Modèle d’intestin sur puce immunocompétent pour l’analyse des réponses immunitaires de la muqueuse intestinale

Les systèmes d’organes sur puce (OoC) représentent une technique émergente de culture cellulaire 3D capable de combler le fossé entre la culture cellulaire 2D conventionnelle et les modèles animaux. Les plateformes OoC se composent généralement d’un ou plusieurs compartiments contenant des cellules spécifiques aux tissus cultivées sur une large gamme d’échafaudages tels que des membranes ou des hydrogels¹. Les modèles sont capables d’imiter une ou plusieurs fonctions organotypiques définies. Les pompes permettent la perfusion microfluidique continue de milieux de culture cellulaire pour l’élimination des déchets cellulaires, l’alimentation en facteurs de nutrition et de croissance pour une meilleure différenciation cellulaire et la recréation de conditions in vivo essentielles. Grâce à l’intégration des cellules immunitaires, les systèmes OoC peuvent imiter la réponse immunitaire humaine in vitro². À ce jour, un large éventail d’organes et d’unités fonctionnelles ont été présentés¹. Ces systèmes comprennent des modèles du système vasculaire³, du poumon⁴, du foie ^2,5 et de l’intestin⁶ qui peuvent être facilités pour les tests de dépistage de drogues ^5,7 et les études d’infection ^6,8.

Nous présentons ici un modèle d’intestin humain sur puce intégrant des cellules épithéliales humaines formant une topographie 3D organotypique de structures ressemblant à des villosités et à des cryptes combinées à une muqueuse endothéliale et à des macrophages résidant dans les tissus. Le modèle est cultivé dans une biopuce perfusée de manière microfluidique sous la forme d’une lame microscopique. Chaque biopuce se compose de deux cavités microfluidiques distinctes. Chaque cavité est divisée par une membrane poreuse en polyéthylène téréphtalate (PET) en une chambre supérieure et une chambre inférieure. La membrane elle-même sert également d’échafaudage pour que les cellules se développent de chaque côté. Les pores de la membrane permettent la diaphonie cellulaire et la migration cellulaire entre les couches cellulaires. Chaque chambre est accessible par deux orifices femelles de la taille d’un Luer Lock. En option, un orifice supplémentaire de la taille d’un mini-luer peut permettre d’accéder à la chambre supérieure ou inférieure (Figure 1).

La plate-forme OoC offre un certain nombre de lectures qui peuvent être obtenues à partir d’une seule expérience. L’intestin sur puce est conçu pour combiner la culture cellulaire 3D perfusée, l’analyse des effluents et la microscopie à fluorescence pour évaluer l’expression des marqueurs cellulaires, les taux de métabolisation, la réponse immunitaire, la colonisation et l’infection microbiennes, et la fonction barrière ^3,6,8. Le modèle comprend des cellules immunitaires résidentes des tissus et un contact direct de micro-organismes vivants avec le tissu hôte, ce qui est un avantage par rapport aux autres modèles publiés⁹. De plus, les cellules épithéliales s’auto-organisent en structures tridimensionnelles qui fournissent une interface physiologiquement pertinente pour la colonisation avec un microbiote vivant⁶.