FR3071359A1 - TUBULAR ORGANIC ELECTROCHEMICAL TRANSISTOR INTEGRATING BIOCOMPATIBLE MATRIX IN 3 DIMENSIONS - Google Patents

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    • H10K10/484Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions

Abstract

La présente invention a trait au domaine des systèmes microfluidiques intégrant un transistor électrochimique organique. Plus particulièrement, la présente invention concerne un transistor électrochimique organique configuré dans un tube et dans lequel le canal est constitué d'une matrice de polymère biocompatible en 3 dimensions. Ce dispositif permet de cultiver des cellules au sein de la matrice de sorte à reproduire une structure proche de celle d'un tissu. Ce dispositif peut être utilisé pour tester l'effet physiologique de substances, notamment dans des tests de toxicité et d'évaluation de l'effet thérapeutique de substances médicamenteuses au cours d'études précliniques.The present invention relates to the field of microfluidic systems incorporating an organic electrochemical transistor. More particularly, the present invention relates to an organic electrochemical transistor configured in a tube and wherein the channel consists of a 3-dimensional biocompatible polymer matrix. This device makes it possible to cultivate cells within the matrix so as to reproduce a structure close to that of a tissue. This device can be used to test the physiological effect of substances, particularly in toxicity tests and evaluation of the therapeutic effect of drug substances in preclinical studies.

Description

TRANSISTOR ELECTROCHIMIQUE ORGANIQUE TUBULAIRE INTEGRANT UNE MATRICE BIOCOMPATIBLE EN 3 DIMENSIONSTUBULAR ORGANIC ELECTROCHEMICAL TRANSISTOR INTEGRATING A BIOCOMPATIBLE MATRIX IN 3 DIMENSIONS

La présente invention a trait au domaine des systèmes microfluidiques intégrant un transistor électrochimique organique. Plus particulièrement, la présente invention concerne un transistor électrochimique organique (TEO) configuré dans un tube et dans lequel le canal est constitué d'une matrice de polymère biocompatible en 3 dimensions. Ce dispositif permet de cultiver des cellules au sein de la matrice de sorte à reproduire une structure proche de celle d’un tissu. Ce dispositif peut être utilisé pour tester l’effet physiologique de substances, notamment dans des tests de toxicité et d’évaluation de l’effet thérapeutique de substances médicamenteuses au cours d’études précliniques.The present invention relates to the field of microfluidic systems incorporating an organic electrochemical transistor. More particularly, the present invention relates to an organic electrochemical transistor (TEO) configured in a tube and in which the channel consists of a matrix of biocompatible polymer in 3 dimensions. This device makes it possible to cultivate cells within the matrix so as to reproduce a structure close to that of a tissue. This device can be used to test the physiological effect of substances, in particular in toxicity tests and evaluation of the therapeutic effect of medicinal substances during preclinical studies.

Etat de la techniqueState of the art

Il y a longtemps que les dispositifs électroniques permettant le suivi des fonctions cellulaires et de la formation tissulaire suscitent un fort intérêt. En effet, les dispositifs électroniques sont des systèmes très sensibles pour l’étude de l’adhésion cellulaire et de la différentiation de nombreux types de cellules et de tissus. Malgré des efforts significatifs, seuls des systèmes in vitro en 2 dimensions ont, jusqu’à présent, été proposés. Ces systèmes ne sont pas satisfaisants lorsque l’on souhaite connaître l’état cellulaire et notamment la capacité de proliférer.There has been a great deal of interest in electronic devices for monitoring cell functions and tissue formation for a long time. Indeed, electronic devices are very sensitive systems for the study of cell adhesion and the differentiation of many types of cells and tissues. Despite significant efforts, only two-dimensional in vitro systems have so far been proposed. These systems are not satisfactory when it is desired to know the cellular state and in particular the capacity to proliferate.

Différents modèles de matrices polymériques sont décrits dans la littérature (US 2011/0189764, US 9457128), parmi lesquelles certaines sont conductrices (US 2009/0171406 et W02017/011452) et font offices de bioréacteurs permettant la connexion de cellules avec un circuit électronique. Parmi les bioréacteurs décrits, certains présentent une forme de tube US 2014/0273222 et W02010/115185.Different models of polymeric matrices are described in the literature (US 2011/0189764, US 9457128), some of which are conductive (US 2009/0171406 and W02017 / 011452) and act as bioreactors allowing the connection of cells with an electronic circuit. Among the bioreactors described, some have the shape of a tube US 2014/0273222 and W02010 / 115185.

La caractérisation électrique in situ d’une culture cellulaire peut être réalisée de manière simple et peu coûteuse par mesure de transconductance grâce à un TEO dont le canal actif est constitué d’une matrice biocompatible. Un tel système a été décrit par Wan étal (3D conducting polymer platforms for electrical control of protein conformation and cellular functions 2015, J. Mater. Chem. B).The in situ electrical characterization of a cell culture can be carried out in a simple and inexpensive manner by measurement of transconductance using a TEO whose active channel consists of a biocompatible matrix. Such a system has been described by Wan etal (3D conducting polymer platforms for electrical control of protein conformation and cellular functions 2015, J. Mater. Chem. B).

Une étude récente décrit une matrice en 3D constituée de PEDOT:PSS dont les propriétés sont compatibles avec la culture cellulaire en 3 dimensions tout en étant conductrice final et al, 2017, Advanced biosystems, 1700052). Cet article décrit un système d’alimentation par tube permettant une croissance homogène des cellules dans le volume du matériau. Le développement des cellules dans le matériau peut être caractérisé de manière efficace par mesures électriques en utilisant la spectrométrie d’impédance électrochimique.A recent study describes a 3D matrix consisting of PEDOT: PSS whose properties are compatible with cell culture in 3 dimensions while being a final conductor et al, 2017, Advanced biosystems, 1700052). This article describes a tube feeding system allowing homogeneous growth of cells in the volume of the material. The development of cells in the material can be effectively characterized by electrical measurements using electrochemical impedance spectrometry.

Avantages de l’inventionAdvantages of the invention

Les inventeurs proposent un système innovant permettant de répondre aux besoins existants. Il s’agit d’un dispositif comprenant un transistor électrochimique organique configuré dans un tube et dans lequel le canal est constitué d’une matrice de polymère biocompatible en 3 dimensions. La configuration particulière des éléments constituant ce dispositif permet la croissance de cellules dans une matrice en 3 dimensions reproduisant la structure tissulaire. De plus, différents types cellulaires peuvent être cocultivés au sein de la matrice de sorte à reproduire les interactions spécifiques existantes au sein de chaque type tissulaire. La sensibilité du système basé sur un transistor électrochimique organique permet d’analyser des paramètres cellulaires précis tels que l’adhésion cellulaire, la prolifération cellulaire et l’état cellulaire (bon état, intégrité ou cellules endommagées). Enfin, ce système peut être intégré dans un système microfluidique pour apport de l’électrolyte. Plusieurs systèmes peuvent être mis en circuit de sorte à pouvoir intégrer plusieurs types cellulaires ou tissulaires au sein d’un même bioréacteur.The inventors offer an innovative system to meet existing needs. It is a device comprising an organic electrochemical transistor configured in a tube and in which the channel consists of a matrix of 3-dimensional biocompatible polymer. The particular configuration of the elements constituting this device allows the growth of cells in a 3-dimensional matrix reproducing the tissue structure. In addition, different cell types can be co-cultivated within the matrix so as to reproduce the specific interactions existing within each tissue type. The sensitivity of the system based on an organic electrochemical transistor makes it possible to analyze precise cellular parameters such as cell adhesion, cell proliferation and cell state (good condition, integrity or damaged cells). Finally, this system can be integrated into a microfluidic system for supplying the electrolyte. Several systems can be switched on so that several cell or tissue types can be integrated within the same bioreactor.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Un premier objet de l’invention concerne un transistor électrochimique organique (TEO) comprenant :A first object of the invention relates to an organic electrochemical transistor (TEO) comprising:

(i) un canal constitué d’une matrice de polymère conducteur poreuse et biocompatible en trois dimensions, (ii) une électrode source et une électrode de drain établissant chacune un contact électrique avec ledit canal, et (iii) une électrode de grille établissant un contact électrique avec un électrolyte se trouvant en contact direct avec ledit canal, caractérisé en ce que ledit canal est situé à l’intérieur d’un tube comprenant au moins 2 ouvertures.(i) a channel consisting of a matrix of porous conductive polymer and biocompatible in three dimensions, (ii) a source electrode and a drain electrode each establishing electrical contact with said channel, and (iii) a gate electrode establishing a electrical contact with an electrolyte being in direct contact with said channel, characterized in that said channel is located inside a tube comprising at least 2 openings.

Le TEO selon l’invention peut être utilisé en tant que bioréacteur. En effet, les inventeurs ont montré que l’on peut cultiver des cellules au sein de la matrice. La forme tubulaire permet de créer un système microfluidique pour alimenter les cellules en nutriments et en gaz, en plus de permettre l’apport de l’électrolyte. La configuration du TEO selon l’invention permet donc de mesurer en temps réel l’évolution d’une culture cellulaire en 3D, l’état cellulaire étant reflété par la mesure de la tension, du courant ou de la transconductance de la matrice hébergeant les cellules.The TEO according to the invention can be used as a bioreactor. Indeed, the inventors have shown that cells can be cultivated within the matrix. The tubular shape creates a microfluidic system to supply the cells with nutrients and gases, in addition to allowing the supply of electrolyte. The configuration of the TEO according to the invention therefore makes it possible to measure in real time the evolution of a cell culture in 3D, the cell state being reflected by the measurement of the voltage, current or transconductance of the matrix hosting the cells.

Par « polymère conducteur », on entend au sens de l’invention un polymère conducteur intrinsèque (PCI) qui possède des liens délocalisés permettant la circulation d’un courant électrique véhiculé par des électrons ou des trous.By "conductive polymer" is meant in the sense of the invention an intrinsic conductive polymer (PCI) which has delocalized links allowing the circulation of an electric current carried by electrons or holes.

Un transistor se compose d'un film semi-conducteur (canal) placé entre deux électrodes (source et de drain) et d’une électrode de grille séparée du canal par une couche diélectrique (ou un électrolyte). Une tension (tension de drain, Vd) appliquée entre l'électrode source et l’électrode de drain entraîne le passage du courant dans le canal (courant de drain, Id), qui à son tour est modulé par une tension appliquée à la grille Vg. Le flux de courant dans le canal reflète la conductivité du matériau du canal. Dans le cas des transistors électrochimiques, les ions injectés dans le canal modifient l'état de dopage du polymère semi-conducteur (c'est-à-dire du PEDOT: PSS), entraînant une variation significative du courant de drain.A transistor consists of a semiconductor film (channel) placed between two electrodes (source and drain) and a gate electrode separated from the channel by a dielectric layer (or an electrolyte). A voltage (drain voltage, Vd) applied between the source electrode and the drain electrode causes the current to flow through the channel (drain current, Id), which in turn is modulated by a voltage applied to the gate Vg. The current flow in the channel reflects the conductivity of the material of the channel. In the case of electrochemical transistors, the ions injected into the channel modify the doping state of the semiconductor polymer (that is to say of PEDOT: PSS), resulting in a significant variation of the drain current.

Un polymère approprié pour former une matrice conductrice poreuse et biocompatible doit être un polymère à base d’eau, pour permettre le passage de l’état liquide, état du polymère lorsqu’il est injecté dans le tube, à l’état solide après congélation et lyophilisation et donc élimination de l’eau qui laisse des vides (pores).A suitable polymer to form a porous and biocompatible conductive matrix must be a water-based polymer, to allow the transition from the liquid state, state of the polymer when it is injected into the tube, to the solid state after freezing and lyophilization and therefore elimination of water which leaves voids (pores).

Par « matrice poreuse », on entend au sens de l’invention une matrice perméable, dont le diamètre des pores est supérieur à celui des cellules de sorte à permettre le passage des cellules à travers la matrice et l’insertion des cellules ainsi que leur croissance à l’intérieur de la matrice. Une matrice poreuse adaptée au TEO selon l’invention peut par exemple avoir des pores dont le diamètre moyen est de 100 pm. Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre des pores est compris entre 50 et 100 pm.By “porous matrix” is meant within the meaning of the invention a permeable matrix, the diameter of the pores of which is greater than that of the cells so as to allow the passage of the cells through the matrix and the insertion of the cells as well as their growth inside the matrix. A porous matrix adapted to the TEO according to the invention may for example have pores whose average diameter is 100 μm. In a preferred embodiment, the pore diameter is between 50 and 100 µm.

La principale caractéristique des polymères conducteurs est la structure moléculaire conjuguée de la chaîne principale du polymère. Les polymères conjugués deviennent des polymères conducteurs après dopage, ce qui peut être effectué par oxydation ou réduction chimique ou électrochimique. L'oxydation du squelette du polymère est appelée p-dopage et se produit lorsque la chaîne principale du polymère perd un électron (en formant un trou). Dans ce cas, le polymère conducteur est de type p. Lorsque le squelette du polymère est réduit, des électrons sont insérés dans le squelette du polymère et forment des supports de charge négatifs ; c'est ce qu'on appelle le ndopage et un polymère conducteur de type n. La grande majorité des dispositifs et applications électroniques organiques incorporant des polymères conjugués dopés sont de type p en raison de la grande stabilité et des excellentes propriétés conductrices.The main characteristic of conductive polymers is the conjugate molecular structure of the main chain of the polymer. The conjugated polymers become conductive polymers after doping, which can be carried out by oxidation or chemical or electrochemical reduction. Oxidation of the polymer backbone is called p-doping and occurs when the main chain of the polymer loses an electron (forming a hole). In this case, the conductive polymer is of p type. When the polymer backbone is reduced, electrons are inserted into the polymer backbone and form negative charge carriers; this is called ndopage and an n-type conductive polymer. The vast majority of organic electronic devices and applications incorporating doped conjugated polymers are p-type due to the high stability and excellent conductive properties.

A titre d’exemples, de tels polymères peuvent être le PEDOT-PSS, polypyrrole, ou la polyaninline, mais tout polymère présentant de telles propriétés peut être utilisé.As examples, such polymers can be PEDOT-PSS, polypyrrole, or polyaninline, but any polymer having such properties can be used.

Dans un mode de réalisation préféré, le polymère conducteur poreux et biocompatible en trois dimensions est un PEDOT-PSS sublimé.In a preferred embodiment, the porous and biocompatible three-dimensional conductive polymer is a sublimated PEDOT-PSS.

Le diamètre intérieur du tube d’un TEO selon l’invention est compris entre 0,5 et 5 mm. Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre intérieur du tube est de 3 mm.The internal diameter of the tube of a TEO according to the invention is between 0.5 and 5 mm. In a preferred embodiment, the inner diameter of the tube is 3 mm.

Le diamètre de la matrice est supérieur à 500 pm. De plus, il doit être approprié pour permettre l’échange gazeux entre le milieu de culture et les cellules. En effet, si le diamètre de la matrice est trop grand, les cellules situées au centre de la matrice vont mourir faute d’alimentation.The diameter of the matrix is greater than 500 µm. In addition, it must be suitable to allow the gas exchange between the culture medium and the cells. In fact, if the diameter of the matrix is too large, the cells located in the center of the matrix will die for lack of food.

Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre de la matrice est compris entre 0,4 et 5 millimètres, de préférence entre 1,0 et 2,0 millimètres. Dans un autre mode de réalisation particulier, le diamètre de la matrice est inférieur ou égal à 300 micromètres, pour permettre l’alimentation des cellules situées au centre de la matrice. Toutefois, cette limite peut être surmontée en aménageant un canal au centre de la matrice, dans le sens du flux du milieu cellulaire pour apporter gaz et nutriments aux cellules situées au centre. Ainsi, il est possible d’aménager plusieurs canaux parallèles si l’on souhaite encore augmenter le diamètre du système microfluidique.In a preferred embodiment, the diameter of the matrix is between 0.4 and 5 millimeters, preferably between 1.0 and 2.0 millimeters. In another particular embodiment, the diameter of the matrix is less than or equal to 300 micrometers, to allow the cells located in the center of the matrix to be fed. However, this limit can be overcome by arranging a channel in the center of the matrix, in the direction of the flow of the cellular medium to supply gases and nutrients to the cells located in the center. Thus, it is possible to arrange several parallel channels if it is desired to further increase the diameter of the microfluidic system.

La longueur de la matrice est généralement comprise entre 2 et 5 millimètres.The length of the matrix is generally between 2 and 5 millimeters.

Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre de la matrice est compris entre 1,0 et 2,0 millimètres et la longueur de la matrice est comprise entre 2 et 5 millimètres.In a preferred embodiment, the diameter of the matrix is between 1.0 and 2.0 millimeters and the length of the matrix is between 2 and 5 millimeters.

Dans un autre mode de réalisation préféré, la matrice est associée à des composants tels que des polymères synthétiques et des protéines tels que le collagène, la DBSA ou un mélange de tels composants. En particulier, le collagène permet d’augmenter la rigidité et la DBSA permet d’augmenter la conductivité du polymère final étal, 2017, Advanced biosystems, 1700052).In another preferred embodiment, the matrix is associated with components such as synthetic polymers and proteins such as collagen, DBSA or a mixture of such components. In particular, collagen makes it possible to increase the rigidity and DBSA makes it possible to increase the conductivity of the final polymer (2017, Advanced biosystems, 1700052).

Le TEO peut se présenter sous différentes configurations.The TEO can be presented in different configurations.

Concernant l’électrode source et l’électrode de drain, elles peuvent être soit intégrées dans la paroi du tube (comme cela est illustré sur les Figures IA et IB), soit être insérées dans une ouverture du tube située en position supérieure (comme cela est illustré sur les Figures IC et 1D).Regarding the source electrode and the drain electrode, they can either be integrated into the wall of the tube (as illustrated in Figures IA and IB), or be inserted into an opening of the tube located in the upper position (like this is illustrated in Figures IC and 1D).

Concernant l’électrode de grille, elle peut mise en contact avec l’électrolyte soit par une ouverture située dans le corps du tube (comme cela est illustré sur les Figures IA et IB), soit être enchâssée dans le système tubulaire par une extrémité du tube (comme cela est illustré sur les Figures IC et 1D).Regarding the gate electrode, it can come into contact with the electrolyte either through an opening located in the body of the tube (as illustrated in Figures IA and IB), or be embedded in the tubular system by one end of the tube (as illustrated in Figures IC and 1D).

D’autres configurations sont envisageables à partir du moment où les électrodes sont en contact avec le canal (ici la matrice) et où l’électrode de grille est en contact avec l’électrolyte (ici le milieu de culture) ; l’homme du métier saura adapter le système pour que le transistor fonctionne dans un système tubulaire.Other configurations are possible from the moment when the electrodes are in contact with the channel (here the matrix) and when the gate electrode is in contact with the electrolyte (here the culture medium); those skilled in the art will know how to adapt the system so that the transistor operates in a tubular system.

Lorsque le tube ne comporte que 2 ouvertures, l’électrode de grille peut être intégrée dans la paroi du tube afin d’assurer la mise en contact avec l’électrolyte, ou enchâssée dans le système tubulaire.When the tube has only 2 openings, the gate electrode can be integrated into the wall of the tube to ensure contact with the electrolyte, or embedded in the tubular system.

Selon un mode particulier de l’invention, le tube comprend 3 ouvertures, la troisième ouverture permettant la mise en contact dudit canal avec l’électrode de grille par l’intermédiaire de l’électrolyte, ou l’insertion des électrodes source et de drain, en fonction de la configuration du TEO.According to a particular embodiment of the invention, the tube comprises 3 openings, the third opening allowing said channel to come into contact with the gate electrode by means of the electrolyte, or the insertion of the source and drain electrodes , depending on the configuration of the TEO.

Il est possible de prévoir des ouvertures supplémentaires pouvant servir à l’apport de molécules particulières de sorte à maîtriser le moment de cet ajout dans le canal et d’en mesurer les effets, ou bien pouvant servir à effectuer des mesures particulières soit par introduction d’une sonde, soit par prélèvement d’échantillons.It is possible to provide additional openings which can be used for the supply of particular molecules so as to control the moment of this addition in the channel and to measure the effects, or else which can be used to carry out particular measurements either by introduction of '' a probe, either by taking samples.

La nature des électrodes peut varier. Il est toutefois primordial qu’elles n’entraînent pas de toxicité, notamment lorsque la culture cellulaire est poursuivie pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines. Ainsi, les électrodes peuvent par exemple être en argent, si le temps de culture n’excède pas 12 heures, au delà il est préférable de choisir des électrodes en or, en platine, en PEDOT-PSS, en graphène nanostructuré... Le choix des électrodes sera effectué en fonction du temps de culture envisagé. En effet, les électrodes en argent ou chlorure d’argent sont à éviter pour des temps de culture supérieurs à quelques heures car elles peuvent relarguer des ions toxiques pour les cellules cultivées. Pour une culture jusqu’à 6 semaines, le PEDOT-PSS sera préféré car il présente une bonne stabilité en milieu liquide.The nature of the electrodes may vary. However, it is essential that they do not cause toxicity, especially when cell culture is continued for several days or even weeks. Thus, the electrodes can for example be in silver, if the culture time does not exceed 12 hours, beyond it is preferable to choose electrodes in gold, platinum, PEDOT-PSS, nanostructured graphene ... choice of electrodes will be made according to the culture time envisaged. Indeed, the silver or silver chloride electrodes are to be avoided for culture times greater than a few hours because they can release toxic ions for the cultured cells. For a culture up to 6 weeks, PEDOT-PSS will be preferred because it has good stability in liquid medium.

Dans un mode de réalisation particulier, les électrodes source et de drain sont en or ou recouvertes d’or.In a particular embodiment, the source and drain electrodes are made of gold or covered with gold.

Dans un autre mode de réalisation préféré, l’électrode de grille est en PEDOT-PSS.In another preferred embodiment, the gate electrode is made of PEDOT-PSS.

Dans un mode de réalisation préféré, les électrodes source et de drain sont en or ou recouvertes d’or et l’électrode de grille est en PEDOT :PSS.In a preferred embodiment, the source and drain electrodes are made of gold or covered with gold and the gate electrode is made of PEDOT: PSS.

Le tube utilisé pour préparer un dispositif selon l’invention sera réalisé dans un matériau capable de résister à la congélation et à la lyophilisation (lorsque la matrice est préparée directement à l’intérieur du tube), mais aussi à une température prolongée de 37°C et des taux d'humidité élevés comme cela est le cas dans un bioréacteur, sans que cela n’altère sa structure et sans qu’il ne se décompose ou ne relargue/diffuse des molécules toxiques dans le milieu de culture.The tube used to prepare a device according to the invention will be made of a material capable of withstanding freezing and lyophilization (when the matrix is prepared directly inside the tube), but also at an extended temperature of 37 °. C and high humidity levels as is the case in a bioreactor, without this altering its structure and without it decomposing or releasing / diffusing toxic molecules into the culture medium.

A titre d’exemple, des tubes microfluidiques en polyvinylidene fluoride (PVDFj, en polyétheréthercétone (PEEK), en polytétrafluoroéthylène (PTFEj TeflonR, en TygonR, en éthylene-propylène fluoré (FEP), en éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE) ou en polypropylène (PP) peuvent être utilisés pour réaliser le transistor selon l’invention.For example, microfluidic tubes made of polyvinylidene fluoride (PVDFj, polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFEj Teflon R , Tygon R , fluorinated ethylene-propylene (FEP), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) or polypropylene (PP) can be used to make the transistor according to the invention.

Dans un mode de réalisation préféré, le tube est en polyvinylidene fluoride ou en polypropylène.In a preferred embodiment, the tube is made of polyvinylidene fluoride or polypropylene.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un système intégré comprenant au moins deux TEO selon l’invention mis en circuit, soit en parallèle, soit en série.In a particular embodiment, the invention relates to an integrated system comprising at least two TEOs according to the invention switched on, either in parallel or in series.

Cette configuration peut être mise en œuvre pour réaliser des puces de type « bioréacteur » comprenant différents TEO hébergeant des types cellulaires différents de sorte à reproduire des systèmes biologiques complexes. De tels systèmes intégrés constituent des modèle prédictifs plus pertinents que les modèles animaux du fait qu’ils permettent des évaluations de l’effet de molécules d’intérêt directement sur des cellules humaines reconstituant une structure en 3D proche de la structure tissulaire. Ils permettraient de répondre à une forte demande de systèmes d’évaluation en temps réel, en particulier pour la réalisation d’études précliniques, tant pour l’évaluation de la toxicité que de l’effet thérapeutique de médicament-candidat. Ces systèmes sont également adaptés au criblage de molécules.This configuration can be implemented to produce “bioreactor” type chips comprising different TEOs hosting different cell types so as to reproduce complex biological systems. Such integrated systems constitute more relevant predictive models than animal models because they allow evaluations of the effect of molecules of interest directly on human cells reconstructing a 3D structure close to the tissue structure. They would respond to a high demand for real-time evaluation systems, in particular for carrying out preclinical studies, both for the evaluation of the toxicity and of the therapeutic effect of drug-candidate. These systems are also suitable for screening molecules.

Dans un autre mode de réalisation particulier, l’invention concerne donc rutilisation d’un système intégré comprenant au moins deux TEO en tant que bioréacteur.In another particular embodiment, the invention therefore relates to the use of an integrated system comprising at least two TEOs as a bioreactor.

Le TEO selon l’invention constitue un système de culture cellulaire physiologiquement approprié à la culture cellulaire en 3D (matrice biocompatible et flux du au système microfluidique) en même temps qu’il intègre différentes méthodes d’évaluation de la morphologie cellulaire, de la différenciation cellulaire et de l’intégrité cellulaire.The TEO according to the invention constitutes a cell culture system physiologically suitable for cell culture in 3D (biocompatible matrix and flow due to the microfluidic system) at the same time as it integrates different methods of evaluation of cell morphology, of differentiation cell and cell integrity.

Le TEO selon l’invention à vocation à être combiné avec des cellules, animales ou humaines, cultivées au sein de la matrice. Ainsi, en fonction de l’état cellulaire, la tension, le courant et /ou la transconductance de la matrice sont modifiés ; leurs mesures électrochimiques réalisées par l’intermédiaire du transistor entourant la matrice, renseignent sur l’état cellulaire.The TEO according to the invention is intended to be combined with cells, animal or human, cultivated within the matrix. Thus, depending on the cell state, the voltage, current and / or transconductance of the matrix are modified; their electrochemical measurements carried out by means of the transistor surrounding the matrix, provide information on the cellular state.

Ainsi, l’invention concerne également un TEO ou un ensemble de TEO combiné(s) à des cellules cultivées au sein de la matrice.Thus, the invention also relates to a TEO or a set of TEO combined with cells cultured within the matrix.

Un deuxième objet de l’invention concerne un procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’invention.A second object of the invention relates to a process for the preparation of an organic electrochemical transistor according to the invention.

Dans un premier mode de réalisation, un procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’invention consiste à :In a first embodiment, a method for preparing an organic electrochemical transistor according to the invention consists in:

a. préparer un tube comprenant au moins deux ouvertures ;at. preparing a tube comprising at least two openings;

b. intégrer deux points conducteurs diamétralement opposés dans la paroi du tube pour réaliser l’électrode source et l’électrode de drain ;b. integrate two diametrically opposite conductive points in the wall of the tube to produce the source electrode and the drain electrode;

c. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le tube via l’une des ouvertures ;vs. inject a solution of liquid biocompatible conductive polymer into the tube through one of the openings;

d. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible, dans lequel l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube ou via une ouverture réalisée dans le corps du tube.d. freeze and then lyophilize said polymer solution so as to obtain a porous and biocompatible conductive matrix, in which the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube or via an opening made in the body of the tube.

Dans un mode de réalisation particulier, le tube préparé à l’étape a. comporte uniquement les deux ouvertures situées aux extrémités du tube et dans lequel l’électrode de grille est intégrée dans la paroi du tube ; alternativement, l’électrode de grille peut être mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube (voir les Figures IC et 1D).In a particular embodiment, the tube prepared in step a. has only the two openings located at the ends of the tube and in which the gate electrode is integrated in the wall of the tube; alternatively, the gate electrode can be contacted with the electrolyte via one end of the tube (see Figures IC and 1D).

Dans un autre mode de réalisation particulier, le tube préparé à l’étape a. comporte 3 ouvertures, la troisième ouverture dans le corps du tube permettant la mise en contact dudit canal avec l’électrode de grille via l’électrolyte (voir les Figure IA et IB). Dans un mode de réalisation alternatif, la troisième ouverture permet l’insertion des électrodes source et de drain (voir les Figures IC et 1D).In another particular embodiment, the tube prepared in step a. has 3 openings, the third opening in the body of the tube allowing contact of said channel with the gate electrode via the electrolyte (see Figures IA and IB). In an alternative embodiment, the third opening allows the insertion of the source and drain electrodes (see Figures IC and 1D).

Ainsi, un mode de réalisation alternatif, un procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’invention consiste à :Thus, an alternative embodiment, a process for preparing an organic electrochemical transistor according to the invention consists in:

a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ;at. preparing a tube comprising at least three openings;

b. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le tube via l’une des ouvertures ;b. inject a solution of liquid biocompatible conductive polymer into the tube through one of the openings;

c. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible ;vs. freezing and then lyophilizing said polymer solution so as to obtain a porous and biocompatible conductive matrix;

dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l’ouverture réalisée dans le corps du tube et l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube.in which the source and drain electrodes are inserted via the opening made in the body of the tube and the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube.

Dans un deuxième mode de réalisation, un procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’invention consiste à :In a second embodiment, a method for preparing an organic electrochemical transistor according to the invention consists in:

a. préparer un tube comprenant au moins deux ouvertures et deux points conducteurs diamétralement opposés dans la paroi du tube pour réaliser l’électrode source et l’électrode de drain,at. prepare a tube comprising at least two openings and two diametrically opposite conductive points in the wall of the tube to produce the source electrode and the drain electrode,

b. préparer une matrice conductrice poreuse et biocompatible en congelant puis lyophilisant une solution de polymère conducteur biocompatible liquide,b. preparing a porous and biocompatible conductive matrix by freezing and then lyophilizing a solution of liquid biocompatible conductive polymer,

c. insérer ladite matrice préparée à l’étape b. dans le tube préparé à l’étape a dans lequel l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube.vs. insert said matrix prepared in step b. in the tube prepared in step a in which the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube.

Les points conducteurs intégrés dans la paroi permettent la connexion électrique entre les électrodes source et de drain et le canal. Dans un mode de réalisation alternatif, les électrodes source et de drain ne sont pas intégrées dans la paroi du tube mais insérées par l’intermédiaire d’une ouverture du tube situé en position supérieure (comme illustré aux Figures IC et 1D).The conductive points integrated in the wall allow the electrical connection between the source and drain electrodes and the channel. In an alternative embodiment, the source and drain electrodes are not integrated into the wall of the tube but inserted through an opening of the tube located in the upper position (as illustrated in Figures IC and 1D).

Ainsi dans un tel mode de réalisation alternatif, un procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’invention consiste à :Thus in such an alternative embodiment, a process for preparing an organic electrochemical transistor according to the invention consists in:

a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ;at. preparing a tube comprising at least three openings;

b. préparer une matrice conductrice poreuse et biocompatible en congelant puis en lyophilisant une solution de polymère conducteur biocompatible liquide,b. preparing a porous and biocompatible conductive matrix by freezing and then lyophilizing a solution of liquid biocompatible conductive polymer,

c. insérer ladite matrice préparée à l’étape b. dans le tube préparé à l’étape a.vs. insert said matrix prepared in step b. in the tube prepared in step a.

dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l’ouverture réalisée dans le corps du tube et l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube.in which the source and drain electrodes are inserted via the opening made in the body of the tube and the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube.

Lorsque la matrice est préparée avant d’être placée dans le tube, ses dimensions seront légèrement inférieures à celle du tube de sorte à ce que la matrice soit en contact avec les parois du tube une fois insérée, soit inférieures de sorte à ce que la matrice, une fois insérée, ne soit pas en contact avec les parois du tube.When the matrix is prepared before being placed in the tube, its dimensions will be slightly smaller than that of the tube so that the matrix is in contact with the walls of the tube once inserted, or smaller so that the matrix, once inserted, is not in contact with the walls of the tube.

Quelque soit le mode de réalisation, le procédé de préparation selon l’invention peut en outre comprendre l’ajout de polymères synthétiques ou de protéines dans la matrice soit avant congélation (et lyophilisation), soit après lyophilisation.Whatever the embodiment, the preparation process according to the invention can also comprise the addition of synthetic polymers or proteins to the matrix either before freezing (and lyophilization) or after lyophilization.

Dans un mode de réalisation préféré, la lyophilisation est une sublimation.In a preferred embodiment, lyophilization is a sublimation.

Un troisième objet de l’invention concerne l’utilisation d’un TEO selon l’invention pour la détection d’un état cellulaire applicable en particulier à des cellules en cours d’adhésion, de prolifération, ou de différentiation, d'apoptose ou de mort cellulaire. Cet état est corrélé à la tension, au courant et à la transconductance de la matrice mesurés grâce au transistor. L’utilisation du transistor permet donc de mesurer ces paramètres à un temps t et de les comparer avec les mesures obtenues à un temps t+1, pour évaluer un changement d’état.A third object of the invention relates to the use of a TEO according to the invention for the detection of a cellular state applicable in particular to cells in the course of adhesion, proliferation, or differentiation, apoptosis or of cell death. This state is correlated to the voltage, the current and the transconductance of the matrix measured thanks to the transistor. The use of the transistor therefore makes it possible to measure these parameters at a time t and to compare them with the measurements obtained at a time t + 1, to evaluate a change of state.

Ce système a l’avantage de prendre en considération l’ensemble des signaux de la cellule : les signaux biochimiques, les caractéristiques mécaniques et les signaux électriques, qui sont amplifiés grâce à l’utilisation d’un transistor.This system has the advantage of taking into account all of the cell's signals: biochemical signals, mechanical characteristics and electrical signals, which are amplified by the use of a transistor.

Le TEO de l’invention présente également l’avantage de permettre la co-culture de cellules, par exemple des fibroblastes et cellules épithéliales, ou une combinaison de différents types de cellules reproduisant l’hétérogénéité tissulaire et la spécificité des écosystèmes tissulaires particuliers.The TEO of the invention also has the advantage of allowing the co-culture of cells, for example fibroblasts and epithelial cells, or a combination of different types of cells reproducing tissue heterogeneity and the specificity of particular tissue ecosystems.

Le TEO est donc un dispositif pour le diagnostic et le suivi de développement de cellules in vitro, en particulier de cellules humaines.TEO is therefore a device for diagnosing and monitoring the development of cells in vitro, in particular human cells.

Le dispositif selon l’invention peut remplacer avantageusement les tests sur les animaux puisqu’il reproduit un tissu d’origine humaine en 3D, alors que la pertinence des modèles animaux est souvent relative et contestée. Il arrive souvent que les résultats intéressants obtenus sur un modèle animal ne soient pas confirmés lors des études cliniques. De même, des résultats négatifs obtenus sur modèle animal conduisent à écarter certaines approches thérapeutiques alors qu’elles sont en réalité valables chez l’homme. Un dispositif selon l’invention a vocation à répondre à ce type de problématique.The device according to the invention can advantageously replace tests on animals since it reproduces tissue of human origin in 3D, while the relevance of animal models is often relative and disputed. It often happens that the interesting results obtained on an animal model are not confirmed during clinical studies. Likewise, negative results obtained in animal models lead to the exclusion of certain therapeutic approaches when they are in reality valid in humans. A device according to the invention is intended to respond to this type of problem.

Ainsi, l’invention concerne également une méthode d’évaluation de l’effet d’une molécule ou d’une combinaison de molécules sur des cellules cultivées dans une matrice en 3 dimensions intégrée dans un dispositif de type transistor tubulaire selon l’invention.Thus, the invention also relates to a method for evaluating the effect of a molecule or a combination of molecules on cells cultivated in a 3-dimensional matrix integrated in a device of the tubular transistor type according to the invention.

Cette méthode peut être appliquée à de nombreuses approches telles que :This method can be applied to many approaches such as:

- l’évaluation de la fonctionnalité de cellules différenciées à partir de cellules souches telles que les iPS, cellules qui peuvent être utilisées dans des tests de criblage et de diagnostic et dont il est important de vérifier les caractéristiques biologiques et physiologiques ;- the evaluation of the functionality of differentiated cells from stem cells such as iPS, cells which can be used in screening and diagnostic tests and whose biological and physiological characteristics are important to verify;

- la mesure d’un état cellulaire en temps réel et en continu dans une culture en 3 dimensions ;- the measurement of a cellular state in real time and continuously in a culture in 3 dimensions;

- en tant que système intégré microfluidique sur puce, par exemple dans le but de reproduire un bioréacteur mettant en jeu des tissus de natures différentes. Pour ce faire, la puce peut comporter un ensemble de TEO mis en circuit de sorte à reproduire un « système multi-organe ». Un tel système in vitro peut être utilisé dans de nombreuses applications telles que l’évaluation du potentiel métastatique de cellules cancéreuses, l’évaluation de la toxicité de molécules circulantes, de métabolites et leur effet sur des tissus situés à distance....- as an integrated microfluidic system on a chip, for example in order to reproduce a bioreactor involving tissues of different natures. To do this, the chip can include a set of TEOs put in circuit so as to reproduce a “multi-organ system”. Such an in vitro system can be used in numerous applications such as the evaluation of the metastatic potential of cancer cells, the evaluation of the toxicity of circulating molecules, of metabolites and their effect on distant tissues ...

Enfin, il est possible de coupler les mesures réalisées grâce au transistor (tension, courant et transconductance) avec d’autres méthodes d’analyse. En effet, il est possible de recueillir le milieu qui sort du TEO et d’analyser sa composition, soit directement, soit après concentration, pour identifier les métabolites des cellules ou tout autre biomarqueur tel que des facteurs de croissance, des cytokines... D’autre part, il est possible d’analyser la structure cellulaire, la configuration des cellules au sein de la matrice 3D par imagerie. Ce type d’analyse peut être réalisée directement sur coupe du fait que la matrice est transparente. Ces analyses peuvent venir conforter ou affiner le résultat obtenu grâce à l’analyse des signaux recueillis grâce au transistor. Du fait de la transparence de la matrice, il est également possible de réaliser des analyses optiques et électriques en temps réel sur les cultures cellules en 3D (il n’est pas nécessaire de retirer la matrice et donc aucune manipulation cellulaire n’est requise).Finally, it is possible to couple the measurements made using the transistor (voltage, current and transconductance) with other analysis methods. Indeed, it is possible to collect the medium which leaves the TEO and to analyze its composition, either directly or after concentration, to identify the metabolites of the cells or any other biomarker such as growth factors, cytokines ... On the other hand, it is possible to analyze the cell structure, the configuration of cells within the 3D matrix by imaging. This type of analysis can be carried out directly on a section because the matrix is transparent. These analyzes can reinforce or refine the result obtained thanks to the analysis of the signals collected thanks to the transistor. Due to the transparency of the matrix, it is also possible to perform optical and electrical analyzes in real time on cell cultures in 3D (it is not necessary to remove the matrix and therefore no cell manipulation is required) .

Les inventeurs ont également montré que la force du flux (force de cisaillement) augmente la vitesse de différenciation des cellules, notamment des cellules souches (Curto, et al.,. Organic transistor platform with integrated microfluidics for in-line multiparametric in vitro cell monitoring. 2017, Nature Microsystems and Nanoengineering, 3: 17028 (2017)doi:10.1038/micronano.2017.28}. Ainsi, il est possible d’adapter la vitesse du flux pour accélérer la différentiation cellulaire.The inventors have also shown that the force of the flow (shear force) increases the speed of differentiation of cells, in particular stem cells (Curto, et al.,. Organic transistor platform with integrated microfluidics for in-line multiparametric in vitro cell monitoring . 2017, Nature Microsystems and Nanoengineering, 3: 17028 (2017) doi: 10.1038 / micronano.2017.28}. Thus, it is possible to adapt the speed of the flow to accelerate cell differentiation.

La présente invention sera mieux comprise à la lumière des exemples qui suivent, qui n’ont qu’un rôle illustratif et ne doivent pas être considérés comme limitant la portée de l’invention.The present invention will be better understood in the light of the examples which follow, which have only an illustrative role and should not be considered as limiting the scope of the invention.

FIGURESFIGURES

Figure 1 : Vues schématiques de dispositifs tubulaires comprenant un transistor électrochimique organique intégré dans un tube. Dans une première configuration, les électrodes source et de drain (A et C) sont intégrées dans la paroi du tube alors que l’électrode de grille (B) est en contact avec le canal par l’intermédiaire d’une ouverture dans le corps du tube, (IA) vue de coté, (IB) coupe transversale. Dans une seconde configuration, les électrodes source et de drain (A et C) sont insérées dans une ouverture du tube aménagée dans la paroi du corps du tube alors que l’électrode de grille (B) est enchâssée dans le système tubulaire par l’une des extrémités du tube, (IC) vue de coté, (1D) coupe transversale.Figure 1: Schematic views of tubular devices comprising an organic electrochemical transistor integrated in a tube. In a first configuration, the source and drain electrodes (A and C) are integrated into the wall of the tube while the gate electrode (B) is in contact with the channel via an opening in the body of the tube, (IA) side view, (IB) cross section. In a second configuration, the source and drain electrodes (A and C) are inserted into an opening of the tube arranged in the wall of the body of the tube while the gate electrode (B) is embedded in the tubular system by the one end of the tube, (IC) side view, (1D) cross section.

Figure 2 : Représentation des étapes de fabrication d’un dispositif tubulaire selon l’invention. (A) Préparation d’une tube à 3 ouvertures, (B) Insertion de points conducteurs pour les électrodes source et de drain, (C) Raccordement des électrodes source et de drain aux points conducteurs, (D) Injection de la matrice PEDOT :PSS dans le système tubulaire (solution liquide), (E) Obtention d’une matrice PEDOT :PSS poreuse par congélation-lyophilisation.Figure 2: Representation of the stages of manufacturing a tubular device according to the invention. (A) Preparation of a tube with 3 openings, (B) Insertion of conductive points for the source and drain electrodes, (C) Connection of the source and drain electrodes to the conductive points, (D) Injection of the PEDOT matrix: PSS in the tubular system (liquid solution), (E) Obtaining a PEDOT matrix: porous PSS by freeze-lyophilization.

Figure 3 : (3A) Mesures des caractéristiques de sortie du courant de drain Id en fonction de la tension de drain, Vd pour une tension de grille Vg variant de 0V à 0,6V (avec une étape de 0,1V) d’un dispositif tubulaire comprenant un TEO intégrant une matrice de type PEDOT :PSS avec une électrode de grille en Ag/AgCl. (3B) montre la courbe de transfert de la transconductance gm à Vd=0,6V. La distance entre les électrodes source et de drain étant égale à d=800 pm.Figure 3: (3A) Measurements of the output characteristics of the drain current Id as a function of the drain voltage, Vd for a gate voltage Vg varying from 0V to 0.6V (with a step of 0.1V) of a tubular device comprising a TEO integrating a matrix of the PEDOT: PSS type with a gate electrode of Ag / AgCl. (3B) shows the transfer curve of the transconductance g m at Vd = 0.6V. The distance between the source and drain electrodes being equal to d = 800 μm.

Figure 4 : (4A) Mesures des caractéristiques de sortie du courant de drain Id en fonction de la tension de drain, Vd pour la tension de la grille, Vg variant de 0V à 0,6V (avec une étape de 0,1V) d’un dispositif tubulaire comprenant un TEO intégrant une matrice de type PEDOT :PSS avec une électrode de grille en Ag/AgCl. (4B) montre la courbe de transfert de la transconductance gm à Vd=0,6V. La distance entre les électrodes source et de drain étant égale à d= 250 pm.Figure 4: (4A) Measurements of the output characteristics of the drain current Id as a function of the drain voltage, Vd for the gate voltage, Vg varying from 0V to 0.6V (with a step of 0.1V) d '' a tubular device comprising a TEO integrating a PEDOT: PSS type matrix with an Ag / AgCl gate electrode. (4B) shows the transconductance transfer curve g m at Vd = 0.6V. The distance between the source and drain electrodes being equal to d = 250 μm.

Figure 5 : Mesures des caractéristiques de sortie du courant de drain Id en fonction de la tension de drain, Vd pour la tension de la grille, Vg variant de 0V à 0,6V (avec une étape de 0,1V) d’un dispositif tubulaire comprenant un TEO de type PEDOT :PSS avec (A) une électrode de grille en PEDOT : PSS et (B) une électrode de grille en Pt.Figure 5: Measurements of the output characteristics of the drain current Id as a function of the drain voltage, Vd for the gate voltage, Vg varying from 0V to 0.6V (with a step of 0.1V) of a device tubular comprising a PEDOT: PSS type TEO with (A) a PEDOT: PSS gate electrode and (B) a Pt gate electrode.

Figure 6 : Représentation du courant de drain et de grille en fonction du temps en utilisant du PBS en tant qu’électrolyte (de 0 à environ 585 secondes) puis en remplaçant le PBS par du milieu de culture (de 775 à 920 secondes). Entre les deux intervalles de temps, aucun électrolyte n’est présent. Une série d’impulsions de -0,3V sont appliquées au niveau de la grille, alors que le voltage est maintenu constant à -0,2V.Figure 6: Representation of the drain and gate current as a function of time using PBS as an electrolyte (from 0 to about 585 seconds) then replacing the PBS with culture medium (from 775 to 920 seconds). Between the two time intervals, no electrolyte is present. A series of -0.3V pulses are applied to the grid, while the voltage is kept constant at -0.2V.

Figure 7 : montre une comparaison de la réponse transitoire à une impulsion de Vg = 0,3V en utilisant du PBS (ligne pointillée), du milieu de culture (ligne continue) en tant qu’électrolyte. Le niveau d'impulsion de la tension de la grille est visible on haut de la figure (ligne pointillée). La tension de drain est maintenue constante à -0,2V.Figure 7: shows a comparison of the transient response to a pulse of Vg = 0.3V using PBS (dotted line), culture medium (solid line) as the electrolyte. The pulse level of the grid voltage is visible at the top of the figure (dotted line). The drain voltage is kept constant at -0.2V.

Figure 8 : montre une comparaison des caractéristiques de sortie du dispositif tubulaire comprenant un TEO selon l’invention avant et après stérilisation du dispositif dans une solution d’éthanol à 70% pendant 30 min.Figure 8: shows a comparison of the output characteristics of the tubular device comprising a TEO according to the invention before and after sterilization of the device in a 70% ethanol solution for 30 min.

Figure 9 : montre une comparaison des caractéristiques de sortie du dispositif tubulaire comprenant un TEO fonctionnant en présence de cellules après 1, 3 ou 5 jours de culture. La tension appliquée au niveau de la grille est égale à Vg = 0,6V.Figure 9: shows a comparison of the output characteristics of the tubular device comprising a TEO operating in the presence of cells after 1, 3 or 5 days of culture. The voltage applied to the grid is equal to Vg = 0.6V.

Figure 10 : montre une image en fluorescence optique de cellules MDCK11 à l’intérieur d’une matrice PEDOT :PSS intégrée dans un dispositif tubulaire comprenant un TEO après 5 jours de culture cellulaire.Figure 10: shows an optical fluorescence image of MDCK11 cells inside a PEDOT: PSS matrix integrated into a tubular device comprising a TEO after 5 days of cell culture.

Figure 11 : (11A) Comparaison des courbes de sortie, (11B) courbes de transfert et (11C) courbe de transconductance du dispositif tubulaire comprenant un TEO avant et après une culture de 3 jours des cellules MDCK11.Figure 11: (11A) Comparison of the output curves, (11B) transfer curves and (11C) transconductance curve of the tubular device comprising a TEO before and after a 3-day culture of MDCK11 cells.

Figure 12 : (12A) Comparaison des courbes de sortie, (12B) courbes de transfert et (12C) courbe de transconductance du dispositif tubulaire comprenant un TEO avant et après une culture de 3 jours de fibroblastes.Figure 12: (12A) Comparison of the output curves, (12B) transfer curves and (12C) transconductance curve of the tubular device comprising a TEO before and after a 3-day fibroblast culture.

Figure 13 : Histogramme représentatif des variations relatives des pourcentages de transconductance après une culture cellulaire de 1, 3 ou 5 jours.Figure 13: Histogram representative of the relative variations in the percentages of transconductance after a cell culture of 1, 3 or 5 days.

Figure 14 : Réponse du courant de drain transitoire aux impulsions périodiques en créneaux (Vgs = 0,3V), avant ensemencement cellulaire et après 1 et 2 jours de culture cellulaires (cellules MDCK11).Figure 14: Response of the transient drain current to periodic pulses in slots (Vgs = 0.3V), before cell seeding and after 1 and 2 days of cell culture (MDCK11 cells).

PARTIE EXPERIMENTALEEXPERIMENTAL PART

Préparation de la matrice conductricePreparation of the conductive matrix

Une solution a été obtenue en mélangeant une solution aqueuse de PEDOT :PSS (Clevios PH-100, Heraeus) avec une concentration de 1,25 % en poids avec du 3glycidoxypropyltrimethoxysilane (GOPS) en tant qu’agent réticulant à une concentration de 3 % en poids pour améliorer les propriétés mécaniques et la stabilité de la matrice dans l’eau.A solution was obtained by mixing an aqueous solution of PEDOT: PSS (Clevios PH-100, Heraeus) with a concentration of 1.25% by weight with 3glycidoxypropyltrimethoxysilane (GOPS) as crosslinking agent at a concentration of 3% by weight to improve the mechanical properties and the stability of the matrix in water.

De plus, la solution de PEDOT : PSS peut être mélangée avec du collagène (0,05 % en poids) et / ou avec de la DBSA (0,5% en poids).In addition, the PEDOT: PSS solution can be mixed with collagen (0.05% by weight) and / or with DBSA (0.5% by weight).

Ces différentes solutions ont été utilisées pour préparer des matrices conductrices.These different solutions have been used to prepare conductive matrices.

Tubes et électrodesTubes and electrodes

Des tubes disponibles dans le commerce avec 2 ou 3 ouvertures ont été utilisés pour la réalisation des matrices conductrices et des dispositifs TEO correspondants.Commercially available tubes with 2 or 3 openings were used to make the conductive matrices and the corresponding TEO devices.

De tubes de divers matériaux ont été testés dans les dispositifs TEO tels que (a) le Polyvinylidene fluoride (PVDF), le Polyetherethercétone (PEEK), (b) le polytétrafluoroéthylène (PTFE), (c) le TygonR, (d) l’éthylène-propylène fluoré (FEP), (e) le tétrafluoroéthylène d'éthylène (ETFE) ou le polypropylène (PP). Les diamètres du tube testés ont varié entre 1 millimètre et 5 millimètres, alors que les longueurs ont varié entre 10 millimètres à 50 millimètres. Des têtes d’électrodes recouvertes d'or de diverses tailles ont été employées pour la préparation des électrodes source et de drain.Tubes of various materials were tested in TEO devices such as (a) Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polyetheretherketone (PEEK), (b) polytetrafluoroethylene (PTFE), (c) TygonR, (d) l fluorinated ethylene propylene (FEP), (e) ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) or polypropylene (PP). The diameters of the tube tested varied between 1 millimeter and 5 millimeters, while the lengths varied between 10 millimeters and 50 millimeters. Various sizes of gold-coated electrode heads were used to prepare the source and drain electrodes.

Fabrication des dispositifs TEOManufacture of TEO devices

Les matrices conductrices ont été préparées à l'intérieur des structures tubulaires. Typiquement, un tube en forme de T avec 3 ouvertures est utilisé pour loger la matrice conductrice. Les électrodes de source-drain (têtes pogo) sont fixées de manière diamétralement opposées à l'intérieur du tube et à une distance comprise entre lOOpm à 1 millimètre. Les tubes sont fixés à l'intérieur du tube avec une bride en caoutchouc et une colle médicale. La solution de PEDOT:PSS a été injectée dans le système tubulaire, en s’assurant que celui-ci est bien rempli par la solution sans former des bulles ou d’espace vide. Le volume de remplissage dépend de la taille souhaitable de la matrice conductrice. Un volume est typiquement compris entre 20 et 40 pl. Après avoir rempli les tubes avec la solution, les dispositifs ont été placés dans un congélateur-dessiccateur (Cryotec), où ils ont été congelés de 5°C à -40°C à une vitesse contrôlée de -0,9 °C. min1, point auquel la glace est sublimée des matrices. Des méthodes de lyophilisation de matrice PEDOT:PSS sont décrites dans Wan et al. (J. Mater.B, 2015, 3, no.25, 5040-48)The conductive matrices were prepared inside the tubular structures. Typically, a T-shaped tube with 3 openings is used to house the conductive matrix. The source-drain electrodes (pogo heads) are fixed in diametrically opposite directions inside the tube and at a distance of between 100 pm and 1 millimeter. The tubes are fixed inside the tube with a rubber strap and medical glue. The PEDOT: PSS solution was injected into the tubular system, ensuring that it was filled with the solution without forming bubbles or empty space. The filling volume depends on the desirable size of the conductive matrix. A volume is typically between 20 and 40 μl. After filling the tubes with the solution, the devices were placed in a freezer-dryer (Cryotec), where they were frozen from 5 ° C to -40 ° C at a controlled speed of -0.9 ° C. min1, point at which the ice is sublimated from the matrices. PEDOT: PSS matrix lyophilization methods are described in Wan et al. (J. Mater.B, 2015, 3, no.25, 5040-48)

Le procédé de fabrication du transistor est représenté à la Figure 2. Celui-ci comprend l’assemblage du tube avec les points de contact métalliques servant à relier les électrodes, puis l’introduction du liquide PEDOT:PSS dans le tube, suivi de la lyophilisation in situ utilisant un lyophiliseur. Après sublimation, les matrices ont été placées dans un four à vide à 60°C pendant 2 heures. Avant utilisation, les TEO ont été rincés plusieurs fois à l’eau distillée. Ils ont été alors maintenus dans l’eau distillée plus de 24 heures pour permettre la diffusion des composants à faible poids moléculaire hors de la structure. Les matrices utilisées pour des expériences de culture cellulaire ont été de plus traitées à l’éthanol à 70% pendant environ 30 min pour les rendre stériles.The manufacturing process of the transistor is shown in Figure 2. This includes assembling the tube with the metal contact points used to connect the electrodes, then introducing the PEDOT: PSS liquid into the tube, followed by the in situ freeze drying using a freeze dryer. After sublimation, the matrices were placed in a vacuum oven at 60 ° C for 2 hours. Before use, the TEOs were rinsed several times with distilled water. They were then kept in distilled water for more than 24 hours to allow the diffusion of the low molecular weight components out of the structure. The matrices used for cell culture experiments were further treated with 70% ethanol for about 30 min to make them sterile.

Caractérisation de la matriceCharacterization of the matrix

La microstructure de la matrice a été caractérisée par microscopie électronique de balayage (SEM). Un microscope SEM (MEB ultra 55 - Cari Zeiss) a été spécifiquement employé pour évaluer l'invasion des cellules dans les matrices. Brièvement, les cellules présentes dans la matrice ont été fixées avec du paraformaldéhyde à 4% pendant 20 min sous perfusion à la température ambiante, puis lavées soigneusement au PBS. La matrice a été détachée des électrodes et extraite du tube en appliquant une force mécanique. Elle a ensuite été déshydratée par passage dans une série de bains d'éthanol à concentration croissante. Enfin, l'échantillon a été recouvert d’une couche d’or/paladium de 10 nm et analysé en appliquant un courant de 5 kilovolts. La capacité de compression de la matrice à base de PEDOT hydraté a été mesurée utilisant un Instron avec un capteur de pression dupiézoélectrique lkN. Chaque matrice a été immergée pendant une heure dans du PBS et puis examinée. Les éléments ont été comprimés à une vitesse de lmm/s. Le module de Young est calculé en considérant la pente dans la partie linéaire de la courbe d'effort de tension.The microstructure of the matrix was characterized by scanning electron microscopy (SEM). A SEM microscope (MEB ultra 55 - Cari Zeiss) was specifically used to evaluate the invasion of cells in the matrices. Briefly, the cells present in the matrix were fixed with 4% paraformaldehyde for 20 min under infusion at room temperature, then washed carefully with PBS. The matrix was detached from the electrodes and extracted from the tube by applying mechanical force. It was then dehydrated by passage through a series of increasing concentration ethanol baths. Finally, the sample was covered with a 10 nm layer of gold / paladium and analyzed by applying a current of 5 kilovolts. The compression capacity of the hydrated PEDOT matrix was measured using an Instron with a lkN dupiezoelectric pressure sensor. Each matrix was immersed for one hour in PBS and then examined. The elements were compressed at a speed of lmm / s. Young's modulus is calculated by considering the slope in the linear part of the tension force curve.

Expérience de culture cellulaireCell culture experience

Des cellules MDCK11 ont été cultivées dans du milieu DMEM pauvre en glucose supplémenté avec 10% de SVF (sérum de veau fœtal), de la glutamine à 2mM, 50 U.mL-1 de pénicilline et 50 pg.mL-l de streptomycine. Les cellules ont été marquées à l’actine fluorescente en utilisant le T1F LifeAct conformément aux instructions du fabricant (Ibidi, Gmbh) et comme décrit pour le pCMVLifeAct-TagRFP. Pour maintenir l'expression de l’actine fluorescente, 500 pgmL-l de Geneticin sont ajoutés au milieu de culture. 5 ml de 3xl06 cellules MDCK11 en suspension ont été injectés dans la matrice en utilisant le même milieu de culture supplémenté avec HEPES 20 mM +/-geneticine, le cas échéant. Des cellules ont été ensemencées en haut de la matrice puis le milieu a été lentement retiré jusqu'à ce qu’une fine couche de liquide soit observée à la surface de la matrice. Après ensemencement des cellules, les matrices ont été incubées pendant 1 heure à 37°C pour permettre aux cellules d'adhérer, après quoi du milieu frais a été ajouté au système pour éliminer les cellules non adhérentes. Un faible flux del,6 pL.min1 d’écoulement a été appliqué pour alimenter les cellules pendant 1 à 5 jours et les éléments ont été incubés en atmosphère humidifiée à 37°C, sous CO2 à 5%.MDCK11 cells were grown in glucose-poor DMEM medium supplemented with 10% FCS (fetal calf serum), 2mM glutamine, 50 U.mL-1 penicillin and 50 pg.mL-1 streptomycin. The cells were labeled with fluorescent actin using T1F LifeAct according to the manufacturer's instructions (Ibidi, Gmbh) and as described for pCMVLifeAct-TagRFP. To maintain the expression of fluorescent actin, 500 pgmL-1 of Geneticin are added to the culture medium. 5 ml of 3 × 10 6 MDCK11 cells in suspension were injected into the matrix using the same culture medium supplemented with HEPES 20 mM +/- geneticin, if necessary. Cells were seeded at the top of the matrix and then the medium was slowly removed until a thin layer of liquid was observed on the surface of the matrix. After seeding the cells, the matrices were incubated for 1 hour at 37 ° C to allow the cells to adhere, after which fresh medium was added to the system to remove non-adherent cells. A weak flow del, 6 pL.min1 of flow was applied to feed the cells for 1 to 5 days and the elements were incubated in a humidified atmosphere at 37 ° C, under 5% CO2.

Pour le traitement à la trypsine, les matrices ont été lavées plusieurs fois avec du PBS pour enlever le milieu. Puis la solution de PBS a été remplacée par une solution contenant 0,25% de trypsine et un débit constant 10 pL.min-l a été appliqué pour aider la dissociation des cellules pendant 1 h à 37°C. Après l'incubation, plusieurs cycles manuels de perfusion/élimination ont été appliqués sur les matrices pour enlever les cellules.For the trypsin treatment, the matrices were washed several times with PBS to remove the medium. Then the PBS solution was replaced by a solution containing 0.25% of trypsin and a constant flow rate 10 pL.min-1 was applied to help the dissociation of the cells for 1 h at 37 ° C. After incubation, several manual infusion / elimination cycles were applied to the matrices to remove the cells.

Marquage immunofluorescentImmunofluorescent labeling

Des cellules MDCKII ont été fixées dans du paraformaldéhyde à 4% pendant 20 min puis perméabilisées à l’aide d’une solution de 0,1% Tritons X-100 pendant 10 min à température ambiante. Les matrices ont été soigneusement lavées avec du PBS et incubées avec une solution de rhodamine Phalloidin et DAPI (Invitrogen) pendant 30 min afin de marquer l'actine et les noyaux, respectivement. La matrice a été examinée sous l'epifluorescence/microscope confocal (AxioObserver ZI LSM 800 ZEISS).MDCKII cells were fixed in 4% paraformaldehyde for 20 min and then permeabilized using a solution of 0.1% Tritons X-100 for 10 min at room temperature. The matrices were thoroughly washed with PBS and incubated with a solution of rhodamine Phalloidin and DAPI (Invitrogen) for 30 min to label actin and nuclei, respectively. The matrix was examined under epifluorescence / confocal microscope (AxioObserver ZI LSM 800 ZEISS).

Caractérisation électrique des matricesElectrical characterization of matrices

Trois électrodes de grille différentes ont été utilisées pour mesurer les caractéristiques des transistors des systèmes tubulaires, (a) électrode d'Ag/AgCl, disponible dans le commerce, (b) maille de platine (45x25 millimètre) ou (c) matrice de PEDOT : PSS. Comme solution d'électrolyte, soit un milieu tamponné (PBS), soit un milieu de culture cellulaire ont été utilisés. Ces milieux qui ont été renouvelés avant chaque mesure. Les caractéristiques du TEO ont été mesurées utilisant un Keithley 2612A avec le logiciel LabVIEW adapté en fonction des besoins.Three different grid electrodes were used to measure the characteristics of the transistors of the tubular systems, (a) commercially available Ag / AgCl electrode, (b) platinum mesh (45x25 mm) or (c) PEDOT matrix : PSS. As the electrolyte solution, either a buffered medium (PBS) or a cell culture medium were used. These media which were renewed before each measurement. The characteristics of the TEO were measured using a Keithley 2612A with the LabVIEW software adapted as needed.

Exemple 1 : Configuration d’un TEOExample 1: Configuration of a TEO

La Figure 1 illustre deux modes de réalisation d’un dispositif TEO selon l’invention. Les schémas IA àlD montrent le positionnement de l’électrode de drain (A), l’électrode de grille (B) et l’électrode source (C) et leur connexion avec la matrice (D) selon différentes configurations.Figure 1 illustrates two embodiments of a TEO device according to the invention. Diagrams IA to ID show the positioning of the drain electrode (A), the gate electrode (B) and the source electrode (C) and their connection with the matrix (D) according to different configurations.

Exemple 2 : Caractérisation du dispositifExample 2: Characterization of the device

a. En l’absence de cellules dans la matriceat. In the absence of cells in the matrix

Le fonctionnement du transistor intégré dans un tube et comprenant une matrice en PEDOT : PSS a été caractérisé. La Figure 3 montre que l’intensité du courant de drain (Id) est corrélée à la tension de drain (Vd) (Figure 3A). De plus, l’intensité du courant de drain diminue lorsque la tension de grille augmente et la transconductance est optimale lorsque Vg est compris entre 0,3 et 0,4 (Figure 3 B).The operation of the transistor integrated in a tube and comprising a PEDOT: PSS matrix has been characterized. Figure 3 shows that the intensity of the drain current (Id) is correlated to the drain voltage (Vd) (Figure 3A). In addition, the intensity of the drain current decreases when the gate voltage increases and the transconductance is optimal when Vg is between 0.3 and 0.4 (Figure 3 B).

Lorsque l’on diminue la distance entre les électrodes source et de drain, la transconductance augmente d’environ un facteur 10 (Figure 4B).When the distance between the source and drain electrodes is decreased, the transconductance increases by about a factor of 10 (Figure 4B).

Les caractéristiques de tension, courant et transconductance du TEO sont globalement identiques que l’on utilise une électrode de grille en PEDOT :PSS ou en platine, comme montré sur la Figure 5.The voltage, current and transconductance characteristics of TEO are broadly identical whether a PEDOT: PSS or platinum gate electrode is used, as shown in Figure 5.

De plus, il a été montré que le dispositif TEO fonctionne de manière équivalente lorsqu’une solution flux microfluidique est appliquée sur la matrice que ce soit avec une solution tampon PBS (phosphate buffered saline) ou avec de milieu de culture, comme cela est illustré aux Figures 6 et 7.In addition, it has been shown that the TEO device works in an equivalent manner when a microfluidic flux solution is applied to the matrix, whether with a PBS (phosphate buffered saline) buffer solution or with culture medium, as illustrated. in Figures 6 and 7.

La figure 8 montre une comparaison des caractéristiques du transistor avant et après stérilisation à l’éthanol. La stérilisation n’affecte pas le fonctionnement du transistor. L’ensemble de ces données établissent que le TEO dans la configuration tubulaire proposée présente toutes les caractéristiques requises pour son utilisation en tant que transistor devant être utilisé pour héberger une culture de cellules en 3D à étudier.Figure 8 shows a comparison of the characteristics of the transistor before and after sterilization with ethanol. Sterilization does not affect the operation of the transistor. All of these data establish that the TEO in the proposed tubular configuration has all the characteristics required for its use as a transistor to be used to host a culture of cells in 3D to be studied.

b. En présence de cellulesb. In the presence of cells

Le dispositif a ensuite été testé après injection de cellules à l’intérieur de la matrice de PEDOT :PSS. La capacité des cellules à croître au sein de la matrice dépend de plusieurs facteurs, en particulier de la capacité des cellules à pénétrer au cœur de la matrice, à adhérer au support et à proliférer.The device was then tested after injection of cells inside the PEDOT matrix: PSS. The ability of cells to grow within the matrix depends on several factors, in particular the ability of cells to penetrate the heart of the matrix, adhere to the support and proliferate.

Le graphe présenté à la Figure 9 montre une diminution progressive du courant de drain 1d au cours du temps entre le premier jour et le 5ème jour de culture. Cette différence reflète la croissance cellulaire et le fait que la matrice est progressivement colonisée par les cellules.The graph presented in Figure 9 shows a gradual decrease in the drain current 1d over the time between the first day and the 5th day of culture. This difference reflects cell growth and the fact that the matrix is gradually colonized by cells.

a été montré sur une culture de cellules MDCK11 transfectées avec une protéine fluorescente, qu’au bout de 5 jours de culture, les cellules ont effectivement colonisées la matrice, sont en viables et en bonne santé (Figure 10).has been shown on a culture of MDCK11 cells transfected with a fluorescent protein, that after 5 days of culture, the cells have effectively colonized the matrix, are viable and healthy (Figure 10).

Ces données expérimentales valident le fait que la matrice PEDOT :PSS intégrée dans le système TEO tubulaire est adaptée à la culture cellulaire en 3D.These experimental data validate the fact that the PEDOT: PSS matrix integrated into the tubular TEO system is suitable for cell culture in 3D.

La fonctionnalité du dispositif a ensuite été testée en présence de cellules.The functionality of the device was then tested in the presence of cells.

La Figure 11 présente les résultats obtenus avec une culture de cellules de rein MDCK11 et la Figure 12 les résultats obtenus avec une culture de fibroblastes. Des résultats similaires sont obtenus avec les deux types cellulaires à savoir que la présence de cellules au sein de la matrice change de manière significative les propriétés électriques du dispositif. En effet, les courbes de tension de sortie (Figures 11A et 12A), les courbes de transfert (Figures 11B et 12B) et les courbes de transconductance (Figures 11C et 12C) montrent une nette différence entre un dispositif comprenant des cellules et un dispositif sans cellule. La Figure 13 illustre la différence de transconductance observée pour des temps de culture cellulaire de 1, 3 et 5 jours. Cette figure montre qu’une quantification cellulaire au cours de temps est possible et que l’on peut ainsi évaluer la croissance cellulaire grâce au dispositif selon l’invention.Figure 11 shows the results obtained with a MDCK11 kidney cell culture and Figure 12 the results obtained with a fibroblast culture. Similar results are obtained with the two cell types, namely that the presence of cells within the matrix significantly changes the electrical properties of the device. Indeed, the output voltage curves (Figures 11A and 12A), the transfer curves (Figures 11B and 12B) and the transconductance curves (Figures 11C and 12C) show a clear difference between a device comprising cells and a device without cell. Figure 13 illustrates the difference in transconductance observed for cell culture times of 1, 3 and 5 days. This figure shows that a cell quantification over time is possible and that it is thus possible to assess cell growth using the device according to the invention.

La sensibilité du dispositif est telle qu’il est possible, après calibration, d’évaluer la croissance cellulaire mais aussi les fonctions cellulaires (notamment l’intégrité cellulaire et le bon fonctionnement dans le cas d’étude de toxicité) et de suivre la formation tissulaire.The sensitivity of the device is such that it is possible, after calibration, to assess cell growth but also cell functions (in particular cell integrity and proper functioning in the case of toxicity study) and to follow the training tissue.

Exemple 3 : Evaluation de la croissance cellulaire grâce au TEOEXAMPLE 3 Evaluation of Cell Growth Using TEO

Des cellules épithéliales MDCK 11 ont été ensemencées dans le TEO et le système, avec toutes ses connexions électriques, a été placé dans un incubateur pendant 3 jours. Après ensemencement, le système est alimenté en continu en milieu de culture grâce à une pompe qui maintient le flux. Pour cette expérience, le TEO utilisé est celui qui représenté sur les figures IC et 1D dont les électrodes source et de drain sont recouvertes d’or et dont l’électrode de grille en maille de platine est enchâssée dans le système tubulaire.MDCK 11 epithelial cells were seeded in the TEO and the system, with all of its electrical connections, was placed in an incubator for 3 days. After seeding, the system is continuously supplied with culture medium by a pump which maintains the flow. For this experiment, the TEO used is that shown in Figures IC and 1D, the source and drain electrodes of which are covered with gold and the platinum mesh gate electrode of which is embedded in the tubular system.

La haute biocompatibilité des électrodes en platine a permis de mesurer in situ, pendant la culture cellulaire, les paramètres électriques du système pendant une période prolongée sans affecter la viabilité des cellules. Pendant que les cellules croissent à l’intérieur de la matrice conductrice (PEDOT :PSS), la présence de cellules et la formation de tissu au sein de la structure poreuse de la matrice induisent des changements significatifs dans le comportement (les paramètres) électrique du transistor TEO.The high biocompatibility of the platinum electrodes made it possible to measure in situ, during cell culture, the electrical parameters of the system for an extended period without affecting the viability of the cells. As cells grow inside the conductive matrix (PEDOT: PSS), the presence of cells and the formation of tissue within the porous structure of the matrix induce significant changes in the electrical behavior (parameters) of the TEO transistor.

Les résultats de cette expérience sont illustrés à la Figure 14. Les changements dans le comportement du transistor s’accompagnent par un temps de réponse plus lent du courant pendant les phases de dopage et de dédopage, comme cela apparaît sur le graphe 14B en conditions de réponse normalisée. De plus, les valeurs de transconductance diminuent de manière significative, dès 1 jour de culture, comme le montre la Figure IC. Tous ces changements peuvent être attribués à une augmentation de la résistance et de la capacitance de la matrice due à la présence de cellules en croissance puis à la formation de tissu et la diminution consécutive du transport ionique. L’observation sous microscope optique de la matrice à J2 montre la présence de cellules recouvrant la matrice à la fois en surface et à l’intérieur des pores (données non montrées) ; ces résultats confirment la présence de cellules au sein de la matrice et le fait que ces cellules ont la capacité de croître et de coloniser la matrice de PEDOT :PSS. Ainsi, les changements mesurés grâce au TEO sont corrélés à une observation visuelle de la croissance cellulaire au sein de la matrice.The results of this experiment are illustrated in Figure 14. The changes in the behavior of the transistor are accompanied by a slower response time of the current during the doping and dedoping phases, as it appears on graph 14B in conditions of normalized response. In addition, the transconductance values decrease significantly, from 1 day of culture, as shown in Figure IC. All of these changes can be attributed to an increase in resistance and capacitance of the matrix due to the presence of growing cells and then to tissue formation and the consequent decrease in ion transport. Observation under an optical microscope of the matrix on D2 shows the presence of cells covering the matrix both on the surface and inside the pores (data not shown); these results confirm the presence of cells within the matrix and the fact that these cells have the capacity to grow and colonize the matrix of PEDOT: PSS. Thus, the changes measured using TEO are correlated with a visual observation of cell growth within the matrix.

Ces résultats valident le fait que le TEO selon l’invention peut être utilisé comme outil de détection in situ pour l’évaluation en temps réel de l’état d’une culture cellulaire.These results validate the fact that the TEO according to the invention can be used as an in situ detection tool for the real-time evaluation of the state of a cell culture.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Transistor électrochimique organique comprenant :1. Organic electrochemical transistor comprising: (i) un canal constitué d’une matrice de polymère conducteur poreuse et biocompatible en trois dimensions, (n) une électrode source et une électrode de drain établissant chacune un contact électrique avec ledit canal, et (ni) une électrode de grille établissant un contact électrique avec un électrolyte se trouvant en contact direct avec ledit canal, caractérisé en ce que ledit canal est situé à l’intérieur d’un tube comprenant au moins 2 ouvertures.(i) a channel consisting of a matrix of porous conductive polymer and biocompatible in three dimensions, (n) a source electrode and a drain electrode each establishing electrical contact with said channel, and (ni) a gate electrode establishing a electrical contact with an electrolyte being in direct contact with said channel, characterized in that said channel is located inside a tube comprising at least 2 openings. 2. Transistor selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite matrice de polymère est constituée de PEDOT : PSS.2. Transistor according to claim 1 characterized in that said polymer matrix consists of PEDOT: PSS. 3. Transistor selon la revendication 2 caractérisé en ce que du collagène et du DBSA sont associés à ladite matrice.3. Transistor according to claim 2 characterized in that collagen and DBSA are associated with said matrix. 4. Transistor selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que les électrodes source et de drain sont en or ou recouvertes d’or et l’électrode de grille est en PEDOT :PSS.4. Transistor according to one of the preceding claims, characterized in that the source and drain electrodes are made of gold or covered with gold and the gate electrode is made of PEDOT: PSS. 5. Procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’une des revendications 1 à 4 comprenant les étapes suivantes :5. Method for preparing an organic electrochemical transistor according to one of claims 1 to 4 comprising the following steps: a. préparer un tube comprenant au moins deux ouvertures ;at. preparing a tube comprising at least two openings; b. intégrer deux points conducteurs diamétralement opposés dans la paroi du tube pour réaliser l’électrode source et l’électrode de drain ;b. integrate two diametrically opposite conductive points in the wall of the tube to produce the source electrode and the drain electrode; c. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le tube via l’une des ouvertures ;vs. inject a solution of liquid biocompatible conductive polymer into the tube through one of the openings; d. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible, dans lequel l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube ou via une troisième ouverture réalisée dans le corps du tube.d. freeze then lyophilize said polymer solution so as to obtain a porous and biocompatible conductive matrix, in which the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube or via a third opening made in the body of the tube. 6. Procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’une des revendications 1 à 4 comprenant les étapes suivantes :6. Method for preparing an organic electrochemical transistor according to one of claims 1 to 4 comprising the following steps: a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ;at. preparing a tube comprising at least three openings; b. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le tube via l’une des ouvertures ;b. inject a solution of liquid biocompatible conductive polymer into the tube through one of the openings; c. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible ;vs. freezing and then lyophilizing said polymer solution so as to obtain a porous and biocompatible conductive matrix; dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l’ouverture réalisée dans le corps du tube et l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube.in which the source and drain electrodes are inserted via the opening made in the body of the tube and the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube. 7. Procédé de préparation d’un transistor électrochimique organique selon l’une des revendications 1 à 4 comprenant les étapes suivantes :7. Process for the preparation of an organic electrochemical transistor according to one of claims 1 to 4 comprising the following steps: a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ;at. preparing a tube comprising at least three openings; b. préparer une matrice conductrice poreuse et biocompatible en congelant puis en lyophilisant une solution de polymère conducteur biocompatible liquide,b. preparing a porous and biocompatible conductive matrix by freezing and then lyophilizing a solution of liquid biocompatible conductive polymer, c. insérer ladite matrice préparée à l’étape b. dans le tube préparé à l’étape a. dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l’ouverture réalisée dans le corps du tube et l’électrode de grille est mise en contact avec l’électrolyte via l’une des extrémités du tube.vs. insert said matrix prepared in step b. in the tube prepared in step a. in which the source and drain electrodes are inserted via the opening made in the body of the tube and the gate electrode is brought into contact with the electrolyte via one of the ends of the tube. 8. Procédé selon l’une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ladite lyophilisation est une sublimation.8. Method according to one of claims 5 to 7 characterized in that said lyophilization is a sublimation. 9. Procédé de préparation selon l’une des revendications 5 à 8 comprenant en outre une étape d’ajout de polymères synthétiques ou de protéines dans la matrice, cette étape se situant soit avant la congélation, soit après la lyophilisation.9. The preparation method according to claim 5, further comprising a step of adding synthetic polymers or proteins to the matrix, this step being either before freezing or after freeze-drying. 10. Utilisation d’un transistor selon l’une des revendications 1 à 4 pour la détection d’un état cellulaire tel que des cellules en cours d’adhésion, de prolifération, de différentiation, d'apoptose ou de mort cellulaire.10. Use of a transistor according to one of claims 1 to 4 for the detection of a cellular state such as cells in the process of adhesion, proliferation, differentiation, apoptosis or cell death. 11. Système intégré revendications 1 à 4.11. Integrated system claims 1 to 4. 12. Utilisation d’un s12. Use of a s 5 bioréacteur.5 bioreactor. comprenant au moins deux transistors selon l’une des selon l’une des revendications 10 ou 11 en tant quecomprising at least two transistors according to one of according to one of claims 10 or 11 as
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