Afficheurs microfluidiques reconfigurables pour la stimulation dynamique de voies de signalisations cellulaires

1. Résumé du projet

Des progrès récents dans l’étude des moyens de communication intercellulaires dans le corps permettent maintenant d’affirmer que la fréquence à laquelle les cellules sont stimulées par des messagers chimiques, et non pas seulement l’abondance desdits messagers, est déterminante dans l’interprétation des signaux cellulaires. Dans certains cas extrêmes, un message peut produire un effet ou son contraire sur une population de cellules selon si le stimulus est pulsé ou envoyé en continu, toutes autres conditions étant égales par ailleurs. Cette découverte a des implications profondes dans la façon dont on doit concevoir les thérapies, qui doivent maintenant incorporer des éléments de dynamique cellulaire pour maximiser leurs effets tout en minimisant leurs effets secondaires. Malheureusement, la dynamique des systèmes cellulaires demeure actuellement très difficile à étudier en raison d’un manque d’outils compatibles avec les techniques de cultures cellulaires en plaques multi-puits, capables de générer des trains de signaux de haute résolution spatiale et temporelle, et d’exposer de multiples d’échantillons cellulaires en parallèle afin de réduire la durée des expériences. L’objectif de ce projet est d’utiliser des développements récents en microfluidique pour créer des afficheurs chimiques pixélisés (ACP) capables de venir exposer une culture cellulaire à des douzaines de signaux différents en amplitudes, fréquences, et doses. Analogues aux afficheurs à cristaux liquides (ACL) de nos écrans d’ordinateur, le but des ACP est de projeter des images chimiques sur des surfaces couvertes de cellules permettant de réaliser diverses expériences en parallèle (une par pixel). Ces pixels étant reconfigurables dans le temps, plusieurs séquences de réactifs ou d’étapes de cultures peuvent être réalisées en continu et ce, de façon complètement automatisée, formant ainsi l’équivalent chimique d’un film projeté sur un écran ACL pixélisé. Ce projet, résultant d’une collaboration entre Polytechnique Montréal, l’Université Concordia, et CalTech (Pasadena, CA), permettra de jeter un regard nouveau sur la signalisation cellulaire dynamique en fournissant des tables détaillées de réponse en fréquence pour une voie de signalisation cellulaire fortement conservée dans les organismes vivants, la voie NOTCH. Ce faisant, nous développerons des technologies radicalement nouvelles et potentiellement d’intérêt commercial pour la recherche pharmaceutique en biologie des systèmes et en biologie du développement, tout en formant du personnel hautement qualifié à l’interface entre la biologie des système, la microfluidique, et le génie biomédical en général.