INT NeuroTech Center

Les systèmes cerveau-sur-puce connaissent un essor exponentiel ces dernières années. La compartimentalisation cellulaire de neurones en culture dans des puces microfluidiques offre une occasion unique de reconstituer l‘architecture physiologique de réseaux neuronaux complexes pour leur étude in vitro.

Le NeuroTech Center participe activement à ce développement technologique pour étudier la plasticité des réseaux neuronaux, dans un environnement sain ou malade, et leur réponse à des perturbations pharmacologiques, chimiques, électriques ou optiques.

En isolant et en identifiant chaque composant du réseau avec une résolution subcellulaire, les dispositifs cerveau-sur-puce permettent de suivre localement les dynamiques intracellulaires au cours du temps, par vidéomicroscopie, et d’investiger les mécanismes moléculaires impliqués.

• Adaptabilité: Le NeuroTech pemet de developer des dispositifs sur mesure pour reconstruire des réseaux neuronaux complexes et spécifiques aux pathologies. Ces dispositifs peuvent s’adapter à l’intégration de cellules gliales (INT SONIC, IES M²N).

• Modèles de maladie: Les puces microfluidiques permettent de créer des modèles de réseaux neuronaux sains et pathologiques en partant de cellules animales comme de cellules humaines dérivées de patients (iPSC). Le NeuroTech vise à developer ces nouveaux modèles humains sur puces pour étudier les réseaux pathologiques à l’échelle individuelle ainsi que leur réponse aux traitements. Le développement de ces outils a pour but de faciliter les phases pré-cliniques et les tests pharmacologiques individualisés dans une optique de médecine personnalisée (INT SONIC, INP Plateforme SCeNT).

• Multiplexage: Le NeuroTech travaille sur le multiplexage des puces microfluidiques et l’automatisation du contrôle des flux pour permettre du criblage de molecules parallélisé sur des modèles pathologiques sur puce (INT SONIC, Fluigent).

Partenaires: INT (SONIC), IES Montpellier (M²N), INP (SCeNT), Fluigent

Les équipes du NeuroTech concoivent, utilisent et valident des dispositifs in vitro et in vivo pour mesurer et manipuler l’activité neuronale.

• Réseaux d’électrodes in vitro: Le NeuroTech utilise des réseaux d’électrodes MEA (MultiChannel System) et développe des réseaux d’électrodes sur mesure, adaptés aux puces microfluidiques. Ces dispositifs permettent d’étudier la réponse de réseaux neuronaux complexes à un changement d’activité neuronale in vitro et d’investiguer les mécanismes moléculaires associés (INT SONIC, IES M²N).

• Electrodes flexibles in vivo:  Les équipes du NeuroTech développent des électrodes flexibles et transparentes qui s’adaptent à la viscosité du cerveau et sont compatibles avec l’imagerie in vivo chez l’animal éveillé. Ces dispositifs flexibles sont basés sur la microfabrication de polymères biocompatibles (Parylène C, PEDOT…) et permettent d’étudier la réponse dynamique des réseaux neuronaux à des stimulations. Ils sont également utilisés à des fins thérapeutiques, par exemple dans le traitement des cancers par électrochimiothérapie (Ecole des Mines BEL).

Partenaires: INT (SONIC), IES Montpellier (M²N), Ecole des Mines (BEL)

Le NeuroTech Center travaille à la mise à place et à l’amélioration de techniques d’imagerie pour répondre aux enjeux de resolution spatiale, temporelle, et en profondeur liés à l’imagerie in vivo. Le Neurotech vise à combiner ces nouvelles possibilités d’imagerie avec l’utilisation d’outils moléculaires fluorescents innovants (INT NeuroBio Tools).

• Imagerie “label-free” in vitro: Le Neurotech s’intéresse à l’imagerie quantitative de phase pour imager les cellules neuronales sans marqueurs fluorescents. Cette technique permet de quantifier les dynamiques intracellulaires sur une longue durée avec une haute resolution spatiale et temporelle sans impacter les neurones (INT SONIC, Institut Fresnel Mosaic).

• Imagerie 2 Photon in vivo ultra rapide: Les équipes du Neurotech optimisent l’imagerie biphon ultra-rapide pour étudier l’activité neuronale sous-cellulaire in vivo chez l’animal éveillé, en réponse à des stimulations optiques ou électriques. Elles s’appuient sur des indicateurs de voltage génétiquement encodés (GEVIs) qui permettent de mesurer à la fois l’activité en spike et l’activité sous le seuil d’excitation avec une resolution sous-cellulaire (INT Plateforme INPHIM, Ecole des Mines BEL).

• Imagerie photoacoustique in vivo profonde: L’imagerie optique in vivo est limitée aux couches superficielles.Le NeuroTech développe l’imagerie photoacoustique pour visualizer l’activité neuronale profonde in vivo. Les équipes travaillent sur des méthodes de détection optique des ondes acoustiques pour atteindre une résolution cellulaire en profondeur. En parallèle, ells développent des méthodes d’acquisition rapide pour obtenir une haute resolution temporelle (Institut Fresnel Mosaic, INT Plateforme INPHIM).

Partenaires: INT (INPHIM), Fresnel, INT (SONIC), LAM, S-Prime mechanique electronique

Le NeuroTech s’appuie sur les plateformes de chirurgie avancée sur petit animal (SurFiN) ainsi que le sur le centre de primatologie de la Méditerranée (MPRC) pour valider les technologies sur modèles murins et primates non-humain.