques sur un grand nombre de cellules en parallèle et ce de façon complètement automatisée. Concept de la « puce patch-clamp ». De la pipette conventionnelle au substrat plan microstructuré.
 
 
Le Multi-Patch : une interface bio-électronique à l'échelle des canaux ioniques
En combinant les performances des microtechnologies, de la microélectronique et de la microfluidique, le « patch-clamp sur puce » devient réalité.
Né d'un concept d'interface « substrat matricé / circuits imprimés », le prototype Multi-Patch repose sur un assemblage flexible de différents modules microstructurés ayant leur fonction propre depuis le positionnement et le confinement cellulaire jusqu'au multiplexage et l'amplification de la mesure électrique, en incluant des canaux de microfluidique permettant la dispense de drogues dont on veut tester les effets.
Un prototype 1ère génération de mesure sur 9 cellules individuelles démontrera la faisabilité technologique du concept et constituera en soi un outil d'investigation pour les acteurs du domaine.		   Avantages

Simplifie le geste de l'expert : le substrat plan remplace les capillaires de verre et l'assemblage modulaire souple facilite l'étape de micro-manipulation. Ces particularités en font un outil accessible à des non experts du domaine.

Performances : les sites de mesures individualisés permettent de paralléliser différentes conditions de tests (différentes drogues testées en même temps).

Pilotage : un contrôle informatique et automatique permet d'améliorer le rendement des mesures et la reproductibilité.

Puce silicium d'ouvertures 2,5 µm de diamètre
   
Réprésentation viruelle du Multi-Patch
 
 
Domaines d'application
Recherche pharmaceutique : identifier les sites et modes d'action des médicaments de premier crible pour les rendre plus actifs et plus spécifiques.
Industrie agroalimentaire et cosmétique : outil de contrôle-qualité sur chaînes de fabrication; toxicologie.
Environnement : biocapteurs pour la détection de polluants.
Recherche fondamentale : étude structure-fonction des canaux ioniques.
 
 
Un réseau d'experts multi-disciplinaires sur un site unique
L'environnement scientifique et technique du CEA permet d'intégrer des technologies de pointe maîtrisées dans le domaine des micro-systèmes et des modèles biologiques issus de plateformes d'électrophysiologie. Ce projet s'adosse à un réseau de 6 partenaires experts rassemblant électroniciens, biologistes, technologues et biophysiciens.

Partenaires : Inserm, CNRS

   DSV : Laboratoires Biopuces & Biochimie et Biophysique des Systèmes Intégrés (BBSI), Biologie Moléculaire et Cellulaire (BMC), Calcium Intracellulaire et Signalisation (CIS)

LETI : Laboratoires des Systèmes de Lecture pour la Biologie (DSIS/SLB), des Microsystèmes pour la Biologie (DSIS/MSB) et des Technologies et Composants sur Plastique (DOPT/LTCP).
 
Contacts :
Direction des Sciences du vivant : F Chatelain (francois.chatelain@cea.fr)
Leti : P Puget


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