EP4526039A1 - Puce microfluidique pour croissance cellulaire - Google Patents

Puce microfluidique pour croissance cellulaire

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Publication number
EP4526039A1
EP4526039A1 EP23728640.6A EP23728640A EP4526039A1 EP 4526039 A1 EP4526039 A1 EP 4526039A1 EP 23728640 A EP23728640 A EP 23728640A EP 4526039 A1 EP4526039 A1 EP 4526039A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distinct
reservoir
plane
tank
chambers
Prior art date
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Pending
Application number
EP23728640.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Halima ALEM-MARCHAND
Zakaria BAKA
Cécile LEMAITRE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4526039A1 publication Critical patent/EP4526039A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads or physically stretching molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
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    • B01L3/502746—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means for controlling flow resistance, e.g. flow controllers, baffles or throttle valves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0694—Creating chemical gradients in a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
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    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
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    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0867—Multiple inlets and one sample wells, e.g. mixing, dilution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0883—Serpentine channels

Definitions

  • the present invention belongs to the field of microfluidic chips and, in particular, to the field of organs on chips and cancers on chips (OCSP).
  • OCSP cancers on chips
  • This type of OSCP chip makes it possible to reconstitute tissues and/or organs. This is a tool allowing the in vitro modeling of human organs and human pathologies, in particular cancer cells.
  • chips are designed to mimic and reproduce in vivo conditions and environments, such as different cellular and extracellular signals, for example molecular, structural and physical, for a given system or organ.
  • the present invention aims to overcome, at least in part, the disadvantages of state-of-the-art devices.
  • An aim of the invention is, furthermore, to propose a microfluidic chip:
  • the chip 1 comprises a reservoir 2 capable of containing a solution.
  • the tank 2 comprises at least two inlets 8 capable of allowing the supply of the tank 2 with solution.
  • Chip 1 includes two distinct inputs 8 in FIGURE 2 and four distinct inputs 8 in FIGURES let 3.
  • the solution is, for example, a culture medium.
  • the chip 1 comprises five distinct chambers 3 capable of being supplied with solution coming from the reservoir 2 and capable of receiving one or more cells.
  • the chambers 3 are cylindrical in shape and have a diameter of 10 mm in the axial plane 9, that is to say in the sectional plane of Figure 1, according to the embodiment. Chambers 3 have a thickness of 1.5 mm.
  • an axis of revolution d an inlet 8 and an axis of revolution of an outlet 5 is included in the axial plane 9.
  • the evacuation 7 makes it possible to collect the solution coming from each of the five chambers 3.
  • the afferent channels 4 and efferent channels 6 have a width of 1 mm. The width extends in the axial plane 9 and perpendicular to the direction
  • the afferent 4 and efferent 6 channels have a thickness of 1.5 mm.
  • the reservoir 2 preferably comprises a number of inputs 8 n which is less than p and which, according to the embodiment, is equal to p-1.
  • the microfluidic chip 1 consists of two layers of structured poly(dimethylsiloxane) (PDMS) glued together.
  • the structuring of the PDMS layers consists of patterns engraved in the PDMS to form the different elements of the chip 1 among which we find, among others, the reservoir 2, the chambers 3, the related channels 4, the outputs 5, the channels efferent 6 and evacuation 7.
  • the afferent 4 and efferent 6 channels have a thickness of 1.5 mm.
  • the afferent channels 4 form a serpentine or a sinusoid comprising at least three periods, six periods depending on the embodiment.
  • the sinusoidal shape offers two distinct technical effects.
  • Another effect is to increase the length of the path of the solution in the afferent channels 4 by limiting the associated increase in size and/or the bulk of the chip 1.
  • Increasing the length of the afferent channels 4 aims to get closer to the in vivo conditions, that is to say the significant distance that the fluid travels in the blood capillaries.
  • the reservoir 2 extends mainly along the dilution axis 10 which extends mainly perpendicular to the direction 11 in which the solution is intended to circulate in the chip 1 from the reservoir 2 towards the evacuation 7.
  • the inlets 8 are distributed along an axis parallel to the dilution axis 10 and the outlets 5 are distributed along an axis parallel to the dilution axis 10.
  • the dilution axis is included in the axial plane 9.
  • the tank 2 comprises a succession of inlets 8 located on one side of the tank 2.
  • the tank 2 comprises a succession of outlets 5 located on the side of the tank 2 which is opposite the side comprising the succession of inlets 8.
  • Each of the entrances 8 is intersected by a separate entrance plane 12.
  • Each of the inlet planes 121, 122, 123, 124 is perpendicular to the axial plane 9.
  • the inlet planes 121, 122, 123 and 124 are perpendicular to the dilution axis 10.
  • the inlet planes 121, 122, 123, 124 form a succession of planes parallel to each other.
  • Each of the exits 5 is intersected by a distinct exit plane 13.
  • Each of the exit planes 131, 132, 133, 134, 135 is perpendicular to the axial plane 9.
  • the exit planes 5 form a succession of planes parallel to each other.
  • the entry planes 121, 122, 123, 124 and the exit planes 131, 132, 133, 134, 135 are therefore parallel to each other.
  • Each input plane 12 is included between two output planes 13.
  • each input plane 12 is located equidistant between two output planes 13.
  • each of the output planes 132, 133, 134 is located equidistant between two input planes 12.
  • FIG. 2 it is possible to adapt:
  • the arrangement of the inlets 8 of the tank 2 and/or the arrangement of the outlets 5 of the tank 2 is adapted in relation to the arrangement of the outlets 5 of the tank 2 or vice versa .
  • the geometry of the tank 2 and/or the volume of the tank 2 and/or the arrangement of the inlets 8 and/or the arrangement of the outlets 5 can be adapted according to:
  • the chip 1 is arranged so that, for a chamber 3 considered, the end 14 of the afferent channel 4 to which the chamber 3 considered is connected is tangent to chamber 3 considered.
  • the chip 1 is arranged so that, for a chamber 3 considered, the end 15 of the efferent canal 6 to which the chamber 3 considered is tangent to chamber 3 considered.
  • each chamber 3 comprises an annular channel 16.
  • the annular channel 16 of a chamber 3 considered is located on the periphery of room 3 considered.
  • the end 14 of the afferent canal 4 to which a chamber 3 in question is connected and the end 15 of the efferent canal 6 to which the chamber 3 in question is connected form a part of the annular canal 16 of the chamber 3 considered.
  • FIGURES 1 to 3 there is presented an embodiment of a cell growth method on a microfluidic chip 1.
  • the method comprises the step of supplying at least two separate chambers 3 of the chip 1 with a solution , called a distinct daughter solution.
  • the daughter solutions come from the reservoir 2 of the chip 1.
  • the method comprises the step of conveying each of the daughter solutions in a separate afferent channel 4 from one of the outlets 5 of the reservoir 2 of the chip 1.
  • the method comprises the step consisting of evacuating the solutions from the chambers 3 towards the evacuation 7. Each of the solutions is evacuated via an efferent channel 6 distinct from the chip 1.
  • the method comprises the step of supplying the reservoir 2 with distinct solutions, called solutions mothers. Each of the stock solutions is injected into reservoir 2 via an inlet 8 separate from reservoir 2.
  • the cells growing in chip 1 are for example cancer cells.
  • the cells can be grown on the surface of the PDMS after its functionalization by a biological macromolecule (polysaccharide, protein).
  • the cells growing in chip 1 are for example manufactured by bioprinting. Bioprinting involves using a mixture of biocompatible materials and cells via bioprinters to create 3D cellular structures from computer-designed blueprints.
  • the growing cells in chip 1 form a tumor when assembled in 3 dimensions.
  • the tumor is cylindrical in shape and is located in the center of the chambers 3.
  • the solution is a nutrient medium to which an anticancer drug can be added to test the effectiveness of the system as a preclinical model.
  • the thickness of the biological part will be 1.5 mm.
  • the method comprises the step of mixing in the tank 2, in a controlled manner, two stock solutions so as to obtain a mixture of the two stock solutions at an outlet 5 of the tank 2.
  • the mixture obtained constitutes a daughter solution which is distinct from at least one other of the daughter solutions.
  • the mixture of the two mother solutions is carried out along the interface 1321, 1322, 1323 included in the output plane 13.
  • the interfaces 1321, 1322, 1323 are included or combined in the output plans 132, 133, 134, c 'that is to say in each exit plane 13 with the exception of the two exit planes 131, 135 at the ends of the succession of exit planes 13.
  • a simulation is presented illustrating the mixing of two distinct stock solutions, each containing a solute in different concentration, at the interface 1321.
  • the chip 1 in which the process is implemented comprises two inputs 8 and three outputs 5.
  • the parameters used for the simulation are: a solvent with a density of 1000 kg/m 3 and whose viscosity is 10' 3 Pa.s, the solute has a diffusivity in the solvent of 10' 8 m 2 /s.
  • the flow rates of the stock solutions injected into the inlets 8 are such that the speed of the liquid in the afferent channels 4 is equal to 0.5 mm/s.
  • the stock solution injected at the inlet 8 intersected by the inlet plane 121 has a solute mass concentration of 1.10' 1 pg/ml and the stock solution injected through the inlet 8 intersected by the inlet plane 122 has a mass concentration of 0 pg/ml. It is observed that a solute concentration gradient is established at the level of the interface 1321. The concentration gradient is established along the dilution axis 10.
  • the daughter solution obtained at the level of the outlet 5 intersected by the output plan 132 has a concentration of 5.10' 2 pg/ml.
  • the outlet 5 intersected by the outlet plane 132 is included, along the dilution axis 10, between the inlet 8 intersected by the inlet plane 121 and the inlet 8 intersected by the inlet plane 122.
  • the respective solute concentrations at the two end outlets 5 are identical to the respective concentrations of the two stock solutions injected at the end inlets 8.
  • the concertation at the end outlet 5 intersected by the outlet plane 131 is 1.10' 1 pg/ml and it is equal to the concentration of the mother solution injected into the reservoir 2 via the inlet 8 of end intersected by the inlet plane 121.
  • the concentration at the end outlet 5 intersected by the outlet plane 133 is 0 pg/ml and it is equal to the concentration of the mother solution injected into the tank 2 through the end inlet 8 intersected by the inlet plane 122.
  • the step consisting of mixing the two stock solutions so as to obtain a mixture of the two stock solutions may consist of a step consisting of mixing, in the tank 2, two types of suspended particles each contained in one of the distinct stock solutions.
  • the stock solution may be water, a physiological medium, protein-enriched plasma, a culture medium or blood.
  • the two types of particles may be of distinct nature and/or size.
  • the desired mixture is obtained by controlling one or more mixing conditions detailed above.
  • a simulation is presented illustrating the mixture of four mother solutions at the interface 1321.
  • the chip 1 in which the method is implemented corresponds to the chip 1 presented in Figure 1 and comprises four inputs 8 and five outputs 5.
  • the parameters used for the simulation are: a solvent with a density of 1000 kg/m 3 and whose viscosity is 10-3 Pa.s, the solute has a diffusivity in the solvent of 10 ' 8 m 2 /.
  • the flow rates of the stock solutions injected into the inlets 8 are such that the speed of the liquid in the afferent channels 4 is equal to 0.5 mm/s. Only two distinct mother solutions, with different solute concentrations, are used to obtain five daughter solutions, each with a distinct solute concentration.
  • a stock solution having a solute mass concentration of 100 pg/ml is injected at the inlet 8 intersected by the inlet plane 121 and at the inlet 8 intersected by the inlet plane 123.
  • Another stock solution having a solute mass concentration of 0 pg/ml is injected at the inlet 8 intersected by the inlet plane 122 and at the level of the inlet 8 intersected by the inlet plane 124.
  • the outlet 5 intersected by the outlet plane 132 is included, along the dilution axis 10, between the inlet 8 intersected by the inlet plane 121 and the inlet 8 intersected by the inlet plane 122.
  • the outlet 5 intersected by the exit plane 133 is included, along the dilution axis 10, between the entrance 8 intersected by the entry plane 122 and the entrance 8 intersected by the entry plane 123.
  • the exit 5 intersected by the outlet plane 134 is included, along the dilution axis 10, between the inlet 8 intersected by the inlet plane 123 and the inlet 8 intersected by the inlet plane 124.
  • the respective solute concentrations at the two end outlets 5 are identical to the respective concentrations of the two mother solutions injected at the end inlets 8.
  • the concentration at the end outlet 5 intersected by the outlet plane 131 is 100 pg/ml and it is equal to the concentration of the mother solution injected into the reservoir 2 via the inlet 8 of end intersected by the inlet plane 121.
  • the solute concentration at the end outlet 5 intersected by the outlet plane 135 is 0 pg/ml and it is equal to the concentration of the mother solution injected into the tank 2 through the end inlet 8 intersected by the inlet plane 122.
  • the method comprises the step of homogenizing the mixture obtained, that is to say the daughter solution, in the afferent channel 4 connected to the outlet 5 at which the mixture of the two mother solutions is obtained .
  • circulation of the mixture obtained along at least three periods of the afferent channel 4 makes it possible to obtain a perfectly homogeneous mixture.
  • the chip 1 according to the invention is suitable, preferably is arranged, to implement the method according to the invention.
  • the method according to the invention is suitable, preferably is designed, to be implemented by the chip 1 according to the invention. Also, all characteristics of the chip 1 according to the invention can be introduced into the method according to the invention and vice versa.

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Abstract

Puce microfluidique (1) pour la croissance de cellules comprenant un réservoir (2) apte à contenir une solution, au moins deux chambres (3) distinctes aptes à être alimentées en solution provenant du réservoir et aptes à recevoir une ou plusieurs cellules, au moins deux canaux afférents (4) distincts reliant chacun une sortie (5) du réservoir, parmi au moins deux sorties (5) distinctes du réservoir, à une chambre parmi les au moins deux chambres distinctes et au moins deux canaux efférents (6) distincts reliant chacun une chambre parmi les au moins deux chambres distinctes à une évacuation (7), ladite évacuation étant apte à permettre l'évacuation de solution depuis chacune des au moins deux chambres.

Description

DESCRIPTION
Puce microfluidique pour croissance cellulaire
Domaine technique
La présente invention appartient au domaine des puces microfluidiques et, en particulier, au domaine des organes sur puces et cancers sur puces (OCSP).
Ce type de puce OSCP permet de reconstituer des tissues et/ou des organes. Il s'agit d'un outil permettant la modélisation in vitro d'organes humains et de pathologies humaines, en particulier de cellules cancéreuses.
Ces puces sont conçues pour imiter et reproduire les conditions et milieux in vivo, tels que les différents signaux cellulaires et extracellulaires, par exemple moléculaires, structurels et physiques, pour un système ou organe donné.
Etat de la technique antérieure
On connaît dans l'état de la technique, les modèles de culture ou croissance cellulaire classiques, en deux dimensions. Des efforts sont réalisés pour trouver des alternatives à ces modèles qui sont peu représentatifs de la complexité des tissus et organes humains.
Il existe dans l'état de la technique des dispositifs OCSP. Toutefois, leur usage à grande échelle est encore restreint compte tenu du manque de dispositifs standardisés et de l'absence de solutions commerciales viables et peu coûteuses.
La présente invention vise à pallier, au moins en partie, les inconvénients des dispositifs de l'état de l'art.
Un but de l'invention est, en outre, de proposer une puce microfluidique :
- plus simple à fabriquer, et/ou
- plus simple à manipuler, et/ou
- avec de faibles coûts de production, et/ou
- permettant de parallél iser les essais sur une même puce, et/ou
- permettant de simuler un grand nombre de cellules ou tumeurs sur une même puce, et/ou
- de modéliser in vitro, de manière fidèle, des organes humains et/ou des pathologies, et/ou
- permettant de reproduire ou imiter :
• les conditions rencontrées dans le corps et/ou dans un organisme et/ou dans un milieu biologique, et/ou
• les conditions de circulation du fluide dans les capillaires sanguins, et/ou
• l'environnement des cellules dans le corps et/ou dans un organisme et/ou dans un milieu biologique.
Présentation de l'invention
A cet effet, il est proposé une puce microfluidique pour la croissance de cellules. La puce microfluidique selon l'invention comprend :
- un réservoir apte à contenir une solution,
- au moins deux chambres distinctes aptes à être alimentées en solution provenant du réservoir et aptes à recevoir une ou plusieurs cellules, de préférence assemblées en 2D ou 3D sphéroïde ou organoides,
- au moins deux canaux afférents distincts, de préférence une série de canaux afférents distincts, reliant chacun une sortie du réservoir, parmi au moins deux sorties distinctes du réservoir, à une chambre parmi les au moins deux chambres distinctes,
- au moins deux canaux efférents distincts reliant chacun une chambre parmi les au moins deux chambres distinctes à une évacuation, ladite évacuation étant apte à permettre l'évacuation de solution depuis chacune des au moins deux chambres.
De préférence, la puce microfluidique selon l'invention est apte à et/ou agencée pour permettre la croissance de cellules et/ou d'organes.
De préférence, dans la présente demande, il est entendu par « au moins deux », deux ou plus.
De préférence, dans la présente demande, il est entendu par entrées de la chambre, sorties de la chambre, canaux afférents ou canaux efférents « distincts », des entrées, sorties ou canaux indépendants, individuels ou différents.
De préférence, les au moins deux canaux afférents distincts sont situés en amont des au moins deux chambres par rapport à un sens selon lequel la solution est destinée à s'écouler ou circuler dans la puce microfluidique.
De préférence, les au moins deux canaux efférents distincts sont situés en aval des au moins deux chambres par rapport à un sens selon lequel la solution est destinée à s'écouler ou circuler dans la puce microfluidique.
De préférence, les au moins deux sorties du réservoir sont, de préférence chacune, disposées en des zones distinctes du réservoir. De préférence, les au moins deux canaux afférents distincts sont chacun connecté ou relié à une zone distincte du réservoir.
De préférence, les au moins deux canaux efférents distincts sont chacun connecté ou relié à une zone distincte du réservoir.
Selon l'invention, de préférence, un seul ou un unique réservoir permet d'alimenter plusieurs chambres avec des solutions différentes ou distinctes. De préférence encore, un seul ou un unique réservoir permet d'alimenter chacune des chambres avec des solutions différentes ou distinctes. Cela permet, entre autres, de parai lél iser les essais et tests. Cela permet, entre autres, d'obtenir des modèles plus fiables. Cela permet, entre autres, de tester au moins deux concentrations de médicaments sur une même puce. Cela permet, entre autres, de tester directement la cytotoxicité de médicaments sous forme de molécules ou de matériaux tels que, par exemple, des liposomes, des nanoparticules inorganiques, des nanoparticules orga- niques/inorganiques, des médicaments formulés à l'intérieur d'une structure liposomale.
Dans la présente demande, il peut être entendu par solutions différentes ou distinctes des solutions de composition ou de nature différentes. Une solution alimentant une des chambres peut comprendre un ou des solutés et au moins une partie dudit ou desdits solutés sont différents d'au moins une partie du ou des solutés d'au moins une autre des solutions alimentant une autre des chambres. Une solution alimentant une des chambres peut comprendre un ou des solutés et au moins une partie dudit ou desdits solutés sont en concentration différente d'au moins une partie du ou des solutés d'au moins une autre des solutions alimentant une autre des chambres. De préférence, le ou les solutés d'une solution alimentant une des chambres peuvent être identiques au ou aux solutés d'une, de plusieurs ou de chacune des solutions alimentant la ou les autres chambres.
Dans la présente demande, il peut être entendu par solutions différentes ou distinctes alimentant les chambres des solutions de composition identique. De préférence encore, une solution alimentant une des chambres :
- présente une composition identique à au moins une autre des solutions alimentant une autre des chambres,
- comprend un ou des solutés en concentrations différentes des solutés de ladite au moins une autre des solutions.
Dans la présente demande, une, plusieurs ou chacune des solutions distinctes ou différentes alimentant les chambres peuvent : - être de composition identique, et
- comprendre un ou des solutés en concentrations différentes.
De préférence, la puce microfluidique selon l'invention est destinée à être utilisée dans le domaine des organes sur puces et/ou cancers sur puces (OCSP).
Il est entendu par organoïde une structure multicellulaire tridimensionnelle qui reproduit in vitro la micro-anatomie d'un organe
De préférence, au moins une partie de chacun des au moins deux canaux afférents forme une sinusoïde ou un serpentin.
De préférence, la totalité des aux moins deux canaux afférents forme une sinusoïde.
De préférence, au moins une partie, de préférence encore la totalité, de chacun des au moins deux canaux afférents forme un serpentin.
Les serpentins ont, de préférence, pour effet de mimer ou reproduire ou imiter la circulation du fluide dans les capillaires sanguins. Cela permet, entre autres, de reproduire les phénomènes observés dans les capillaires sanguins tel que, à titre d'exemple non limitant, le phénomène d'opsonisation. Le phénomène d'opsonisation peut être définie comme la formation d'une couronne de protéines. Cela permet, entre autres, d'augmenter la longueur du parcours de la solution dans les canaux afférents. Cela permet, entre autres, d'augmenter la longueur du parcours de la solution dans les canaux afférents en limitant l'augmentation de taille associé et/ou l'encombrement de la puce microfluidique
De préférence, la partie sinusoïdale ou le serpentin d'un, de plusieurs ou de chacun des au moins deux canaux afférents comprend au moins trois périodes.
Il peut être entendu par « partie sinusoïdale comprenant au moins trois périodes » un serpentin comprenant au moins six coudes.
De préférence, un canal afférent ayant une partie sinusoïdale comprenant au moins trois périodes présente une longueur suffisante pour obtenir une homogénéisation satisfaisante de la solution circulant dans ledit canal afférent.
Le réservoir peut comprendre au moins deux entrées distinctes aptes à permettre l'alimentation du réservoir en solution.
De préférence, les au moins deux entrées sont, de préférence chacune, disposées en des zones distinctes du réservoir. Les entrées du réservoir sont aptes à permettre l'alimentation en solution du réservoir.
De préférence, le réservoir est apte à être alimenté en solution.
De préférence, il est entendu par solution distinctes ou différentes des solutions de même composition mais de concentrations différentes.
De préférence, le réservoir est apte à être alimenté avec plusieurs solutions liquides.
De préférence, le réservoir est apte à laisser transiter en son sein plusieurs solutions liquides.
De préférence, le réservoir est apte à être alimenté en solution.
De préférence, le réservoir est apte être alimenté par plusieurs solutions identiques ou différentes.
De préférence, les au moins deux entrées du réservoir sont comprises dans une partie du réservoir en vis-à-vis d'une partie du réservoir sur laquelle sont comprises les au moins deux sorties du réservoir.
De préférence, les au moins deux entrées du réservoir sont situées ou disposées sur ou le long d'une partie du réservoir.
De préférence, les au moins deux entrées du réservoir sont comprises dans une partie d'une paroi du réservoir.
De préférence, les au moins deux entrées du réservoir sont comprises dans une partie du réservoir en vis-à-vis d'une partie d'une partie d'une paroi du réservoir sur laquelle sont comprises les au moins deux sorties du réservoir.
De préférence, les au moins deux sorties du réservoir sont situées ou disposées sur ou le long d'une partie du réservoir.
De préférence, les au moins deux sorties du réservoir sont comprises dans une partie d'une paroi du réservoir.
Les au moins deux entrées, de préférence chacune des au moins deux entrées, et les au moins deux sorties, de préférence chacune des au moins deux sorties, peuvent être comprises dans un même plan, dit plan axial.
De préférence, le plan axial est sécant de chacune des entrées et de chacune des sorties du réservoir. De préférence, le réservoir s'étend principalement selon un axe, dit axe de dilution, qui s'étend principalement perpendiculairement à la direction principale selon laquelle est destinée à circuler la solution dans la puce depuis le réservoir vers l'évacuation.
De préférence, le réservoir est de forme oblongue.
De préférence, une longueur du réservoir s'étend selon l'axe de dilution.
La longueur du réservoir et/ou l'axe de dilution peut être courbe.
De préférence, la longueur du réservoir et/ou l'axe de dilution est rectiligne.
De préférence, l'axe de dilution est compris dans le plan axial.
La direction selon laquelle la solution est destinée à circuler dans le réservoir s'étend depuis une, plusieurs ou chacune des entrées vers une, plusieurs ou chacune des sorties.
De préférence, la direction selon laquelle la solution est destinée à circuler dans la puce est la direction moyenne ou principale selon laquelle la solution circule entre le réservoir vers l'évacuation.
De préférence, les au moins deux entrées sont réparties le long d'un axe parallèle à l'axe de dilution, de préférence de sorte à former une succession ou un enchainement ou une séquence, et les au moins deux sorties sont réparties le long d'un axe parallèle à l'axe de dilution, de préférence de sorte à former une succession ou un enchainement ou une séquence.
De préférence :
- chacune des au moins deux entrées est intersectée par un plan distinct, dit plan d'entrée, chacun des plans d'entrée est perpendiculaire au plan axial et, de préférence à l'axe de dilution, lesdits plans d'entrées forment une succession de plans parallèles entre eux,
- chacune des au moins deux sorties est intersectée par un plan distinct, dit plan de sortie, chacun des plans de sortie est perpendiculaire au plan axial et, de préférence à l'axe de dilution, lesdits plans de sortie forment une succession de plans parallèles entre eux, les au moins deux plans d'entrée et les au moins deux plans de sortie sont parallèles entre eux. De préférence, au moins un plan d'entrée est compris entre deux plans de sortie et/ou au moins un plan de sortie est compris entre deux plans d'entrée.
De préférence, pour une chambre considérée :
- une extrémité du canal afférent à laquelle est reliée la chambre considérée est tangente à la chambre considérée pour, de préférence imiter ou reproduire les contraintes, en particulier les forces de cisaillement, s'exerçant sur les cellules dans l'organisme, et
- une extrémité du canal efférent à laquelle est reliée la chambre considérée est tangente à la chambre considérée pour, de préférence imiter ou reproduire les contraintes, en particulier les forces de cisaillement, s'exerçant sur les cellules dans l'organisme.
De préférence, une, plusieurs ou chacune des chambres comprennent un canal annulaire à la périphérie, ou bordant ou formant un pourtour, de la des ou de chacune des chambres.
Selon l'invention, le canal annulaire bordant le pourtour de la, des ou de chacune des chambres a pour effet, de préférence, d'imiter ou de reproduire les conditions dans l'organisme. De préférence encore, le canal annulaire bordant le pourtour de la, des ou de chacune des chambres a pour effet de répartir la solution autour de la ou des cellules.
De préférence, l'extrémité du canal afférent à laquelle est reliée la chambre considérée et l'extrémité du canal efférent à laquelle est reliée la chambre considérée forment ou constituent, une partie, de préférence au moins une partie, du canal annulaire de la chambre considérée.
Selon l'invention, il est également proposé un procédé de croissance cellulaire sur une puce microfluidique, de préférence mais non exclusivement sur la puce mi- crofluidique selon l'invention, comprenant les étapes consistant à :
- alimenter au moins deux chambres distinctes de la puce microfluidique, chacune des au moins deux chambres distinctes étant alimentée avec une solution distincte, dite solution fille, provenant d'un réservoir de la puce microfluidique,
- convoyer chacune des solutions filles distinctes, depuis une sortie du réservoir, parmi au moins deux sorties distinctes du réservoir, dans un canal afférent distinct, parmi au moins deux canaux afférents distincts de la puce microfluidique étant, de préférence, chacun connecté à une zone distincte du réservoir de la puce microfluidique,
- évacuer les solutions depuis les au moins deux chambres via au moins deux canaux efférents distincts de la puce microfluidique, lesdits au moins deux canaux efférents distincts reliant chacun une chambre, parmi les au moins deux chambres distinctes, à une évacuation.
De préférence, l'étape consistant à alimenter chacune des au moins deux chambres distinctes de la puce microfluidique avec une solution fille distincte peut également être décrite comme une étape consistant à alimenter, en parallèle et/ou simultanément, plusieurs chambres distinctes, de préférence agencées en parallèle, d'une même puce microfluidique avec une solution distincte.
De préférence, la croissance cellulaire s'effectue dans les canaux afférents et/ou dans les au moins deux chambres distinctes.
De préférence, le procédé comprend une étape consistant à alimenter le réservoir avec au moins deux solutions distinctes, dites solutions mères, étant chacune injectée dans le réservoir via une entrée distincte du réservoir parmi au moins deux entrées distinctes du réservoir.
De préférence, le procédé comprend l'étape consistant à mélanger dans le réservoir, de manière contrôlée, deux solutions mères, parmi les au moins deux solutions mères distinctes, de sorte à obtenir un mélange, de préférence un mélange souhaité ou recherché, des deux solutions mères au niveau d'une sortie du réservoir, parmi les au moins deux sorties distinctes du réservoir ; le mélange obtenu constituant une solution fille qui est distincte de l'au moins une autre des au moins deux solutions filles distinctes.
De préférence, le mélange souhaité ou recherché est obtenu en contrôlant une ou des conditions du mélange.
Les conditions du mélange peuvent être :
- une concentration des solutions mères, et/ou
- un débit des solutions mères, et/ou
- une géométrie du réservoir et/ou un volume du réservoir, et/ou
- un agencement, de préférence relativement aux sorties du réservoir, des entrées du réservoir, et/ou
- un agencement, de préférence relativement aux entrées du réservoir, des sorties du réservoir.
De préférence, l'étape consistant à mélanger les deux solutions mères de sorte à obtenir un mélange des deux solutions mères consiste à diluer, dans le réservoir de la puce microfluidique, au moins une des solutions mères pour obtenir au moins une des solutions filles.
De préférence, le procédé comprend une étape consistant à diluer, dans le réservoir de la puce microfluidique, une, de préférence plusieurs, de préférence encore chacune, des solutions mères pour obtenir respectivement une, plusieurs ou chacune des solutions filles.
Au moins une, de préférence encore plusieurs, de préférence encore de chacune, des solutions mères peuvent comprendre un ou des solutés en concentrations différentes du ou des solutés d'au moins une, de préférence de plusieurs, de préférence encore de chacune, des solutions filles.
Une, de préférence plusieurs, de préférence encore chacune, des solutions filles peuvent consister en une dilution d'une des solutions mères.
De préférence, au moins une entrée du réservoir alimente le réservoir avec solution mère différente ou distincte d'au moins une autre solution mère alimentant le réservoir par une ou plusieurs autres des entrées du réservoir.
De préférence, le procédé comprend l'étape consistant à homogénéiser le mélange obtenu dans le canal afférent reliant une des chambres à la sortie au niveau de laquelle le mélange des deux solutions mères est obtenu.
De préférence, le mélange des deux solutions mères est réalisé le long d'une interface comprise dans ou s'étendant selon un plan, dit plan de sortie, qui est :
• perpendiculaire à un plan, dit plan axial, dans lequel sont comprises les au moins deux entrées et les au moins deux sorties du réservoir, de préférence le plan axial est sécant aux entrées et aux sorties du réservoir,
• sécant à la sortie au niveau de laquelle le mélange des deux solutions mères est obtenu.
De préférence, le plan de sortie est compris entre deux plans, dit d'entrée, distincts qui sont : • perpendiculaires au plan axial,
• chacun sécant à une entrée différente parmi les au moins deux entrées du réservoir. De préférence, la puce microfluidique selon l'invention est apte à, de préférence encore est agencée pour, de manière davantage préférée est spécialement conçue pour, mettre en œuvre le procédé selon l'invention.
Toute caractéristique de la puce microfluidique selon l'invention est directement transposable au procédé et inversement.
Description des figures
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : [Fig. 1] la FIGURE 1 est une représentation schématique d'une coupe longitudinale dans le plan axial d'une puce microfluidique selon un mode de réalisation de l'invention,
[Fig. 2] la FIGURE 2 est une représentation schématique d'une simulation illustrant les étapes de convoi des solutions filles dans les canaux afférents d'une puce microfluidique selon un mode de réalisation et de mélange des solutions mères dans le réservoir de la puce microfluidique selon le mode de réalisation,
[Fig. 3] la FIGURE 3 est une représentation schématique d'une simulation illustrant les étapes de convoi des solutions filles dans les canaux afférents d'une puce microfluidique selon un mode de réalisation et de mélange des solutions mères dans le réservoir de la puce microfluidique selon le mode de réalisation.
Description des modes de réalisation
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
En référence aux FIGURES 1 à 3, il est présenté un mode de réalisation d'une puce microfluidique 1, dite puce 1, pour la croissance de cellules selon l'invention. La puce 1 comprend un réservoir 2 apte à contenir une solution. Le réservoir 2 comprend au moins deux entrées 8 aptes à permettre l'alimentation du réservoir 2 en solution. La puce 1 comprend deux entrées 8 distinctes sur la FIGURE 2 et quatre entrées 8 distinctes sur les FIGURES let 3. La solution est, par exemple, un milieu de culture. La puce 1 comprend cinq chambres 3 distinctes aptes à être alimentées en solution provenant du réservoir 2 et aptes à recevoir une ou plusieurs cellules. Les chambres 3 sont de forme cylindrique et présentent un diamètre de 10 mm dans le plan axial 9, c'est-à-dire dans le plan de coupe de la figure 1, selon le mode de réalisation. Les chambres 3 présentent une épaisseur de 1,5 mm. L'épaisseur s'étend perpendiculairement au plan axial 9. L'épaisseur s'étend perpendiculairement à la direction 11 selon laquelle est destinée à circuler la solution dans la puce 1 depuis le réservoir 2 vers l'évacuation 7. La puce 1 comprend cinq canaux afférents 4 distincts. Chacun des canaux afférents 4 relie une sortie 5 du réservoir à une chambre 3. Le nombre de canaux afférents 4 est égal au nombre de chambre 3. La puce 1 comprend cinq canaux efférents 6 distincts. Chaque canal efférent 6 relie une chambre 3 à une évacuation 7. Le plan axial 9 intersecte les entrées 8 et les sorties 5 du réservoir 2. Selon le mode de réalisation, pour chaque entrée 8 et pour chaque sortie 5, un axe de révolution d'un entrée 8 et un axe de révolution d'une sortie 5 est compris dans le plan axial 9. L'évacuation 7 permet de recueillir la solution provenant de chacune des cinq chambres 3. Les canaux afférents 4 et efférents 6 présentent une largeur de 1 mm. La largeur s'étend dans le plan axial 9 et perpendiculairement à la direction
11. Les canaux afférents 4 et efférents 6 présentent une épaisseur de 1,5 mm.
Si le nombre d'entrées 8 est noté n et le nombre de canaux afférents 4 est noté p, le réservoir 2 comprend, de préférence, un nombre d'entrée 8 n qui est inférieur à p et qui, selon le mode de réalisation, est égal à p-1.
Selon le mode de réalisation présenté, la puce microfluidique 1 est constituée de deux couches de poly(diméthylsiloxane) (PDMS) structuré colée entre elles. La structuration des couches de PDMS consiste en des motifs gravés dans le PDMS pour former les différents éléments de la puce 1 parmi lesquels on trouve, entre autres, le réservoir 2, les chambres 3, les canaux afférents 4, les sorties 5, les canaux efférents 6 et l'évacuation 7. A titre d'exemple, les canaux afférents 4 et efférents 6 présentent une épaisseur de 1,5 mm.
Les canaux afférents 4 forment une serpentin ou une sinusoïde comprenant au moins trois périodes, six périodes selon le mode de réalisation. La forme sinusoïdale offre deux effets techniques distincts. Un premier effet de reproduire l'aspect sinueux ou tortueux des capillaires sanguins. Ainsi, les conditions de circulation du fluide dans les capillaires sanguins et, par conséquent, les différents effets susceptibles de se produire in vivo, tels que, par exemple, l'opsonisation ou encore les modifications du flux du fluide circulant dans les capillaires sanguins, sont reproduits. Un autre effet est d'augmenter la longueur du parcours de la solution dans les canaux afférents 4 en limitant l'augmentation de taille associé et/ou l'encombrement de la puce 1. Augmenter la longueur des canaux afférents 4 vise à se rapprocher des conditions in vivo, c'est-à-dire de la distance importante que parcourt le fluide dans les capillaires sanguins.
Le réservoir 2 s'étend principalement selon l'axe de dilution 10 qui s'étend principalement perpendiculairement à la direction 11 selon laquelle est destinée à circuler la solution dans la puce 1 depuis le réservoir 2 vers l'évacuation 7. Les entrées 8 sont réparties le long d'un axe parallèle à l'axe de dilution 10 et les sorties 5 sont réparties le long d'un axe parallèle à l'axe de dilution 10. Selon le mode de réalisation, l'axe de dilution est compris dans le plan axial 9. Dans le plan axial 9 et selon l'axe de dilution 10, le réservoir 2 comprend une succession d'entrées 8 situées d'un côté du réservoir 2. Dans le plan axial 9 et selon l'axe de dilution 10, le réservoir 2 comprend une succession de sorties 5 situées du côté du réservoir 2 qui est opposé au côté comprenant la succession d'entrées 8.
Selon une direction s'étendant selon l'axe de dilution 10, le réservoir 2 comprend une alternance d'entrées 8 et de sortie 5. Selon une direction s'étendant selon l'axe de dilution 10, chaque entrée 2 est comprise entre deux sorties 5 successives. Selon une direction s'étendant selon l'axe de dilution 10, les trois sorties 5 centrales, c'est-à-dire chaque sortie 5 à l'exception des deux sorties 5 d'extrémités de la succession de sorties 5, sont chacune comprises entre deux entrées 8 successives.
Chacune des entrées 8 est intersectée par un plan d'entrée 12 distinct. Chacun des plans d'entrée 121, 122, 123, 124 est perpendiculaire au plan axial 9. En outre, les plans d'entrée 121, 122, 123 et 124 sont perpendiculaires à l'axe de dilution 10. Les plans d'entrées 121, 122, 123, 124 forment une succession de plans parallèles entre eux. Chacune des sorties 5 est intersectée par un plan de sortie 13 distinct. Chacun des plans de sortie 131, 132, 133, 134, 135 est perpendiculaire au plan axial 9. Les plans de sortie 5 forment une succession de plans parallèles entre eux. Les plans d'entrée 121, 122, 123, 124 et les plans de sortie 131, 132, 133, 134, 135 sont donc parallèles entre eux. Chaque plan d'entrée 12 est compris entre deux plans de sortie 13. Chacun des plans de sorties 132, 133, 134, c'est-à-dire chaque plan de sortie 13 à l'exception des deux plans de sortie 131, 135 d'extrémités de la succession de plan de sortie 13, est compris entre deux plans d'entrée 12.
Les caractéristiques du réservoir 2 décrites aux trois paragraphes précédents ont pour effet d'assurer le mélange de deux solutions mères, de préférence distinctes, injectées chacune, dans le réservoir 2, par deux entrées 12 successives. Le mélange des solutions mères est illustré aux figures 2 et 3 et détaillé dans la partie consacrée au procédé selon l'invention détaillée ci-dessous. Le mélange est obtenu au niveau de la sortie 5 située entre les deux entrées 8 successives, selon l'axe de dilution 10, par lesquelles les deux solutions mères, de préférence distinctes, sont injectées dans le réservoir 2. Le mélange est obtenu au niveau du plan de sortie 13 située situé entre les deux plan d'entrées 12 successives comprenant les deux entrées successives 8, selon l'axe de dilution 10, par lesquelles les deux solutions mères, de préférence distinctes, sont injectées dans le réservoir 2.
Selon le mode de réalisation non limitatif présenté sur les figures 1 et 3, chaque plan d'entrée 12 est située à équidistance entre deux plans de sortie 13. En outre, chacun des plans de sorties 132, 133, 134, est situé à équidistance entre deux plans d'entrée 12. Selon le mode de réalisation non limitatif présenté sur la figure 2, Toutefois, en fonction du mélange souhaité, il est possible d'adapter :
- la géométrie du réservoir 2 et/ou le volume du réservoir 2, et/ou
- l'agencement des entrées 8 du réservoir 2 et/ou l'agencement des sorties 5 du réservoir 2, de préférence l'agencement des entrées 8 du réservoir 2 est adapté en relativement à l'agencement des sorties 5 du réservoir 2 ou inversement. En outre, la géométrie du réservoir 2 et/ou le volume du réservoir 2 et/ou l'agencement des entrées 8 et/ou l'agencement des sorties 5 peut être adapté en fonction :
- de la concentration des solutions mères, et/ou
- du débit des solutions mères, et/ou
- du type de cellules à cultiver, et/ou- du nombre et les dimensions des serpentins, et/ou
- de la taille et la forme des chambres de culture.
Afin de reproduire les forces de cisaillement s'exerçant sur les cellules dans l'organisme, la puce 1 est agencée de sorte que, pour une chambre 3 considérée, l'extrémité 14 du canal afférent 4 à laquelle est reliée la chambre 3 considérée est tangente à la chambre 3 considérée. De manière avantageuse, afin de reproduire les forces de cisaillement s'exerçant sur les cellules dans l'organisme, la puce 1 est agencée de sorte que, pour une chambre 3 considérée, l'extrémité 15 du canal efférent 6 à laquelle est reliée la chambre 3 considérée est tangente à la chambre 3 considérée.
Afin de reproduire les conditions dans l'organisme dans lesquelles le fluide alimentant les cellules est réparti autour des cellules, la puce 1 est agencée de sorte que, chaque chambre 3 comprend un canal annulaire 16. Le canal annulaire 16 d'une chambre 3 considérée se situe à la périphérie de la chambre 3 considérée.
Selon le mode de réalisation, l'extrémité 14 du canal afférent 4 à laquelle est reliée une chambre 3 considérée et l'extrémité 15 du canal efférent 6 à laquelle est reliée la chambre 3 considérée forment une partie du canal annulaire 16 de la chambre 3 considérée. En référence aux FIGURES 1 à 3, il est présenté un mode de réalisation d'un procédé de croissance cellulaire sur une puce microfluidique 1. Le procédé comprend l'étape consistant à alimenter au moins deux chambres 3 distinctes de la puce 1 avec une solution, dite solution fille, distincte. Les solutions filles proviennent du réservoir 2 de la puce 1. Le procédé comprend l'étape consistant à convoyer dans un canal afférent 4 distinct chacune des solutions filles depuis une des sorties 5 du réservoir 2 de la puce 1. Le procédé comprend l'étape consistant à évacuer les solutions depuis les chambres 3 vers l'évacuation 7. Chacune des solutions est évacuée via un canal efférents 6 distinct de la puce 1. Le procédé comprend l'étape consistant à alimenter le réservoir 2 avec des solutions distinctes, dites solutions mères. Chacune des solutions mères est injectée dans le réservoir 2 via une entrée 8 distincte du réservoir 2.
Les cellules en croissance dans la puce 1 sont par exemple des cellules cancéreuses. Les cellules peuvent être mises en croissances sur la surface du PDMS après sa fonctionnalisation par une macromolécule biologique (polysaccharide, proteine). Les cellules en croissance dans la puce 1 sont par exemple fabriquées par bio-impression. La bio-impression consiste à utiliser un mélange de matériaux biocompatibles et de cellules via des bio-imprimantes pour créer des structures cellulaires 3D à partir de schémas conçus sur ordinateur. Les cellules en croissance dans la puce 1 forme une tumeur lorsqu'elles sont assemblées en 3 dimensions. De préférence, la tumeur est de forme cylindrique et est située au centre des chambres 3. Une telle configuration permettra de maintenir, tout autour de la tumeur, un espace annulaire égal ou supérieur à 1 mm dans lequel circulera la solution. Selon le mode de réalisation, la solution est un milieu nutritif auquel il est possible d'ajouter un médicament anticancer pour tester l'efficacité du système en tant que modèle préclinique. L'épaisseur de la partie biologique sera de 1.5 mm.
En référence aux figures 2 et 3, le procédé comprend l'étape consistant à mélanger dans le réservoir 2, de manière contrôlée, deux solutions mères de sorte à obtenir un mélange des deux solutions mères au niveau d'une sortie 5 du réservoir 2. Le mélange obtenu constitue une solution fille qui est distincte d'au moins une autre des solutions filles.
Le mélange des deux solutions mères est réalisé le long de l'interface 1321, 1322, 1323 comprise dans le plan de sortie 13. Les interfaces 1321, 1322, 1323 sont comprises ou confondues dans les plans de sorties 132, 133, 134, c'est-à-dire dans chaque plan de sortie 13 à l'exception des deux plans de sortie 131, 135 d'extrémités de la succession de plan de sortie 13.
En référence à la figure 2, il est présenté une simulation illustrant le mélange de deux solutions mères distinctes, contenant chacune un soluté en concentration différente, au niveau de l'interface 1321. La puce 1 dans laquelle est mise en œuvre le procédé comprend deux entrées 8 et trois sorties 5. Les paramètres utilisés pour la simulation sont : un solvant de masse volumique de 1000 kg/m3 et dont la viscosité est de 10’3 Pa.s , le soluté possède une diffusivité dans le solvant de 10’8 m2/s. Les débits des solutions mères injectées aux entrées 8 sont tels que la vitesse du liquide dans les canaux afférents 4 soit égale à 0,5 mm/s. La solution mère injectée au niveau de l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 121 présente une concentration massique en soluté de 1.10’1 pg/ml et la solution mère injectée par l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 122 présente une concentration massique de 0 pg/ml. Il est observé qu'un gradient de concentration en soluté s'établit au niveau de l'interface 1321. Le gradient de concentration s'établit selon l'axe de dilution 10. La solution fille obtenue au niveau de la sortie 5 intersectée par le plan de sortie 132 présente une concentration de 5.10’2 pg/ml. La sortie 5 intersectée par le plan de sortie 132 est comprise, selon l'axe de dilution 10, entre l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 121 et l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 122.
On remarque également que les concentrations respectives en soluté aux deux sorties 5 d'extrémités sont identiques aux concentrations respectives deux solutions mères injectées aux entrées 8 d'extrémités. Autrement dit, la concertation à la sortie 5 d'extrémité intersectée par le plan de sortie 131 est de 1.10’1 pg/ml et elle est égale à la concentration de la solution mère injectée dans le réservoir 2 par l'entrée 8 d'extrémité intersectée par le plan d'entrée 121. De même, la concentration au niveau de la sortie 5 d'extrémité intersectée par le plan de sortie 133 est de 0 pg/ml et elle est égale à la concentration de la solution mère injectée dans le réservoir 2 par l'entrée 8 d'extrémité intersectée par le plan d'entrée 122.
L'étape consistant à mélanger les deux solutions mères de sorte à obtenir un mélange des deux solutions mères peut consister en une étape consistant à mélanger, dans le réservoir 2, deux types de particules en suspension contenus chacun dans une des solutions mères distinctes. Par exemple, la solution mère peut être, de l'eau, un milieu physiologique, du plasma enrichi en protéines, un milieu de culture ou du sang. Par exemple, les deux types de particules peuvent être de nature et/ou de taille distinctes. De préférence, le mélange souhaité est obtenu en contrôlant une ou des conditions du mélange détaillées ci-dessus.
En référence à la figure 3, il est présenté une simulation illustrant le mélange de quatre solutions mères au niveau de l'interface 1321. La puce 1 dans laquelle est mise en œuvre le procédé correspond à la puce 1 présenté sur la figure 1 et comprend quatre entrées 8 et cinq sorties 5. Les paramètres utilisés pour la simulation sont : un solvant de masse volumique de 1000 kg/m3 et dont la viscosité est de 10- 3 Pa.s, le soluté possède une diffusivité dans le solvant de 10’8 m2/. Les débits des solutions mères injectées aux entrées 8 sont tels que la vitesse du liquide dans les canaux afférents 4 soit égale à 0,5 mm/s. Seulement deux solutions mère distinctes, dont la concentration en soluté est différente, sont utilisées pour obtenir cinq solutions filles présentant chacune une concentration en soluté distincte. Une solution mère présentant une concentration massique en soluté de 100 pg/ml est injectée au niveau de l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 121 et à l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 123. Une autre solution mère présentant une concentration massique en soluté de 0 pg/ml est injectée à l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 122 et au niveau de l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 124.
Comme pour la figure 2, il est observé sur la figure 3 qu'un gradient de concentration en soluté s'établit au niveau des interfaces 1321, 1322 et 1323. Le gradient de concentration s'établit selon l'axe de dilution 10. Les trois solutions filles obtenues au niveau des sorties 5 intersectées par les plans de sortie 132, 133, 134 présentent des concentrations distinctes. La solution fille obtenue à la sortie 5 intersectée par les plans de sortie 132 présente une concentration de 25 pg/ml, la solution fille obtenue à la sortie 5 intersectée par les plans de sortie 133 présente une concentration de 50 pg/ml et la solution fille obtenue à la sortie 5 intersectée par les plans de sortie 134 présente une concentration de 76 pg/ml. La sortie 5 intersectée par le plan de sortie 132 est comprise, selon l'axe de dilution 10, entre l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 121 et l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 122. La sortie 5 intersectée par le plan de sortie 133 est comprise, selon l'axe de dilution 10, entre l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 122 et l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 123. La sortie 5 intersectée par le plan de sortie 134 est comprise, selon l'axe de dilution 10, entre l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 123 et l'entrée 8 intersectée par le plan d'entrée 124. Comme pour la figure 2, on remarque sur la figure 3 que les concentrations respectives en soluté au niveau des deux sorties 5 d'extrémités sont identiques aux concentrations respectives deux solutions mères injectées aux entrées 8 d'extrémités. Autrement dit, la concentration au niveau de la sortie 5 d'extrémité intersectée par le plan de sortie 131 est de 100 pg/ml et elle est égale à la concentration de la solution mère injectée dans le réservoir 2 par l'entrée 8 d'extrémité intersectée par le plan d'entrée 121. De même, la concentration en soluté à la sortie 5 d'extrémité intersectée par le plan de sortie 135 est de 0 pg/ml et elle est égale à la concentration de la solution mère injectée dans le réservoir 2 par l'entrée 8 d'extrémité intersectée par le plan d'entrée 122.
On remarque sur les figures 2 et 3 qu'un gradient de concentration en soluté persiste au niveau des sorties 5 intersectées par les plans de sortie 132, 133, 134 et également dans la première sinusoïde des canaux afférents 4 respectifs connectés aux sorties 5 en question. A cet effet, le procédé comprend l'étape consistant à homogénéiser le mélange obtenu, c'est-à-dire la solution fille, dans le canal afférent 4 connecté à la sortie 5 au niveau de laquelle le mélange des deux solutions mères est obtenu. De manière avantageuse, une circulation du mélange obtenu le long d'au moins trois périodes du canal afférent 4 permet d'obtenir un mélange parfaitement homogène.
De préférence, la puce 1 selon l'invention convient, de préférence est agencée, pour mettre en œuvre le procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention convient, de préférence est conçue, pour être mis en œuvre par la puce 1 selon l'invention. Aussi, toutes caractéristiques de la puce 1 selon l'invention peut être introduite dans le procédé selon l'invention et inversement.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, dans des variantes combinables entre elles des modes de réalisation précédemment décrits :
- la puce 1 comprend au moins deux chambres 3 distinctes, et/ou - la puce 1 comprend au moins deux canaux afférents 4 distincts, et/ou
- la puce 1 comprend au moins deux canaux efférents 6, et/ou
- le réservoir 2 comprend au moins deux entrées 8 distinctes aptes à permettre l'alimentation du réservoir 2 en solution.
De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Puce microfluidique (1) pour la croissance de cellules, ladite puce microfluidique comprend :
- un réservoir (2) apte à contenir une solution,
- au moins deux chambres (3) distinctes aptes à être alimentées en solution provenant du réservoir et aptes à recevoir une ou plusieurs cellules,
- au moins deux canaux afférents (4) distincts reliant chacun une sortie (5) du réservoir, parmi au moins deux sorties (5) distinctes du réservoir, à une chambre parmi les au moins deux chambres distinctes,
- au moins deux canaux efférents (6) distincts reliant chacun une chambre parmi les au moins deux chambres distinctes à une évacuation (7), ladite évacuation étant apte à permettre l'évacuation de solution depuis chacune des au moins deux chambres.
2. Puce selon la revendication 1, dans laquelle au moins une partie de chacun des au moins deux canaux afférents (4) forme une sinusoïde ou un serpentin.
3. Puce selon la revendication précédente, dans laquelle la partie sinusoïdale ou le serpentin des au moins deux canaux afférents (4) comprend au moins trois périodes.
4. Puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le réservoir (2) comprend au moins deux entrées (8) distinctes aptes à permettre l'alimentation du réservoir en solution.
5. Puce selon la revendication précédente, dans laquelle les au moins deux entrées
(8) du réservoir (2) sont comprises dans une partie du réservoir en vis-à-vis d'une partie du réservoir sur laquelle sont comprises les au moins deux sorties (5) du réservoir.
6. Puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les au moins deux entrées (8) et les au moins deux sorties (5) sont comprises dans un plan
(9), dit plan axial (9).
7. Puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le réservoir (2) s'étend principalement selon un axe (10), dit axe de dilution (10), qui s'étend principalement perpendiculairement à une direction (11) selon laquelle est destinée à circuler la solution dans la puce depuis le réservoir vers l'évacuation.
8. Puce selon la revendication précédente, dans laquelle les au moins deux entrées (8) sont réparties le long d'un axe parallèle à l'axe de dilution (10) et les au moins deux sorties (5) sont réparties le long d'un axe parallèle à l'axe de dilution.
9. Puce selon la revendication 6 ou selon l'une des revendications 7 ou 8 prise en combinaison avec la revendication 6, dans laquelle :
- chacune des au moins deux entrées (8) est intersectée par un plan distinct (12), dit plan d'entrée, chacun des plans d'entrée (121, 122, 123, 124) est perpendiculaire au plan axial (9), lesdits plans d'entrées forment une succession de plans parallèles entre eux,
- chacune des au moins deux sorties (5) est intersectée par un plan distinct (13), dit plan de sortie, chacun des plans de sortie (131, 132, 133, 134, 135) est perpendiculaire au plan axial, lesdits plans de sortie forment une succession de plans parallèles entre eux, les au moins deux plans d'entrée et les au moins deux plans de sortie sont parallèles entre eux.
10. Puce selon la revendication précédente, dans laquelle au moins un plan d'entrée (12) est compris entre deux plans de sortie (13) et/ou au moins un plan de sortie est compris entre deux plans d'entrée.
11. Puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, pour une chambre (3) considérée :
- une extrémité (14) du canal afférent (4) à laquelle est reliée la chambre considérée est tangente à la chambre considérée, et
- une extrémité (15) du canal efférent (6) à laquelle est reliée la chambre considérée est tangente à la chambre considérée.
12. Puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une, plusieurs ou chacune des chambres (3) comprennent un canal annulaire (16) à la périphérie de la, des ou de chacune des chambres.
13. Puce selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 11, dans laquelle l'extrémité (14) du canal afférent (4) à laquelle est reliée la chambre considérée et l'extrémité (15) du canal efférent (6) à laquelle est reliée la chambre considérée forment une partie du canal annulaire (16) de la chambre considérée.
14. Procédé de croissance cellulaire sur une puce microfluidique (1), comprenant les étapes consistant à :
- alimenter au moins deux chambres (3) distinctes de la puce microfluidique, chacune des au moins deux chambres distinctes étant alimentée avec une solution distincte, dite solution fille, provenant d'un réservoir (2) de la puce microfluidique,
- convoyer chacune des solutions filles distinctes, depuis une sortie du réservoir, parmi au moins deux sorties (5) distinctes du réservoir, dans un canal afférent (4) distinct, parmi au moins deux canaux afférents distincts, de la puce microfluidique, - évacuer les solutions depuis les au moins deux chambres via au moins deux canaux efférents (6) distincts de la puce microfluidique, lesdits au moins deux canaux efférents distincts relient chacun une chambre, parmi les au moins deux chambres distinctes, à une évacuation (7).
15. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape consistant à alimenter le réservoir (2) avec au moins deux solutions distinctes, dites solutions mères, étant chacune injectée dans le réservoir via une entrée (8) distincte du réservoir parmi au moins deux entrées distinctes du réservoir.
16. Procédé selon la revendication précédente, comprenant l'étape consistant à mélanger dans le réservoir (2), de manière contrôlée, deux solutions mères, parmi les au moins deux solutions mères distinctes, de sorte à obtenir un mélange des deux solutions mères au niveau d'une sortie (5) du réservoir, parmi les au moins deux sorties distinctes du réservoir ; le mélange obtenu constituant une solution fille qui est distincte de l'au moins une autre des au moins deux solutions filles distinctes.
17. Procédé selon la revendication précédente, comprenant l'étape consistant à homogénéiser le mélange obtenu dans le canal afférent (4) reliant une des chambres (3) à la sortie (5) au niveau de laquelle le mélange des deux solutions mères est obtenu.
18. Procédé selon la revendication 16 ou 17, dans lequel le mélange des deux solutions mères est réalisé le long d'une interface (1321, 1322, 1323) comprise dans un plan (13), dit plan de sortie (13), qui est :
• perpendiculaire à un plan (9), dit plan axial (9), dans lequel sont comprises les au moins deux entrées (8) et les au moins deux sorties (8) du réservoir,
• sécant à la sortie au niveau de laquelle le mélange des deux solutions mères est obtenu.
19. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le plan de sortie (13) est compris entre deux plans (12), dit plan d'entrée (12), distincts qui sont :
• perpendiculaires au plan axial (9),
• chacun sécant à une entrée (8) différente parmi les au moins deux entrées du réservoir (2).
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