Développement d’un microtissu neuronal bio-imprimé en 3D et connecté à un réseau de microélectrodes /Development of a 3D bioprinted neuronal microtissue connected to a microelectrode array (MEA)

Développement d’un microtissu neuronal bio-imprimé en 3D et connecté à un réseau de microélectrodes pour la modélisation pathologique et le criblage d’actifs

Development of a 3D bioprinted neuronal microtissue connected to a microelectrode array (MEA) for pathological modeling and drug screening (English version below)

Laboratoires d’accueil :

- Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS) à Toulouse (FRANCE)

- Toulouse Neuroimaging Center, unité mixte Inserm/Université Paul Sabatier Toulouse UMR1214 à Toulouse (FRANCE)

Contexte du projet

Les maladies neurologiques sont la principale cause d'invalidité et la deuxième cause de décès dans le monde, et la situation peut s’aggraver avec le vieillissement de la population. Il est important de développer de nouveaux modèles pour mieux connaitre les mécanismes de ces maladies et tester des nouveaux médicaments candidats. Notre projet vise à produire un modèle innovant de micro-tissu neural humain, réalisé par bio-impression, à partir de cellules humaines souches ou pluripotentes et connecté à des micro-électrodes pour des analyses électrophysiologiques. Ce modèle in vitro pourra à l’avenir servir à tester des biomédicaments ou des actifs pharmacologiques. Ce projet interdisciplinaire associe ToNIC (Toulouse Neuroimaging Center, unité mixte Inserm/Université Paul Sabatier Toulouse UMR1214) et le LAAS-CNRS (Laboratoire d’Architecture et d’Analyse des Systèmes, CNRS UPR 8001) pour respectivement la modélisation thérapeutique et les microdispositifs.

Descriptif du projet

Le travail se déclinera de la façon suivante :  

1-Utiliser un réseau de microélectrodes planaires pour effectuer des mesures électrophysiologiques sur la culture de neurones. Des mesures seront effectuées en activité spontanée ou stimulée électriquement. 

2-Développer une culture dirigée de neurones à partir de cellules souches neurales humaines déposées sur un support plan par bio-impression selon un patron spécifique et la caractériser par immunomarquage et microscopie confocale 

3- Développer un modèle tridimensionnel de cultures de neurones à partir de cellules souches neurales humaines sous la forme d’un tore d’échelle sous-centimétrique par bio-impression 3D : développement de la bio-encre et caractérisation par immunomarquage et microscopie confocale. 

4- Développer une nouvelle technologie de fabrication de microélectrodes sur substrat souple. Utiliser un réseau de microélectrodes souples permettant d’effectuer des mesures 3D.

5- Développer une interface neuro-rétinienne, appliquer cette plateforme à des cellules rétiniennes et des neurones issus de cellules souches pluripotentes induites (collaboration avec l'équipe Vision, Institut de Neurosciences de Montpellier, U1295).

Environnement

Le doctorat se déroulera dans les deux laboratoires porteurs :

- A ToNIC pour la biologie, avec un laboratoire P2+ de culture cellulaire, des bio-imprimantes équipées d'un ensemble de têtes d'extrusion pneumatiques, mécaniques, électromagnétiques ou thermoplastiques (BioX, Cellink). L'équipe bénéficie d'un accès complet aux plateformes d'imagerie, d'histologie ou de transcriptomique du site Toulouse-Purpan et de l’environnement d’instituts de biologie reconnus (Infinity, IRSD).

- Les activités du LAAS-CNRS se répartissent en six départements couvrant l'informatique, la robotique, l'automatique, les hyperfréquences et la photonique, la gestion de l'énergie et les micro-nanosystèmes et micro-nanotechnologies. Le laboratoire est doté de plateformes techniques et expérimentales de premier plan permettant de mener une recherche à forte composante technologique et appliquée, en particulier dans le domaine des microsystèmes et des dispositifs électroniques. Une plateforme de biologie permet également de développer des activités de premier plan dans le domaine des biocapteurs, de la microfluidique, de l’électrochimie et de l’électrophysiologie.

Prérequis

- Formation en sciences de l’ingénieur généraliste ou équivalent avec des compétences dans le domaine de la bioélectronique, des biocapteurs, de l’instrumentation et éventuellement en technologies de microfabrication et de microfluidique. 

- Connaissances générales en (bio)chimie et biologie cellulaire, aucune expertise en neuroscience requise. Le doctorant sera formé aux techniques de biologie employées. 

- Compétences en communication en anglais courant, tant à l'oral qu'à l'écrit, indispensables. 

Conditions

Contrat doctoral de trois ans à plein temps à partir de Janvier 2024. 

Salaire brut de €2,100 par mois.

Merci d'utiliser ce lien pour faire acte de candidature :

https://emploi.cnrs.fr/Offres/Doctorant/UPR8001-CHRBER-009/Default.aspx

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Development of a 3D bioprinted neuronal microtissue connected to a microelectrode array (MEA) for pathological modeling and drug screening

Host laboratoiries :

- Toulouse Neuroimaging Center, unité mixte Inserm/Université Paul Sabatier Toulouse UMR1214 à Toulouse (FRANCE)

- Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS) à Toulouse (FRANCE) 

Context 

Neurological diseases are the leading cause of disability and the second leading cause of death worldwide, and the situation may worsen as the population ages. In particular, optic neuropathies such as glaucoma are associated with optic nerve damage and are major causes of blindness. It is important to develop new models to understand the mechanisms of these diseases better and to test candidate drugs. The aim of our project is to implement an innovative model of neural micro-tissue, produced by three-dimensional bioprinting using human stem or pluripotent cells and connected to micro-electrodes for electrophysiological analyses. In the future, this in vitro model could be used to test biomedicines or pharmacological agents. This interdisciplinary project involves ToNIC (Toulouse Neuroimaging Center, Inserm/Université Paul Sabatier Toulouse UMR1214) and LAAS-CNRS (Laboratoire d'Architecture et d'Analyse des Systèmes, CNRS UPR 8001) for therapeutic modeling and microelectronics, respectively.

Description 

1. Use a planar microelectrode array to perform electrophysiological measurements on the neuron culture. Measurements will be carried out in spontaneous or electrically stimulated activity. 
2. Develop a directed culture of neurons from human neural stem cells deposited on a planar support by bioprinting according to a specific pattern, and characterize it by immunostaining and confocal microscopy. 
3. Develop a three-dimensional model of neuron cultures from human neural stem cells in the form of a sub-centimeter scale torus by 3D bioprinting: development of the bio-ink and characterization by immunostaining and confocal microscopy. 
4. Develop a new technology for manufacturing microelectrodes on flexible substrates. Use an array of flexible microelectrodes to perform 3D measurements.
5. Develop a neuro-retinal interface and apply this platform to retinal cells and neurons derived from induced pluripotent stem cells (collaboration with the Vision team, Montpellier Neuroscience Institute, U1295).

Key responsibilities

You will be in charge of designing, developing, optimizing, and characterizing the bio-ink compatible with cellular function. You will design and fabricate microelectrode arrays, perform electrophysiological measurements on neuron cultures, and analyze data.

Environment

The PhD will take place in the two host laboratories:

- ToNIC for biology, with a P2+ cell culture laboratory, bioprinters equipped with a range of pneumatic, mechanical, electromagnetic, or thermoplastic extrusion heads (BioX, Cellink). We benefit from full access to imaging, histology, and transcriptomics platforms on the Toulouse-Purpan site, and to the environment of renowned biology institutes (Infinity, IRSD).

- The activities of LAAS-CNRS are divided into six departments covering computer science, robotics, automation, microwave and photonics, energy management, and micro-nanotechnologies. The laboratory is equipped with first-rate technical and experimental platforms, enabling it to carry out high-tech, applied research, particularly in the field of microsystems and electronic devices. A biology platform also enables us to develop leading-edge activities in biosensors, microfluidics, electrochemistry, and electrophysiology.

This project will bring you valuable experience in various fields: 3D printing, cell engineering, characterization of neuron cultures, electrophysiology, and fabrication process in the clean room.

Selection criteria

- General engineering background with skills in bioelectronics, signal processing, and possibly microfabrication and microfluidic technologies. 

- General knowledge of (bio)chemistry and cell biology, no neuroscience expertise required. The PhD student will be trained in the biology techniques employed. 

- Fluency in written and spoken English is essential

Terms and conditions

Full-time position for 36 months from January 2024. 

Gross salary of approximately €2,100 per month.

Please use this link to apply for the position :

https://emploi.cnrs.fr/Offres/Doctorant/UPR8001-CHRBER-009/Default.aspx?lang=EN