Brevet FR2833703A1 — publié le 20030620

DISPOSITIF D'ACCROCHAGE DE TISSU BIOLOGIQUE, SYSTEME DE MESURE UTILISANT UN TEL DISPOSITIF ET PROCEDE DE FIXATION D'UN TISSU BIOLOGIQUE UTILISANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention se rapporte à un dispositif d'accrochage de tissu biologique pour permettre la fixation dudit tissu biologique lors de sa formation en culture et à un système de mesure d'au moins une caractéristique d'un tissu biologique utilisant un tel dispositif d'accrochage. La présente invention se rapporte également à un procédé de fixation d'un tissu biologique utilisant un tel dispositif d'accrochage. Lorsque l'on souhaite observer et procéder à des mesures de certaines propriétés physiques et physicochimiques d'un tissu biologique in situ, il est préalablement nécessaire que le tissu biologique, lors de sa formation en culture, s'accroche à un support. La croissance du tissu biologique ou du derme in situ se fait par tissage d'un treillis (ou lattice) de collagène par l'intermédiaire des fibroblastes. Ce treillis, au cours de sa croissance, se rétracte pour former ensuite le derme ou tissu biologique destiné à rester accroché sur le dispositif d'accrochage. A cet effet, les dispositifs d'accrochage sont généralement formés par des supports comprenant des fibres textiles ou polymères sur lesquelles les fibroblastes tissent le treillis de collagène en venant ainsi s'accrocher aux supports. Les supports comprenant les fibres textiles peuvent notamment être formés par des velcros (marque déposée). Lorsque l'on procède ensuite à des mesures des propriétés mécaniques du derme en culture, il est nécessaire de fixer le support réalisé à partir de fibres textiles sur un système de mesure appropriée. Généralement les mesures effectuées sont des mesures de force isométrique exercée par les tissus biologiques in situ afin notamment de déterminer leur souplesse et leur résistance ou alors de caractériser leur vieillissement ou bien de détecter des maladies. Ainsi, lorsque l'on utilise des systèmes de mesure pourvus de supports à fibres textiles pour accrocher in situ le tissu biologique, la mesure de la force exercée par le tissu biologique sur le système de mesure dépend pour une grande partie de l'élasticité intrinsèque des fibres textiles du support. On comprend donc que l'élasticité des fibres textiles du support perturbent de manière importante la fiabilité des mesures opérées par le biais du système de mesure, ce qui ne permet pas d'obtenir une précision suffisante pour une exploitation fiable. La présente invention a notamment pour but de pallier les problèmes techniques mentionnés ci-dessus en proposant un dispositif d'accrochage fiable, simple et qui permet de recueillir des informations précises sur certaines propriétés physiques ou physico-chimiques du tissu biologique à mesurer. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'accrochage de tissu biologique pour permettre la fixation dudit tissu biologique lors de sa formation en culture, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque à base de silicium présentant une épaisseur très inférieure à sa largeur et à sa longueur, et en ce que la plaque présente une pluralité d'ouvertures traversantes qui traversent ladite plaque suivant son épaisseur. Dans des formes de réalisations préférées de l'invention, on a recours, en outre, à l'une et ou à l'autre des dispositions suivantes : - l'épaisseur de la plaque à base de silicium est comprise entre 150pm et 500um ; - les ouvertures traversantes sont formées par des fentes parallèles les unes aux autres ; - chaque fente présente une largeur comprise entre 400pm et 600pm et la distance séparant deux fentes adjacentes est sensiblement égale à la largeur desdites fentes ; et - la plaque à base de silicium comprend une couche de protection superficielle obtenue par oxydation du silicium pour permettre une compatibilité de la plaque avec les cellules du tissu biologique. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un système de mesure d'au moins une caractéristique d'un tissu biologique qui s'étend entre deux extrémités, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque flexible qui s'étend entre une première extrémité libre sur laquelle est destinée à être rapportée l'une des extrémités du tissu biologique et une deuxième extrémité solidaire d'un support rigide, la plaque flexible et le support rigide étant adaptés pour présenter des surfaces en regard espacées l'une de l'autre et sur lesquelles sont respectivement rapportées des armatures conductrices formant un capteur capacitif, lesdites armatures conductrices étant disposées pour que la distance qui les sépare varie en fonction de la traction exercée par le tissu biologique sur la première extrémité libre de la plaque flexible, et en ce que la plaque flexible est formée par un dispositif d'accrochage tel que défini ci-dessus. Dans des formes de réalisations préférées du système de mesure, on a recours, en outre, à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - le support rigide présente sensiblement une forme en L qui comprend une première aile rigide parallèle à la plaque flexible et une deuxième aile qui s'étend perpendiculairement à partir de la première aile et sur laquelle est fixée la deuxième extrémité de la plaque flexible ; - la plaque flexible présente sensiblement une forme en L qui comprend une première aile flexible parallèle au support rigide et une deuxième aile qui s'étend perpendiculairement à partir de la première aile, ladite deuxième aile étant fixée sur le support rigide ; et - le support rigide est également réalisé à base de silicium, ou à base d'un matériau diélectrique. L'invention a également pour objet un procédé de fixation d'un tissu biologique, lors de sa formation, sur un dispositif d'accrochage pour permettre la mesure d'au moins une caractéristique du tissu biologique, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - on dispose des fibroblastes dans un récipient contenant un liquide approprié pour la formation du tissu biologique, et - on dispose le dispositif d'accrochage dans le liquide pour permettre aux fibroblastes de tisser un treillis de collagène au travers des ouvertures traversantes de la plaque à base de silicium. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé, on utilise un système de mesure tel que défini cidessus pour mesurer au moins une caractéristique du tissu biologique formé par le treillis de collagène, lorsque ce dernier se rétracte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs de ces formes de réalisations, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'accrochage conforme à l'invention selon une première forme de réalisation ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un système de mesure conforme à l'invention ; - les figures 3 et 4 représentent le principe de mesure utilisant un système de mesure conforme à l'invention ; et - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un système de mesure selon un second mode de réalisation conforme à l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Le dispositif d'accrochage représenté sur la figure 1 se présente sous la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire 1 ayant une épaisseur e très inférieure à sa largeur et à sa longueur. Cette plaque rectangulaire 1 est réalisée à base de silicium et elle présente une pluralité de fentes traversantes 2 qui traversent ladite plaque rectangulaire suivant son épaisseur e. La réalisation des fentes traversantes 2 est réalisée par une attaque chimique d'une plaque à base de silicium de coupe [100] suivant les axes cristallins de ladite plaque de silicium. Plus particulièrement, l'usinage chimique peut être réalisé par une attaque anisotrope humide effectuée à 45 , c'est-à-dire suivant l'axe cristallin par rapport au plan de coupe [100] de la plaque en silicium, de telle manière que l'attaque anisotrope humide s'effectue orthogonalement à la surface de coupe de ladite plaque, ce qui permet une attaque du silicium en largeur avec la même vitesse qu'en profondeur. Ainsi cette attaque anisotrope humide à 45 de la plaque de silicium de coupe [100] permet de percer la plaque de silicium en réalisant des fentes ayant des flancs parfaitement verticaux. Une couche de protection est utilisée pour l'attaque anisotrope humide, cette couche étant réalisée à partir de silice (Si02) obtenu par oxydation de la surface de la plaque en silicium. Cette oxydation se produit environ à une température comprise entre 900 et 1300 sous flux gazeux d'oxygène pur ou d'oxygène chargé en eau. L'oxygène pur permet l'obtention d'un état de surface de l'oxydation identique à l'état initial du silicium, et conduit donc à une oxydation beaucoup moins rapide du matériau. Sur la figure 1, les fentes traversantes 2 sont parallèles les unes aux autres et elles présentent un angle d'inclinaison d'environ 45 par rapport aux bords longitudinaux et transversaux de la plaque à base de silicium 1. Toutefois, l'angle d'inclinaison des fentes traversantes 2 peut être quelconque, et lesdites fentes peuvent notamment être parallèles aux bords longitudinaux de la plaque ou alors être parallèles à ses bords transversaux. L'épaisseur de la plaque en silicium 1 est comprise, par exemple entre 150 um et 500 pm. A titre d'exemple, chaque fente 2 présente une largeur comprise entre 400 um et 600 um tandis que la distance qui sépare deux fentes 2 adjacentes est sensiblement égale à la largeur desdites fentes. Les fentes traversantes 2 peuvent également être uniquement disposées sur une portion, par exemple inférieure de la plaque en silicium en vue de son accrochage sur un support pour constituer un système de mesure tel que représenté sur la figure 2. Ce système de mesure comprend un support rigide 3 qui présente sensiblement une forme en L et qui comprend une première aile rigide 31 sensiblement parallèle à la plaque à base de silicium 1, ainsi qu'une deuxième aile 32 qui s'étend perpendiculairement à partir de la première aile 31. La deuxième aile 32 du support rigide 3 est fixée sur l'extrémité supérieure 11 de la plaque en silicium 1 au moyen, par exemple, d'une colle à base de silicium. La portion inférieure de la plaque en silicium délimitée par son extrémité inférieure 12 est quant à elle pourvue d'une pluralité de fentes traversantes 2 sur lesquelles sont destinés à s'accrocher les tissus biologiques lors de leur formation en culture, comme cela sera décrit en détail ultérieurement. Par ailleurs, la plaque en silicium 1 ainsi que le support rigide 3 présente également des surfaces 13 et 33 qui sont disposées en regard et sur lesquelles sont respectivement rapportées des armatures conductrices la et 3a formant un capteur capacitif. Bien entendu, la longueur de l'aile 32 du support 3 qui délimite l'espace entre les armatures conductrices 3a et la est déterminée en fonction de la sensibilité recherchée pour le capteur capacitif. Les armatures conductrices la et 3a sont reliées à une unité de traitement 4 par des liaisons électriques respectives 5 et 6. Cette unité de traitement 4 est adaptée pour déterminer les forces isométriques exercées par un tissu biologique accroché sur les fentes traversantes 2 de la plaque en silicium 1 par mesure de la variation de la capacité du capteur capacitif. Cette variation de la capacité du capteur, comme on va le voir ci-après, est fonction de la variation de la distance qui sépare l'armature conductrice 3a du support 3 de l'armature conductrice la de la plaque en silicium 1, cette plaque en silicium 1 étant destinée à se déformer sous l'action des forces exercées par le tissu biologique en formation. Nous allons maintenant décrire, en regard des figures 3 et 4, le procédé de fixation d'un tissu biologique 7, lors de sa formation, sur une plaque en silicium conforme à l'invention, pour permettre par l'intermédiaire du dispositif de mesure, la mesure d'au moins une caractéristique dudit tissu biologique 7. Selon le procédé de fixation conforme à l'invention on dispose tout d'abord dans un récipient tel qu'une coupelle 8 contenant un liquide approprié 9, des fibroblastes pour la formation du tissu biologique dont au moins une caractéristique est destinée à être mesurée par le dispositif de mesure. On dispose ensuite le dispositif de mesure formé par le support rigide 3 et la plaque en silicium 1 dans la coupelle 8 ainsi qu'une deuxième plaque en silicium 10 également pourvue sur sa portion inférieure de fentes traversantes 10a pour permettre l'accrochage du tissu biologique lors de sa formation. Sur les figures 3 et 4, le support rigide 3 du dispositif de mesure est disposé à l'intérieur de la coupelle 8 et dans le liquide 9, mais il peut bien entendu être situé à l'extérieur de ladite coupelle 8 tandis que la plaque en silicium 1 ou plus exactement sa portion inférieure comprenant les fentes traversantes 2, doit elle être toujours disposée dans le liquide 9 du récipient 8. La plaque en silicium 10 est, quant à elle, fixée d'une manière quelconque à la coupelle 8 afin de ne subir aucune déformation lors de la formation du tissu. La croissance du tissu biologique ou du derme in situ se fait donc par tissage d'un treillis (ou lattice) de collagène par l'intermédiaire des fibroblastes. Ainsi, lors de la formation du tissu, les fibroblastes tissent le treillis de collagène à travers le réseau de fentes 2 et 10a des plaques en silicium 2 et 10. Lorsque le treillis de collagène se resserre, il s'accroche alors naturellement aux fentes 2 et 10a des plaques en silicium 2 et 10. Au fur et à mesure de sa croissance, le tissu biologique se rétracte en exerçant ainsi une traction sur la portion inférieure de la plaque en silicium 1 (voir figure 4). Cette traction exercée sur la plaque en silicium 1 provoque l'éloignement des armatures conductrices la et 3a en faisant ainsi varier la capacité du condensateur formé par lesdites armatures conductrices la et 3a. L'unité de traitement 4 détermine alors la force isométrique exercée par le tissu biologique, et donc les propriétés mécaniques dudit tissu biologique par la relation existant entre la variation de la capacité du condensateur formé par les armatures la et 3a et la connaissance des propriétés intrinsèques et des dimensions de la plaque en silicium 1 (module d'élasticité, module de déformation). Ainsi, la mesure de la variation de la capacité du condensateur formé par les armatures la et 3a donne indirectement la mesure de la variation de la force exercée par le tissu biologique au cours de sa formation. Bien entendu, on comprend que la relation entre la variation de la capacité du condensateur et la force isométrique exercée par le tissu biologique, est fonction des propriétés intrinsèques et des dimensions de la plaque flexible en silicium 1. Ainsi, pour optimiser les mesures, il suffit de modifier la longueur et/ou l'épaisseur de ladite plaque en silicium, et de procéder à des mesures préalables de la variation de la capacité du condensateur formé par les armatures la 3a en fonction d'une force déterminée et connue qui est exercée sur l'extrémité inférieure de la plaque en silicium 1, pour pouvoir établir un tableau ou une courbe de correspondances entre ladite force exercée au niveau de l'extrémité de la plaque en silicium et la valeur capacitive du condensateur, ce tableau ou cette courbe de correspondances étant mémorisé par l'unité de traitement 4. Le support rigide 3 qui se présente sensiblement sous une forme en L peut également être réalisé à partir d'une plaque en silicium, l'obtention des deux ailes 31 et 32 pouvant être réalisée à partir d'un usinage chimique. Les forces exercées par le tissu biologique in situ étant généralement de l'ordre de la dizaine de millinewtons, la plaque flexible en silicium 1 peut par exemple avoir une longueur de l'ordre de 25 mm et une largeur d'environ 20 mm pour une épaisseur de 200 pm. Par ailleurs, les armatures conductrices pourront par exemple avoir une longueur de 22 mm pour une largeur de 20 mm tout en étant séparées l'une de l'autre d'une distance d'environ 50hum, lorsque aucun effort n'est exercé sur l'extrémité inférieure de la plaque flexible en silicium. Dans ces conditions, la capacité du condensateur varie a peu près de 200pF au repos à 500pF pour une traction exercée par le tissu biologique d'environ 10 milli newtons. Selon un second mode de réalisation du système de mesure conforme à l'invention, représenté sur la figure 5, la plaque flexible en silicium 1 peut présenter sensiblement une forme en L tandis que le support rigide 3 présente une forme sensiblement parallélépipédique. La plaque en silicium 1 comprend une première aile flexible 14 parallèle au support rigide 3 et une deuxième aile 15 qui s'étend perpendiculairement à partir de la première aile 14, cette deuxième aile 15 étant fixée sur le support rigide 3 au moyen d'une colle par exemple à base de silicium. Dans ce cas, la déformation de la plaque en silicium 1 se fera approximativement au niveau de la jonction entre la première aile 14 flexible et la deuxième aile 15 reliée au support 3. Bien entendu, la forme en L de la plaque en silicium 1 peut également être obtenue par un usinage chimique approprié. De même, selon un autre mode de réalisation non représenté sur les figures, la plaque en silicium 1 et le support rigide 3 peuvent tous les deux présenter une forme sensiblement parallélépipédique et être séparés l'un de l'autre par une cale ou entretoise disposée au niveau de leurs extrémités supérieures. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accrochage de tissu biologique pour permettre la fixation dudit tissu biologique lors de sa formation en culture, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque à base de silicium (1) présentant une épaisseur (e) très inférieure à sa largeur et à sa longueur, et en ce que la plaque (1) présente une pluralité d'ouvertures traversantes (2) qui traversent ladite plaque (1) suivant son épaisseur (e). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur (e) de la plaque à base de silicium est comprise entre 150 pn et 500 j-un. 3. Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, dans lequel les ouvertures traversantes (2) sont formées par des fentes parallèles les unes aux autres. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel chaque fente (2) présente une largeur comprise entre 400 cm et 600 jj. m et la distance séparant deux fentes adjacentes est sensiblement égale à la largeur desdites fentes (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque à base de silicium (1) comprend une couche de protection superficielle obtenue par oxydation du silicium pour permettre une compatibilité de la plaque (2) avec les cellules du tissu biologique. 6. Système de mesure d'au moins une caractéristique d'un tissu biologique (7) qui s'étend entre deux extrémités, caractérisé en ce que qu'il comprend une plaque flexible (1) qui s'étend entre une première extrémité libre (12) sur laquelle est destinée à être rapportée l'une des extrémités du tissu biologique (7) et une deuxième extrémité (11) solidaire d'un support rigide (3), la plaque flexible (1) et le support rigide (3) étant adaptés pour présenter des surfaces en regard (13,33) espacées l'une de l'autre et sur lesquelles sont respectivement rapportées des armatures conductrices (la, 3a) formant un capteur capacitif, lesdites armatures conductrices (la, 3a) étant disposées pour que la distance qui les sépare varie en fonction de la traction exercée par le tissu biologique (7) sur la première extrémité libre (12) de la plaque flexible (1), et en ce que la plaque flexible (1) est formée par un dispositif d'accrochage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel le support rigide (3) présente sensiblement une forme en L qui comprend une première aile rigide (31) parallèle à la plaque flexible (1) et une deuxième aile (32) qui s'étend perpendiculairement à partir de la première aile (31) et sur laquelle est fixée la deuxième extrémité (11) de la plaque flexible (1). 8. Système selon la revendication 6, dans lequel la plaque flexible (1) présente sensiblement une forme en L qui comprend une première aile flexible (14) parallèle au support rigide (3) et une deuxième aile (15) qui s'étend perpendiculairement à partir de la première aile (14), ladite deuxième aile (15) étant fixée sur le support rigide (3). 9. Système selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le support rigide (3) est réalisé en silicium. 10. Procédé de fixation d'un tissu biologique (7), lors de sa formation, sur un dispositif d'accrochage (1) pour permettre la mesure d'au moins une caractéristique du tissu biologique, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - on dispose des fibroblastes dans un récipient (8) contenant un liquide approprié (9) pour la formation du tissu biologique (7), et - on dispose le dispositif d'accrochage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans le liquide (9) pour permettre aux fibroblastes de tisser un treillis de collagène au travers des ouvertures traversantes (2) de la plaque à base de silicium (1). 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on utilise un système de mesure selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, pour mesurer au moins une caractéristique du tissu biologique (7) formé par le treillis de collagène, lorsque ce dernier se rétracte.