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Médecine de la Reproduction

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Microfluidics for reproductive medicine Volume 24, issue 1, Janvier-Février-Mars 2022

Figure 1.

Photographies de systèmes microfluidiques. A) Puce dont les structures internes ont été remplies d’une solution de colorant alimentaire pour leur visualisation, photographiée à côté d’une pièce de 10 centimes d’euro. B) Visualisation d’un flux laminaire dans une puce microfluidique avec une configuration en Y : les deux canaux d’entrées ont été utilisés pour l’introduction de deux solutions de colorants alimentaires de couleurs différentes. Les deux solutions s’écoulent côte à côte dans le canal central, et ne se mélangent que par diffusion des molécules à l’interface entre les deux solutions.

Figure 2.

Illustration du concept d’organe-sur-puce : une puce microfluidique est utilisée pour la culture sous perfusion de cellules sous forme d’agrégats cellulaires dans des structures micrométriques visant à reproduire l’architecture de l’organe modélisé. Ces modèles peuvent aussi incorporer des éléments actifs pour stimuler les tissus et/ou en enregistrer l’activité, comme des électrodes pour le tissu cardiaque, dans l’exemple ci-dessus. Ces organes-sur-puce peuvent aussi être connectés entre eux pour étudier des processus mettant en jeu plusieurs tissus et/ou organes, ou la circulation. Illustration créée à l’aide du logiciel BioRender.com.

Figure 3.

Représentation graphique d’une plateforme microfluidique intégrée développée pour réaliser un cycle complet de FIV. Un ovocyte est tout d’abord capturé dans des microstructures adaptées à sa taille dans une microchambre, pour y être fécondé (cadres orange, en haut à gauche). L’embryon produit lors de cette fécondation est alors gardé en culture dans la puce, sous perfusion, pendant la période préimplantatoire, du stade de zygote à celui de blastocyste (cadres verts, à droite). L’incorporation d’outils analytiques et la compatibilité des systèmes avec de la microscopie permettent de suivre le développement des embryons pendant cette période, potentiellement en temps réel. Ici sont représentés un capteur sous l’embryon et une aiguille de biopsie pour prélever quelques cellules de l’embryon au stade blastocyste (cadre bleu, en bas à gauche). La plateforme comprend plusieurs de ces circuits microfluidiques en parallèle, chacun servant à la manipulation d’un ovocyte, et une plateforme est dédiée à une patiente. Enfin, cette plateforme peut être placée dans un mini-incubateur, pour un contrôle fin de la température et des gaz (CO2, O2) (centre de l’image). Illustration créée à l’aide du logiciel BioRender.com.

Figure 4.

Deux applications potentielles des organes-sur-puce pour la médecine de la reproduction. A) Création d’un environnement biomimétique dans un système microfluidique pour la production d’embryons ou pour étudier la communication embryonnaire-maternelle. Le système, dont la section transverse est représentée ici, comprend deux compartiments fluidiques séparés par une membrane poreuse. Un épithélium fonctionnel est créé sur la membrane poreuse (sur la face basse, ici). Il est mis en contact avec les gamètes avant la fécondation, et les embryons après la fécondation. Le compartiment supérieur joue ici le rôle de la circulation sanguine et sert à la perfusion de facteurs solubles de stimulation. B) Culture ex vivo de tissus issus de testicules pour évaluer la toxicité potentielle de substances chimiques ou de particules de plastiques vis-à-vis de la reproduction. Les échantillons de tissus ex vivo sont introduits dans une chambre, séparée d’un canal de perfusion par une rangée de piliers. Du milieu de culture est perfusé defaçon continue dans ce canal de perfusion, avec ou sans substances dont la toxicité potentielle est à évaluer. Le tissu est exposé à ces substances qui peuvent diffuser à travers la barrière formée par la rangée de piliers. Ces substances toxiques appartiennent à la famille de bisphénols. Les molécules ne sont pas représentées à la bonne échelle. Illustration créée à l’aide du logiciel BioRender.com.