La microfluidique occupe une place croissante dans le développement de nouveaux modèles d’ingénierie tissulaire. Une évolution qui fait directement écho aux travaux menés dans le cadre du projet MICROPLAITE.
À l’occasion du congrès européen 2026 de la Tissue and Regenerative Medicine International Society (TERMIS), le Prof. Lieven Thorrez (KU Leuven), partenaire du projet MICROPLAITE, a pu observer les principales tendances qui façonnent actuellement le domaine : développement de tissus perfusés, vascularisation, organes sur puce, millifluidique ou encore intégration de la microfluidique avec la bio-impression et les biocapteurs.
Il nous partage les principaux enseignements et tendances qu’il retient de cette édition.
Vers des systèmes tissulaires perfusés et fonctionnels
L’ingénierie tissulaire évolue de la création de tissus tridimensionnels vers le développement de systèmes perfusés et/ou fonctionnels. Au-delà de la différenciation cellulaire et de la conception d’échafaudages, les chercheurs cherchent de plus en plus à recréer l’environnement biologique dynamique auquel les tissus sont exposés dans le corps humain. Dans ce contexte, la microfluidique est devenue une technologie habilitante essentielle.
L’un des nouveaux axes mis en avant lors de cette édition concernait les tissus musculaires bio-ingénierés. Plusieurs équipes développent des tissus musculaires bio-ingénierés pour des applications allant de la médecine régénérative et de la modélisation des maladies au criblage de médicaments. Ces travaux comprenaient également des constructions de muscle squelettique vascularisé. Toutefois, plusieurs défis récurrents se dégagent de ces études : améliorer la maturation musculaire, la vascularisation, l’innervation et la fonctionnalité à long terme. Différents systèmes de perfusion microfluidique sont déjà utilisés pour répondre à ces limites en offrant un environnement plus physiologique que les cultures statiques.
Un autre axe majeur concernait l’ingénierie des tissus vasculaires et des réseaux microvasculaires. Plusieurs équipes développent des modèles de vaisseaux sanguins perfusables pouvant être tapissés de cellules endothéliales et exposés à des conditions d’écoulement contrôlées. Ces systèmes sont utilisés pour étudier la perméabilité vasculaire, la fonction de barrière endothéliale, l’inflammation, la thrombose et le remodelage vasculaire. La capacité à créer des réseaux vasculaires stables et fonctionnels est essentielle, car la vascularisation reste l’un des principaux défis de l’ingénierie tissulaire. Les tissus bio-ingénierés épais ne peuvent survivre sans un système efficace de transport des nutriments et de l’oxygène, ce qui fait de la microfluidique vasculaire une technologie habilitante essentielle.
Dans le domaine de l’ingénierie des tissus cutanés, des modèles avancés de peau sur puce (skin-on-chip) sont également développés, intégrant des compartiments épidermiques, dermiques et hypodermiques ainsi que des canaux vasculaires perfusables. Les modèles de peau présentent des applications prometteuses pour la recherche sur la cicatrisation, les essais de médicaments, le criblage cosmétique et le remplacement des expérimentations animales. Les systèmes millifluidiques peuvent assurer une circulation continue du milieu sous un épiderme exposé à l’air. Ces systèmes de culture dynamiques favoriseraient la maturation des tissus, une meilleure formation de la barrière, une augmentation de l’épaisseur des tissus et leur viabilité à long terme.
Le système nerveux constitue un autre domaine d’application important, dans lequel des plateformes microfluidiques sont développées pour les coupes cérébrales organotypiques, les cultures cérébelleuses, les jonctions neuromusculaires et les modèles de maladies neurodégénératives telles que la sclérose latérale amyotrophique. Ces systèmes permettent une exposition contrôlée à différents composés ainsi qu’un suivi longitudinal de l’activité neuronale, de la morphologie et de la signalisation calcique. La combinaison de la microfluidique avec des technologies avancées d’imagerie permet aux chercheurs d’étudier des processus biologiques dynamiques avec un degré de précision difficile à atteindre dans les systèmes de culture conventionnels.
Pour les modèles rénaux, des systèmes de bourgeon urétéral sur puce (ureteric bud-on-chip) et de canal collecteur sur puce (collecting duct-on-chip) sont développés. Les dispositifs microfluidiques sont conçus pour recréer les structures de drainage du rein, tout en exposant simultanément les tissus à des conditions d’écoulement physiologiques. À plus long terme, l’objectif est d’intégrer ces structures de canaux collecteurs bio-ingénierées dans des tissus rénaux biofabriqués de plus grande taille.
L’écoulement des fluides joue également un rôle dans de nombreux autres tissus, avec notamment des exemples de tissus hépatiques perfusés, d’échafaudages intestinaux revascularisés, de microtissus tendineux bio-ingénierés, d’interfaces de collagène minéralisé reproduisant la transition entre l’os et le tendon, ainsi que de systèmes inspirés de la moelle osseuse pour la production de globules rouges. Dans chacun de ces cas, l’écoulement n’est pas uniquement utilisé comme mécanisme de transport, mais également comme un stimulus biologiquement pertinent capable d’influencer le comportement cellulaire, la différenciation et l’organisation des tissus.
Quatre grandes tendances technologiques
D’un point de vue technologique, quatre tendances se dégagent.
La première est l’importance croissante accordée aux réseaux vasculaires perfusables. Plutôt que de reposer uniquement sur la diffusion, certaines équipes ont créé des canaux au sein d’hydrogels ou de constructions bio-imprimées pouvant être perfusés en continu puis endothélialisés.
La deuxième tendance est l’essor des technologies d’organes sur puce (organ-on-chip). Les reins, le cerveau, la peau, le foie, les muscles et les systèmes vasculaires étaient tous représentés par des plateformes microfluidiques conçues pour reproduire des fonctions physiologiques clés. Ces modèles offrent un environnement contrôlé dans lequel les chercheurs peuvent étudier les mécanismes des maladies, évaluer de nouvelles thérapies et analyser les réponses des tissus dans des conditions se rapprochant davantage de celles observées chez l’être humain.
Troisièmement, plusieurs équipes passent désormais de la microfluidique classique à la millifluidique. Les systèmes millifluidiques utilisent des canaux plus larges et sont plus faciles à fabriquer, à connecter et à intégrer dans les processus de bio-impression. Ils sont également mieux adaptés au maintien de tissus bio-ingénierés de plus grande taille, tout en restant compatibles avec les équipements de laboratoire standards. Cette tendance reflète une volonté plus large de rendre les technologies d’organes sur puce plus accessibles et d’évoluer vers des systèmes de plus grande taille destinés à la médecine régénérative.
Une quatrième tendance concerne l’intégration de la microfluidique avec des technologies complémentaires. La bio-impression tridimensionnelle est désormais utilisée pour créer des canaux vasculaires, des constructions cutanées, des réseaux musculaires et des architectures multicellulaires. Des biocapteurs sont intégrés afin de surveiller en temps réel le pH, le métabolisme, la perméabilité et la fonction tissulaire. Des systèmes de stimulation électrique, mécanique, magnétique et par ultrasons sont également ajoutés afin de reproduire les signaux physiologiques qui influencent le développement et la maturation des tissus. Plusieurs des plateformes présentées ne sont ainsi plus de simples dispositifs de culture, mais des systèmes expérimentaux hautement intégrés.
En résumé, la conférence a mis en évidence l’émergence d’une nouvelle génération de technologies d’ingénierie tissulaire visant à accroître la pertinence physiologique grâce à différentes méthodes, notamment les technologies de perfusion.
Ces évolutions font directement écho aux enjeux explorés dans le cadre de MICROPLAITE, autour du développement de nouvelles approches pour l’évaluation et la validation de scaffolds destinés à la reconstruction tissulaire.
