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Développement, validation et caractérisation d’un modèle ex vivo de peau humaine perfusé : FlowSkin

Authors
  • Raude, Emma
Publication Date
Oct 13, 2020
Source
HAL-INRIA
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Les modèles organotypiques tels que les explants de peau humaine sont les modèles les plus complexes et parmi les plus représentatifs de la peau in vivo existants à ce jour pour tester l’efficacité ou l’innocuité de molécules d’intérêts thérapeutiques au stade des études pré-cliniques. Cependant, l’absence de circulation sanguine et lymphatique dans ces modèles reste une limite importante dans l’homéostasie du tissu, notamment pour prédire les réponses de la peau à un traitement. De plus, les échanges en nutriments et en oxygène n’étant possibles que par diffusion, la durée de vie de ces modèles reste limitée. Différentes stratégies ont été mises en place afin de contrôler les mécanismes de transports moléculaires au sein de tissus biologiques. La microfluidique offre un fort potentiel pour contrôler la convection et la diffusion permettant l’échange de composés dans ces modèles de peau.L’objectif de ce projet est de développer, caractériser et valider un modèle de peau humaine ex vivo perfusé. Le but de cette perfusion intra-tissulaire est de favoriser les échanges de nutriments, d’oxygène ou de médicaments, mais également d’améliorer l’élimination des déchets métaboliques.Le premier objectif de mes travaux a consisté à mettre en place un flux intra-tissulaire dans un explant de peau humaine, et à développer un procédé permettant de maintenir l’explant perfusé en culture pendant plusieurs jours. Pour cela, un dispositif poreux a été implanté dans le derme du modèle ex vivo de peau humaine NativeSkin, développé par la société Genoskin, puis relié à un système microfluidique permettant l’infusion de composés au sein du tissu.Le deuxième objectif a consisté à développer des méthodes d’analyse de la diffusion de composés dans des explants de peau. Quatre méthodes ont été développées : l’évaluation macroscopique et qualitative de la diffusion à l’aide d’un colorant, l’étude de la diffusion en temps réel par radiographie à rayons X, l’étude de la diffusion en trois dimensions par tomographie à rayons X, et enfin l’analyse de la diffusion de dextrans fluorescents de différents poids moléculaires, sur coupes histologiques. Un modèle numérique permettant de simuler la diffusion dans le modèle de peau a également été développé sur le logiciel COMSOL, permettant de prédire le profil de diffusion d’un composé.Le troisième et dernier objectif a consisté à déterminer les paramètres de perfusion permettant une bonne diffusion des composés dans l’explant de peau, sans toutefois endommager le tissu. Une première série d’expériences (8 donneurs) a été réalisée sur des modèles perfusés à flux constant (2,5µL/min) avec du milieu de culture, pendant 10 jours. Les résultats ont montré qu’à l’issue de la culture, les modèles de peau ne présentent pas d’altération de la viabilité cellulaire ni de l’intégrité du tissu, avec un maintien de la prolifération et du métabolisme cellulaire. Cependant, la caractérisation de la diffusion dans le modèle a démontré un manque de reproductibilité dans les expériences, avec d’importantes variabilités inter et intra-donneurs. De plus, la perfusion de dextrans de différents poids moléculaires a démontré que la diffusion de composés de hauts poids moléculaires était limitée. Afin de pallier ces limites, nous avons proposé une nouvelle méthode de perfusion basée sur une modulation de la pression au sein du dispositif. L’application d’une légère surpression au sein du dispositif poreux permet d’améliorer la reproductibilité et l’efficacité des échanges moléculaires au sein de l’explant.Les résultats obtenus positionnent le modèle FlowSkin ainsi développé comme un nouvel outil pertinent pour évaluer l’efficacité ou la toxicité de molécules administrées par voie intraveineuse, directement sur de la peau humaine. De plus, la perfusion de transporteurs d’oxygène via ce système pourrait permettre de prolonger la durée de vie et donc d’améliorer encore la pertinence du modèle de peau ex vivo.

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