Des chercheurs de l’université Texas A&M ont mis au point un système innovant permettant de reproduire la complexité des vaisseaux sanguins humains sur une puce, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’étude des maladies vasculaires et le développement de traitements plus efficaces.
Jusqu’à présent, les modèles de laboratoire se limitaient souvent à des représentations simplifiées des vaisseaux sanguins, considérés comme de simples tubes droits. Or, la réalité est bien plus nuancée : les vaisseaux sanguins se plient, se ramifient, se rétrécissent et se dilatent, des variations qui influencent directement la circulation sanguine et le développement de nombreuses pathologies.
Cette nouvelle approche, développée au sein du Département de génie biomédical, permet de créer des « puces vasculaires » personnalisables, reproduisant à petite échelle la structure complexe des vaisseaux sanguins. Ces dispositifs microfluidiques offrent une alternative non animale pour étudier le flux sanguin et tester l’efficacité de nouveaux médicaments.
« Nous pouvons maintenant commencer à mieux comprendre les maladies vasculaires d’une manière qui nous était auparavant inaccessible », explique le Dr Abhishek Jain, professeur agrégé et titulaire de la chaire Barbara et Ralph Cox ’53 en génie biomédical. « Non seulement il est possible de reproduire ces structures complexes, mais on peut également y intégrer de véritables cellules et tissus, et les maintenir vivants. Ce sont précisément les sites où les maladies vasculaires ont tendance à se développer, il est donc crucial de les étudier dans ces conditions. »
Le travail de Jennifer Lee, étudiante en maîtrise en génie biomédical, a été déterminant dans la conception de cette puce vasculaire avancée. Elle a réussi à modéliser les différentes formes observées dans les vaisseaux sanguins réels, notamment les ramifications, les anévrismes et les rétrécissements.
« Il existe des vaisseaux ramifiés, ou des anévrismes, qui présentent une expansion soudaine, puis une sténose qui restreint le vaisseau. Tous ces différents types de vaisseaux entraînent une modification significative du schéma d’écoulement sanguin, et l’intérieur du vaisseau sanguin est affecté par le niveau de contrainte de cisaillement provoqué par ces schémas d’écoulement », précise Jennifer Lee. « C’est ce que nous voulions modéliser. »
Ce projet s’appuie sur des recherches antérieures menées dans le même laboratoire. Quelques années auparavant, le Dr Tanmay Mathur, alors étudiant diplômé et mentor de Lee, avait déjà développé une conception de puce à vaisseau droit. Les travaux de Lee, qui seront présentés en couverture du numéro de mai 2025 de la revue Laboratoire sur puce, représentent donc une avancée significative.
L’équipe de recherche envisage d’aller encore plus loin en intégrant d’autres types de cellules au modèle actuel, qui ne comprend pour l’instant que les cellules endothéliales, composantes de la paroi des vaisseaux sanguins. Cette approche permettrait de mieux comprendre les interactions entre les différents tissus et le sang.
« Nous progressons vers ce que nous appelons la quatrième dimension des organes sur puce, où nous nous concentrons non seulement sur les cellules et le flux, mais également sur l’interaction entre les cellules et le flux dans des architectures plus complexes, ce qui constitue une nouvelle direction dans le domaine », souligne le Dr Jain.
Au-delà de l’aspect technique, Jennifer Lee souligne que cette expérience lui a permis de développer des compétences essentielles en matière de collaboration, de communication et de résolution de problèmes. « C’est un excellent environnement pour interagir non seulement avec ses pairs, mais aussi avec des étudiants diplômés et des chercheurs postdoctoraux. On apprend le travail d’équipe, la communication, l’éthique du travail et on est encouragé à essayer différentes choses. Je pense que c’est une expérience très précieuse pour les étudiants », témoigne-t-elle.
Ce projet a bénéficié du soutien financier de plusieurs organisations, notamment le programme de recherche médicale de l’armée américaine, la NASA, la Biomedical Advanced Research and Development Authority, les National Institutes of Health, la US Food and Drug Administration, la National Science Foundation et le Texas A&M University Office of Innovation Translational Investment Funds.