Par Richard Hammond, directeur technique chez Sphere Fluidics
Les techniques basées sur la microfluidique à cellule unique continuent d’être une technologie habilitante clé pour l’ingénierie cellulaire car elles permettent un véritable travail au niveau de la cellule unique, avec la précision associée de mesure et de contrôle de l’environnement, et un haut niveau d’automatisation, permettant la vitesse et l’échelle nécessaire pour traiter et rechercher de grandes populations.
Les approches unicellulaires ont commencé il y a plus de dix ans avec des recherches sur l’analyse des gènes unicellulaires et la création de techniques d’analyse de base, fluidiques et optiques pour profiler les cellules individuelles aux niveaux génomique, protéomique et phénotypique. Les premiers produits commerciaux sont apparus au milieu des années 2010, apportant des niveaux croissants d’automatisation et de facilité d’utilisation aux méthodes d’analyse à cellule unique.
Des entreprises telles que RainDance, 10X Genomics, Sphere Fluidics, Berkeley Lights et Mission Bio ont été à l’avant-garde de cette nouvelle approche.
Ces dernières années ont vu le domaine s’étendre dans deux directions intéressantes.
De la recherche au développement et à la fabrication – et de la lignée cellulaire à l’ATMP
Au fur et à mesure que la technologie et les outils ont mûri, les méthodes unicellulaires sont passées d’outils de recherche à une technologie de base soutenant le développement et la fabrication de produits thérapeutiques. Les systèmes unicellulaires à haut débit sont désormais utilisés pour identifier et isoler des lignées cellulaires spécifiques présentant les caractéristiques souhaitées dans des applications telles que la découverte d’anticorps. Au cours des dernières années, cela a été davantage stimulé par des changements dans la réglementation; se concentrant sur la provenance des lignées cellulaires utilisées pour la fabrication et démontrant la monoclonalité.
La capacité offerte par la microfluidique unicellulaire de fournir la traçabilité d’une lignée cellulaire jusqu’au véritable clone unique a encore poussé leur adoption au-delà de la recherche.
En 2022, cette tendance à la fabrication s’est poursuivie, par exemple en appliquant l’analyse unicellulaire au contrôle qualité des produits de thérapie cellulaire, en particulier les attributs de qualité critiques tels que le nombre de copies vectorielles qui nécessitent une quantification cellule par cellule.
Il est également intéressant de noter l’application de la technologie aux médicaments de thérapie innovante (MTI) où les cellules manipulées par la microfluidique constituent la dose thérapeutique fournie au patient, plutôt qu’une partie d’un processus de fabrication.
En 2023, nous verrons une application continue de la technologie dans la fabrication et le contrôle qualité, en particulier pour les MTI. Les goulots d’étranglement dans la production de vecteurs viraux pour la thérapie cellulaire sont un domaine particulier où les connaissances acquises à l’aide de la microfluidique unicellulaire seront appliquées à la fabrication à grande échelle.
L’application de la microfluidique unicellulaire pour des processus tels que la transfection et la différenciation des cellules souches sont d’autres domaines où la technologie sera de plus en plus appliquée aux thérapies cellulaires et géniques.
Au-delà des cellules de mammifères
La microfluidique unicellulaire commence maintenant à avoir un impact sur la biotechnologie au-delà des cellules de mammifères et de la santé humaine. Les outils et méthodes développés sont maintenant appliqués aux plantes et aux micro-organismes (champignons et bactéries). En particulier, les méthodes de microfluidique unicellulaire s’alignent très bien sur les approches de biologie synthétique, où les organismes sont délibérément conçus pour un phénotype spécifique, généralement une expression accrue d’enzymes et de métabolites de grande valeur.
En 2023, un domaine à surveiller sera l’intégration de la microfluidique unicellulaire avec des méthodes de caractérisation non optiques telles que la spectroscopie de masse et l’impédance électrique. Cela permettra l’identification et la sélection en temps réel de cellules individuelles sur la base d’une pléthore de nouvelles caractéristiques, et pas seulement de la fluorescence dérivée d’un événement de liaison spécifique.
Richard Hammond est directeur technique chez Sphere Fluidics. Il est responsable de la R&D, gérant le développement de leur science et technologie.
