Samedi 28 Mars ÈME JOURNÉE ASSOCIATION ISLET CHIP. Groupe J. Lang Groupe S. Renaud B. Catargi

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1 Samedi 28 Mars ÈME JOURNÉE ASSOCIATION ISLET CHIP Groupe J. Lang Groupe S. Renaud B. Catargi

2 LES ÎLOTS PANCRÉATIQUES Des micro-organes multicellulaires 2 Abdomen Pancréas Tissu exocrine îlots endocrines Îlot de Langerhans Cellules β Cellules α

3 LES ÎLOTS PANCRÉATIQUES Au centre de l homéostasie glucidique Retour à la normale Glycémie (3,5 7,8 mm) Retour à la normale Glycémie Glycémie Insuline Cellules β Cellules α Glucagon Îlots pancréatiques Détecteur Effecteurs stockage production stockage production 3

4 LES ÎLOTS PANCRÉATIQUES Au centre de l homéostasie glucidique Retour à la normale Glycémie (3,5 7,8 mm) Retour à la normale Glycémie Glycémie Insuline Cellules β Cellules α Glucagon Neurotransmetteurs Adrénaline Îlots pancréatiques Détecteur Effecteurs Incrétines stockage production stockage production 4

5 LE DIABÈTE Rôle des îlots pancréatiques 5 Fonctionnement normal : Îlot de Langerhans Cellules β Insuline captation/stockage production/libération Cellules β Cellules α Glucose Glucose

6 LE DIABÈTE Rôle des îlots pancréatiques 6 Diabète de type 1 : Destruction auto-immune des cellules β Îlot de Langerhans Cellules β Insuline Cellules β Cellules α captation/stockage production/libération Glucose Glucose

7 LE DIABÈTE Rôle des îlots pancréatiques 7 Diabète de type 1 : Destruction auto-immune des cellules β Diabète de type 2 : Dysfonction des cellules β + insulinorésistance Îlot de Langerhans Cellules β Cellules β Cellules α Insuline captation/stockage production/libération Glucose Glucose

8 LE DIABÈTE DE TYPE 1 Traitement par insulinothérapie Ne tient compte que du glucose Mauvaise reconnaissance de l hypoglycémie Pas adaptatif (efforts physiques, stress ) 8 Mesures de la glycémie Injections d insuline Suivi continu du glucose Capteur de glucose électrochimique Imparfait Boucle semi-ouverte Pompe à insuline

9 LA CELLULE β Un capteur naturel du glucose un capteur biologique cellulaire du glucose qui intègre les signaux transmis par - les autres nutriments qui intègre les signaux transmis par - les hormones FLUX IONIQUES ACTIVITÉ ELECTRIQUE Adrénaline Incrétines 9

10 LA CELLULE β Un capteur naturel du glucose FLUX IONIQUES ACTIVITÉ ELECTRIQUE LE CONCEPT : Exploiter ce capteur naturel : : contrôle-qualité pré-transplantation des îlots : élément dans un capteur à boucle fermée 10

11 PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Un capteur hybride îlots-électrodes Hormones Nutriments Glucose Îlots Flux d ions = ACTIVITÉ ÉLECTRIQUE BIOCAPTEUR Cellule β Électrode Amplificateur Acquisition des signaux 11

12 PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Un capteur hybride îlots-électrodes 12 Îlots Microelectrode array 200µm

13 PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Un capteur hybride îlots-électrodes Amplificateur Acquisition du signal 13

14 50 µv PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Des signaux électriques complexes µm Flux d ions Cellules d îlots Électrode Bas glucose Haut glucose 1 min

15 50 µv 50 µv PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Des signaux électriques complexes 15 Bas glucose Haut glucose 1 min 0.5 s Potentiels d action Ondes lentes

16 PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Traitement du signal par algorithme Temps (s) Potentiels d action Ondes lentes Amplification Filtrage Quantification automatique de paramètres d intérêts Objectifs : Contrôle-qualité des îlots Détermination du besoin en insuline 16

17 PRINCIPE DU BIOCAPTEUR Fiabilité de l algorithme 17 Notre système est capable de classer différentes doses de glucose à partir du signal analysé Complexité 2 concentrations de glucose 3 concentrations de glucose 5 concentrations de glucose Classement Concentration de automatique glucose (mm) par le système 1 e 3 2 e 15 1 e 3 2 e 15 1 e 3 2 e 6 3 e 15 1 e 3 2 e 5,5 3 e 8.2 8,2 4 e 11 5 e 15

18 SIGNAUX ÉLECTRIQUES DES ÎLOTS Îlots de souris 18 Le système détecte des variations fines de glucose Protocole appliqué et de GLP-1 (à glucose 8mM) : Fréquences des ondes lentes n = 20 électrodes

19 SIGNAUX ÉLECTRIQUES DES ÎLOTS Îlots de souris 19 Le système détecte des variations fines de glucose Fréquences des ondes lentes n = 20 électrodes et de GLP-1 (à glucose 8mM) : n = électrodes

20 SIGNAUX ÉLECTRIQUES DES ÎLOTS Îlots de souris 20 Une réponse déjà observée in vivo chez l Homme Chez l homme, in-vivo Keenan et al., 2012, Am J Physiol Endocrinol Metab Dans les îlots de souris isolés Quantification par le biocapteur Peptide C Potentiels d action Ondes Lentes HAUSSE HAUSSE BAISSE BAISSE

21 50 µv 25 µv SIGNAUX ÉLECTRIQUES DES ÎLOTS Îlots humains G3 G min G8.2 G8.2 G11 Potentiels d action 0.5 s Ondes lentes Fréquences des ondes lentes (par rapport à G11) Paramètres pour le contrôle-qualité des îlots à transplanter * * G (mmol/l) # * # # $ Réseau GRAGIL PRTS : ISLET CHIP 21

22 LE DIABÈTE DE TYPE 1 La transplantation d îlots Succès à court terme : 98% insulino-indépendance après la greffe Efficacité à long terme : 10 % après 5 ans Pas de méthode de contrôle de la qualité des îlots transplantés Naftanel et al (2004) 22

23 LE DIABÈTE DE TYPE 1 La transplantation d îlots PROJET ISLETCHIP : Utilisation du biocapteur des îlots avant transplantation. pour évaluer la qualité 23

24 PROJET ISLETCHIP Un projet pluridisciplinaire Microelectronique Conception des algorithmes pour Implantation des algorithmes sur microcircuits EQUIPE S. RENAUD Biologie Cellulaire Perfectionnement du prototype par ajout de la microfluidique. Validation des algorithmes / circuits par expériences sur îlots. Détermination des critères de qualité fonctionnelle des îlots au niveau Électrophysiologique (MEA) Autres (sécrétion, ) : contrôle. EQUIPE J. LANG Clinique Isolations d îlots humains et envois d échantillons à Bordeaux. Établissement des critères de succès des greffes et suivi des patients (bases de données). RÉSEAU GRAGIL (GENÈVE, GRENOBLE, MONTPELLIER, BORDEAUX) 24

25 PROJET ISLETCHIP Axe 1 : Perfectionner le système actuel 25 Notre système électronique actuel : prototype Traitement en temps réel (< 4µs) des potentiels d action : opérationnel Intégration des ondes lentes : en cours de validation Miniaturisation et microfluidique: à venir

26 PROJET ISLETCHIP Axe 2 : Recherche de critères de qualité ISLETCHIP Recherche Qualité fonctionnelle des îlots Îlots Patient diabétique Corrélation? Donneur Succès de la greffe Bases de données

27 PROJET ISLETCHIP Objectif final : Utilisation du biocapteur transplanter ISLETCHIP pour choisir les îlots à Qualité OK? OUI Îlots NON Succès de la greffe Donneur Îlots retirés de la procédure de greffe Patient diabétique 27

28 28 CONCLUSIONS ISLET CHIP Biocapteur intégratif Discrimination des concentrations de glucose et/ou d hormones Analyse multiparamétrique des îlots de souris et des îlots humains APPLICATIONS DIVERSES EN RECHERCHE ET EN CLINIQUE - Ingéniérie tissulaire / criblage pharmacologique en diabétologie - Contrôle-qualité prétransplantation des îlots - Insulinothérapie en boucle fermée (algorythme naturel de l îlot)

29 REMERCIEMENTS Jochen LANG Fanny LEBRETON Matthieu RAOUX Eileen PEDRAZA Romain PERRIER Julien GAITAN Bogdan CATARGI Sylvie RENAUD Yannick BORNAT Antoine Pirog Adam QUOTB Jean-Baptiste FLODERER Thierry BERNEY Domenico BOSCO