De nouveaux transistors pour les micro-organes sur puce

Les signaux électriques, qu’ils soient à l’échelle cellulaire, comme les potentiels d'action, ou à l’échelle multicellulaire, commandent l'activité des cellules et des organes dits excitables. Leur enregistrement extracellulaire est utilisé pour explorer les mécanismes de cette activité, mais aussi dans des dispositifs médicaux tels que l'électrocardiogramme (ECG) ou l'électroencéphalogramme (EEG). Alors que des signaux de grande amplitude sont générés par les neurones et les muscles, ils sont beaucoup plus faibles dans les organes sécréteurs d’hormones comme les îlots pancréatiques qui jouent un rôle central dans l'homéostasie(*) du glucose. Leur dysfonctionnement est d’ailleurs impliqué dans la plupart des formes de diabète. Hélas, les mesures extracellulaires classiques utilisant des électrodes métalliques manquent de sensibilité présentent un niveau de bruit élevé, ce qui les rend moins adaptées pour mesurer les signaux unicellulaires de faibles amplitude générés par certains micro-organes.

A la frontière entre science des matériau, microélectronique et biologie, les scientifiques de l’Institut de chimie et biologie des membranes et des nanoobjets (CNRS/Université de Bordeaux) et du Laboratoire de l’intégration des matériaux aux systèmes (CNRS/INP) ont développé un nouveau dispositif basé sur des transistors électrochimiques organiques verticaux (vOECT) couplés à une électronique spécialement dédiée à ce type de mesure. Ces transistors électrochimiques organiques (OECT) réagissent en effet à de très faibles changements d'environnement ionique et offrent un excellent rapport signal/bruit puisque l'amplification se fait directement à la source, à l’intérieur du transistor lui-même qui joue à la fois le rôle de capteur et celui d’amplificateur.

Cette combinaison leur a permis une analyse quantitative des signaux unicellulaires dépendant du glucose et de leur propagation dans les îlots pancréatiques. Cette technologie émergente, jamais encore utilisée pour des cellules produisant des signaux de faible amplitude, permet d’envisager l’implantation de transistors organiques dans des biocapteurs cellulaires en diabétologie. Plus généralement, ce suivi non invasif, crucial dans les investigations physiologiques qui vont permettre de comprendre le fonctionnement et les dysfonctionnements des micro-organes, ouvre de nombreuses perspectives in vitro et ex vivo dans le domaine des organes-sur-puces, comme par exemple le remplacement d'organe défectueux par un nouvel organe bioélectronique…

(*) L'homéostasie correspond à la capacité d'un système à maintenir l'équilibre de son milieu intérieur, quelles que soient les contraintes externes. À l'échelle d'un organisme, il s'agit de l'ensemble des paramètres devant rester constants ou s'adapter à des besoins spécifiques, comme la température corporelle, la glycémie, la pression sanguine ou le rythme cardiaque.

Rédacteur : CCdM