Discover BIOMIMESYS® uses with Dr Cécile Legallais (Laboratory of Biomechanics & Bioengineering – CNRS / UTC)

It’s a great pleasure to present you this discussion with Dr Cécile Legallais about her use of BIOMIMESYS® technology. We thank her for her time and her disponibility despit the COVID-19 lockdown.  You can find below the translation in French and English (and you can change captions on the video)

English (French is below)

I’m Cécile Legallais, I’m a CNRS researcher, working at the University of technology of Compiègne (UTC). In a research lab named “Biomechanics & Bioengineering”. I’m more specialized in liver tissues engineering

What made you want to use BIOMIMESYS® technology and for what applications?

As I just said my team works in liver tissue engineering for two major applications. One is to find a  way to supply liver functions at the scale of the whole body. So that means to have a lot of cells available and highly functional for extracorporal liver circuit implementation. And we have also another application dealing more with organ on chip technology and in this field we are interesting in trying to rebuild some liver tissues for several applications. One of them is drug screening but also try to find the best 3D organization for the cells so they can be really active in term of functions such as albumin production or cytochrome activity or biotransformation.

How did you get to grip with 3D culture with this technology? What are the technical advantages of BIOMIMESYS® for you?

We know that hepatic cells like to reorganize themselves and, depending on the gel or the environment you are using, they can do it more or less easily. It was the first point in which we went interesting with BIOMIMESYS® technology. But maybe the keypoint is that as I said we are using microfluidic devices like small bioreactors made of PDMS in which we have specific channels and usually we cultivate the cells in 2D, means layer by layer on the surface of the biochip. Including BIOMIMESYS® in this biochip it appears interesting for us to see if the scaffold can really fill the whole culture section of the chip. And to see how the cells reorganizing in the system. So the idea was to work with HCS Pharma to implement the gel into the biochip to look how the hydroscaffhold behave in the chip. We perform the perfusion, we measure the pressure in the system and we found that the additional resistance created by the presence of the gel was very low. That means there are no high pressures in the system and it’s good for us because our cells do not like to be submitted to high pressure.

In your opinion, what are the benefits of BIOMIMESYS® specific to your application? Have you had interesting and relevant results?

In our application for the liver, one of the keypoint was the perfusion as I said before but also the liver is very soft tissue and we discover recently that when we entrap the cells in different scaffold with different stiffness their behavior was quite different. As BIOMIMESYS® scaffold presents very low what we call mechanical properties, as a gel is a very soft environment, the Young modulus is quite low. That means at least we believed that the hepatic cells will be in an environment that is very close to what we can found in native healthy liver. It was what we postulate using BIOMIMESYS® in our chip and interesting results we found up to now is that the cells are able to reorganize in 3D , they forms some kind of aggregates, spheroids. We know that in these conditions they are much more active than when they are isolated in the scaffold. We did not go very far in the application, it’s was more feasibility assessment but the first results are very good. The next step will be to switch from cell line to other type of cell such as primary cells or IPS for example.

Would you recommend BIOMIMESYS® to other researchers?

Yes, I mean at least you should try, in my opinion. There are many options now in tissue engineering also combine with organ on a chip technologies. There is no definitive answer I think it’s very dependent on the cell type you are using. In our case I think we need to perform much more tests and to go on with the cell culture with BIOMIMESYS® to make sur it’s a good option but it still a good option at this moment and for other cell type you should just try.

Français

Je m’appelle Cécile Legallais, je suis chercheur au CNRS, je travaille à l’Université de technologie de Compiègne (UTC). Dans un laboratoire de recherche nommé “Biomécanique & Bioingénierie”. Je suis plus spécialisée dans l’ingénierie des tissus hépatiques

Qu’est-ce qui vous a donné envie de d’utiliser la technologie BIOMIMESYS® ? Pour quelles applications ?

Comme je viens de le dire, mon équipe travaille dans l’ingénierie des tissus hépatiques pour deux applications majeures. La première est de trouver un moyen de fournir des fonctions hépatiques à l’échelle du corps entier. Cela signifie donc disposer de beaucoup de cellules disponibles et hautement fonctionnelles pour la mise en œuvre du circuit extracorporel du foie. Et nous avons également une autre application qui concerne davantage la technologie des organes sur puce et dans ce domaine, nous sommes intéressants en essayant de reconstruire certains tissus hépatiques pour plusieurs applications. L’une d’entre elles est le dépistage des médicaments, mais nous essayons également de trouver la meilleure organisation 3D pour les cellules afin qu’elles puissent être réellement actives en termes de fonctions telles que la production d’albumine ou l’activité des cytochromes ou la biotransformation.

Comment avez-vous pris en main la culture 3D avec cette technologie ? Quels sont pour vous les avantages techniques de BIOMIMESYS® ?

Nous savons que les cellules hépatiques aiment se réorganiser et, selon le gel ou l’environnement que vous utilisez, elles peuvent le faire plus ou moins facilement. C’est le premier point sur lequel nous nous sommes intéressés à la technologie BIOMIMESYS®. Mais le point clé est peut-être que, comme je l’ai dit, nous utilisons des dispositifs microfluidiques comme de petits bioréacteurs en PDMS dans lesquels nous avons des canaux spécifiques où nous cultivons généralement les cellules en 2D, c’est-à-dire couche par couche à la surface de la biopuce. En incluant BIOMIMESYS® dans cette biopuce, il nous semble intéressant de voir si la matrice peut vraiment remplir toute la section de culture de la puce. Et de voir comment les cellules se réorganisent dans le système. L’idée était donc de travailler avec HCS Pharma pour implémenter le gel dans la biopuce afin d’étudier le comportement de l’hydroscaffold dans la puce. Nous effectuons la perfusion, nous mesurons la pression dans le système et nous avons constaté que la résistance supplémentaire créée par la présence du gel était très faible. Cela signifie qu’il n’y a pas de hautes pressions dans le système et c’est bon pour nous car nos cellules n’aiment pas être soumises à de hautes pressions.

Quels sont à vos yeux les bénéfices de BIOMIMESYS spécifiques à votre application ? Avez-vous eu des résultats intéressants et pertinents ?

Dans notre application pour le foie, un des points clés était la perfusion comme je l’ai dit avant mais le foie est aussi un tissu très mou et nous avons découvert récemment que lorsque nous emprisonnons les cellules dans dans différentes matrices de rigidité différente, leur comportement était tout à fait différent. La matrice BIOMIMESYS® présente des propriétés mécaniques tparticulières, comme un gel est un environnement très mou, le module d’Young est assez bas. Nous pensions que les cellules hépatiques se trouveraient dans un environnement très proche de celui que nous pouvons trouver dans un foie natif sain. C’est ce que nous avons postulé en utilisant BIOMIMESYS® dans notre puce et les résultats intéressants que nous avons trouvés jusqu’à présent sont que les cellules sont capables de se réorganiser en 3D, elles forment une sorte d’agrégats, des sphéroïdes. Nous savons que dans ces conditions, elles sont beaucoup plus actives que lorsqu’elles sont isolées dans la matrice. Nous ne sommes pas allés très loin dans l’application, c’était plus une évaluation de faisabilité mais les premiers résultats sont très bons. La prochaine étape sera de passer de la lignée cellulaire à d’autres types de cellules comme les cellules primaires ou les IPS par exemple.

Recommanderiez-vous BIOMIMESYS® à d’autres chercheurs ?

Oui, je veux dire que vous devriez au moins essayer, à mon avis. Il existe aujourd’hui de nombreuses options dans le domaine de l’ingénierie tissulaire qui se combinent également avec les technologies des organes sur puce. Il n’y a pas de réponse définitive, je pense que cela dépend beaucoup du type de cellule que vous utilisez. Dans notre cas, je pense que nous devons effectuer beaucoup plus de tests et poursuivre la culture cellulaire avec BIOMIMESYS® pour nous assurer que c’est une bonne option, mais c’est encore une bonne option pour le moment et pour d’autres types de cellules, vous devriez simplement essayer.