Brevet FR3071359A1 — publié le 20190322

TRANSISTOR ELECTROCHIMIQUE ORGANIQUE TUBULAIRE INTEGRANT UNE MATRICE BIOCOMPATIBLE EN 3 DIMENSIONS La présente invention a trait au domaine des systèmes microfluidiques intégrant un transistor électrochimique organique. Plus particulièrement, la présente invention concerne un transistor électrochimique organique (TEO) configuré dans un tube et dans lequel le canal est constitué d'une matrice de polymère biocompatible en 3 dimensions. Ce dispositif permet de cultiver des cellules au sein de la matrice de sorte à reproduire une structure proche de celle d'un tissu. Ce dispositif peut être utilisé pour tester l'effet physiologique de substances, notamment dans des tests de toxicité et d'évaluation de l'effet thérapeutique de substances médicamenteuses au cours d'études précliniques. Etat de la technique Il y a longtemps que les dispositifs électroniques permettant le suivi des fonctions cellulaires et de la formation tissulaire suscitent un fort intérêt. En effet, les dispositifs électroniques sont des systèmes très sensibles pour l'étude de l'adhésion cellulaire et de la différentiation de nombreux types de cellules et de tissus. Malgré des efforts significatifs, seuls des systèmes in vitro en 2 dimensions ont, jusqu'à présent, été proposés. Ces systèmes ne sont pas satisfaisants lorsque l'on souhaite connaître l'état cellulaire et notamment la capacité de proliférer. Différents modèles de matrices polymériques sont décrits dans la littérature (US 2011/0189764, US 9457128), parmi lesquelles certaines sont conductrices (US 2009/0171406 et W02017/011452) et font offices de bioréacteurs permettant la connexion de cellules avec un circuit électronique. Parmi les bioréacteurs décrits, certains présentent une forme de tube US 2014/0273222 et W02010/115185. La caractérisation électrique in situ d'une culture cellulaire peut être réalisée de manière simple et peu coûteuse par mesure de transconductance grâce à un TEO dont le canal actif est constitué d'une matrice biocompatible. Un tel système a été décrit par Wan et al (3D conducting polymer platforms for electrical control of protein conformation and cellular functions 2015, J. Mater. Chem. B). 2 Une étude récente décrit une matrice en 3D constituée de PEDOT:PSS dont les propriétés sont compatibles avec la culture cellulaire en 3 dimensions tout en étant conductrice (Mal et al, 2017, Advanced biosystems, 1700052). Cet article décrit un système d'alimentation par tube permettant une croissance homogène des cellules dans 5 le volume du matériau. Le développement des cellules dans le matériau peut être caractérisé de manière efficace par mesures électriques en utilisant la spectrométrie d'impédance électrochimique. Avantages de l'invention 10 Les inventeurs proposent un système innovant permettant de répondre aux besoins existants. Il s'agit d'un dispositif comprenant un transistor électrochimique organique configuré dans un tube et dans lequel le canal est constitué d'une matrice de polymère biocompatible en 3 dimensions. La configuration particulière des éléments constituant 15 ce dispositif permet la croissance de cellules dans une matrice en 3 dimensions reproduisant la structure tissulaire. De plus, différents types cellulaires peuvent être cocultivés au sein de la matrice de sorte à reproduire les interactions spécifiques existantes au sein de chaque type tissulaire. La sensibilité du système basé sur un transistor électrochimique organique permet d'analyser des paramètres cellulaires 20 précis tels que l'adhésion cellulaire, la prolifération cellulaire et l'état cellulaire (bon état, intégrité ou cellules endommagées). Enfin, ce système peut être intégré dans un système microfluidique pour apport de l'électrolyte. Plusieurs systèmes peuvent être mis en circuit de sorte à pouvoir intégrer plusieurs types cellulaires ou tissulaires au sein d'un même bioréacteur. 25 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention concerne un transistor électrochimique organique (TEO) comprenant : 30 (i) un canal constitué d'une matrice de polymère conducteur poreuse et bio compatible en trois dimensions, (ii) une électrode source et une électrode de drain établissant chacune un contact électrique avec ledit canal, et 3 (iii) une électrode de grille établissant un contact électrique avec un électrolyte se trouvant en contact direct avec ledit canal, caractérisé en ce que ledit canal est situé à l'intérieur d'un tube comprenant au moins 2 ouvertures. 5 Le TEO selon l'invention peut être utilisé en tant que bioréacteur. En effet, les inventeurs ont montré que l'on peut cultiver des cellules au sein de la matrice. La forme tubulaire permet de créer un système microfluidique pour alimenter les cellules en nutriments et en gaz, en plus de permettre l'apport de l'électrolyte. La configuration du TEO selon 10 l'invention permet donc de mesurer en temps réel l'évolution d'une culture cellulaire en 3D, l'état cellulaire étant reflété par la mesure de la tension, du courant ou de la transconductance de la matrice hébergeant les cellules. Par « polymère conducteur », on entend au sens de l'invention un polymère conducteur 15 intrinsèque (PCI) qui possède des liens délocalisés permettant la circulation d'un courant électrique véhiculé par des électrons ou des trous. Un transistor se compose d'un film semi-conducteur (canal) placé entre deux électrodes (source et de drain) et d'une électrode de grille séparée du canal par une couche 20 diélectrique (ou un électrolyte). Une tension (tension de drain, VD) appliquée entre l'électrode source et l'électrode de drain entraîne le passage du courant dans le canal (courant de drain, ID), qui à son tour est modulé par une tension appliquée à la grille VG. Le flux de courant dans le canal reflète la conductivité du matériau du canal. Dans le cas des transistors électrochimiques, les ions injectés dans le canal modifient l'état de 25 dopage du polymère semi-conducteur (c'est-à-dire du PEDOT: PSS), entraînant une variation significative du courant de drain. Un polymère approprié pour former une matrice conductrice poreuse et biocompatible doit être un polymère à base d'eau, pour permettre le passage de l'état liquide, état du polymère lorsqu'il est injecté dans le tube, à l'état solide après congélation et 30 lyophilisation et donc élimination de l'eau qui laisse des vides (pores). Par « matrice poreuse », on entend au sens de l'invention une matrice perméable, dont le diamètre des pores est supérieur à celui des cellules de sorte à permettre le passage des 4 cellules à travers la matrice et l'insertion des cellules ainsi que leur croissance à l'intérieur de la matrice. Une matrice poreuse adaptée au TEO selon l'invention peut par exemple avoir des pores dont le diamètre moyen est de 100 pim. Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre des pores est compris entre 50 et 100 pim. 5 La principale caractéristique des polymères conducteurs est la structure moléculaire conjuguée de la chaîne principale du polymère. Les polymères conjugués deviennent des polymères conducteurs après dopage, ce qui peut être effectué par oxydation ou réduction chimique ou électrochimique. L'oxydation du "squelette" du polymère est 10 appelée p-dopage et se produit lorsque la chaîne principale du polymère perd un électron (en formant un trou). Dans ce cas, le polymère conducteur est de type p. Lorsque le squelette du polymère est réduit, des électrons sont insérés dans le squelette du polymère et forment des supports de charge négatifs ; c'est ce qu'on appelle le n-dopage et un polymère conducteur de type n. La grande majorité des dispositifs et 15 applications électroniques organiques incorporant des polymères conjugués dopés sont de type p en raison de la grande stabilité et des excellentes propriétés conductrices. A titre d'exemples, de tels polymères peuvent être le PEDOT-PSS, polypyrrole, ou la polyaninline, mais tout polymère présentant de telles propriétés peut être utilisé. 20 Dans un mode de réalisation préféré, le polymère conducteur poreux et biocompatible en trois dimensions est un PEDOT-PSS sublimé. Le diamètre intérieur du tube d'un TEO selon l'invention est compris entre 0,5 et 5 mm. 25 Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre intérieur du tube est de 3 mm. Le diamètre de la matrice est supérieur à 500 pim. De plus, il doit être approprié pour permettre l'échange gazeux entre le milieu de culture et les cellules. En effet, si le diamètre de la matrice est trop grand, les cellules situées au centre de la matrice vont 30 mourir faute d'alimentation. Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre de la matrice est compris entre 0,4 et 5 millimètres, de préférence entre 1,0 et 2,0 millimètres. Dans un autre mode de réalisation particulier, le diamètre de la matrice est inférieur ou égal à 300 micromètres, 5 pour permettre l'alimentation des cellules situées au centre de la matrice. Toutefois, cette limite peut être surmontée en aménageant un canal au centre de la matrice, dans le sens du flux du milieu cellulaire pour apporter gaz et nutriments aux cellules situées au centre. Ainsi, il est possible d'aménager plusieurs canaux parallèles si l'on souhaite 5 encore augmenter le diamètre du système microfluidique. La longueur de la matrice est généralement comprise entre 2 et 5 millimètres. Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre de la matrice est compris entre 1,0 et 10 2,0 millimètres et la longueur de la matrice est comprise entre 2 et 5 millimètres. Dans un autre mode de réalisation préféré, la matrice est associée à des composants tels que des polymères synthétiques et des protéines tels que le collagène, la DBSA ou un mélange de tels composants. En particulier, le collagène permet d'augmenter la rigidité 15 et la DBSA permet d'augmenter la conductivité du polymère (mal et al, 2017, Advanced biosystems, 1700052). Le TEO peut se présenter sous différentes configurations. Concernant l'électrode source et l'électrode de drain, elles peuvent être soit intégrées 20 dans la paroi du tube (comme cela est illustré sur les Figures 1A et 1B), soit être insérées dans une ouverture du tube située en position supérieure (comme cela est illustré sur les Figures 1C et 1D). Concernant l'électrode de grille, elle peut mise en contact avec l'électrolyte soit par une ouverture située dans le corps du tube (comme cela est illustré sur les Figures 1A et 25 1B), soit être enchâssée dans le système tubulaire par une extrémité du tube (comme cela est illustré sur les Figures 1C et 1D). D'autres configurations sont envisageables à partir du moment où les électrodes sont en contact avec le canal (ici la matrice) et où l'électrode de grille est en contact avec l'électrolyte (ici le milieu de culture) ; l'homme du métier saura adapter le système pour 30 que le transistor fonctionne dans un système tubulaire. Lorsque le tube ne comporte que 2 ouvertures, l'électrode de grille peut être intégrée dans la paroi du tube afin d'assurer la mise en contact avec l'électrolyte, ou enchâssée dans le système tubulaire. 6 Selon un mode particulier de l'invention, le tube comprend 3 ouvertures, la troisième ouverture permettant la mise en contact dudit canal avec l'électrode de grille par l'intermédiaire de l'électrolyte, ou l'insertion des électrodes source et de drain, en fonction de la configuration du TEO. 5 Il est possible de prévoir des ouvertures supplémentaires pouvant servir à l'apport de molécules particulières de sorte à maitriser le moment de cet ajout dans le canal et d'en mesurer les effets, ou bien pouvant servir à effectuer des mesures particulières soit par introduction d'une sonde, soit par prélèvement d'échantillons. 10 La nature des électrodes peut varier. Il est toutefois primordial qu'elles n'entraînent pas de toxicité, notamment lorsque la culture cellulaire est poursuivie pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines. Ainsi, les électrodes peuvent par exemple être en argent, si le temps de culture n'excède pas 12 heures, au delà il est préférable de choisir des électrodes en or, en platine, en PEDOT-PSS, en graphène nanostructuré... Le choix des 15 électrodes sera effectué en fonction du temps de culture envisagé. En effet, les électrodes en argent ou chlorure d'argent sont à éviter pour des temps de culture supérieurs à quelques heures car elles peuvent relarguer des ions toxiques pour les cellules cultivées. Pour une culture jusqu'à 6 semaines, le PEDOT-PSS sera préféré car il présente une bonne stabilité en milieu liquide. 20 Dans un mode de réalisation particulier, les électrodes source et de drain sont en or ou recouvertes d'or. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'électrode de grille est en PEDOT-PSS. Dans un mode de réalisation préféré, les électrodes source et de drain sont en or ou recouvertes d'or et l'électrode de grille est en PEDOT :PSS. 25 Le tube utilisé pour préparer un dispositif selon l'invention sera réalisé dans un matériau capable de résister à la congélation et à la lyophilisation (lorsque la matrice est préparée directement à l'intérieur du tube), mais aussi à une température prolongée de 37°C et des taux d'humidité élevés comme cela est le cas dans un bioréacteur, sans que 30 cela n'altère sa structure et sans qu'il ne se décompose ou ne relargue/diffuse des molécules toxiques dans le milieu de culture. A titre d'exemple, des tubes microfluidiques en polyvinylidene fluoride (PVDF), en polyétheréthercétone (PEEK), en polytétrafluoroéthylène (PTFE) TeflonR , en TygonR, 7 en éthylene-propylène fluoré (FEP), en éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE) ou en polypropylène (PP) peuvent être utilisés pour réaliser le transistor selon l'invention. Dans un mode de réalisation préféré, le tube est en polyvinylidene fluoride ou en polypropylène. 5 Dans un mode de réalisation particulier, l'invention concerne un système intégré comprenant au moins deux TEO selon l'invention mis en circuit, soit en parallèle, soit en série. Cette configuration peut être mise en oeuvre pour réaliser des puces de type 10 « bioréacteur » comprenant différents TEO hébergeant des types cellulaires différents de sorte à reproduire des systèmes biologiques complexes. De tels systèmes intégrés constituent des modèle prédictifs plus pertinents que les modèles animaux du fait qu'ils permettent des évaluations de l'effet de molécules d'intérêt directement sur des cellules humaines reconstituant une structure en 3D proche de la structure tissulaire. Ils 15 permettraient de répondre à une forte demande de systèmes d'évaluation en temps réel, en particulier pour la réalisation d'études précliniques, tant pour l'évaluation de la toxicité que de l'effet thérapeutique de médicament-candidat. Ces systèmes sont également adaptés au criblage de molécules. Dans un autre mode de réalisation particulier, l'invention concerne donc l'utilisation 20 d'un système intégré comprenant au moins deux TEO en tant que bioréacteur. Le TEO selon l'invention constitue un système de culture cellulaire physiologiquement approprié à la culture cellulaire en 3D (matrice biocompatible et flux du au système microfluidique) en même temps qu'il intègre différentes méthodes d'évaluation de la 25 morphologie cellulaire, de la différenciation cellulaire et de l'intégrité cellulaire. Le TEO selon l'invention à vocation à être combiné avec des cellules, animales ou humaines, cultivées au sein de la matrice. Ainsi, en fonction de l'état cellulaire, la tension, le courant et /ou la trans conductance de la matrice sont modifiés ; leurs mesures électrochimiques réalisées par l'intermédiaire du transistor entourant la 30 matrice, renseignent sur l'état cellulaire. Ainsi, l'invention concerne également un TEO ou un ensemble de TEO combiné(s) à des cellules cultivées au sein de la matrice. 8 Un deuxième objet de l'invention concerne un procédé de préparation d'un transistor électrochimique organique selon l'invention. Dans un premier mode de réalisation, un procédé de préparation d'un transistor 5 électrochimique organique selon l'invention consiste à: a. préparer un tube comprenant au moins deux ouvertures ; b. intégrer deux points conducteurs diamétralement opposés dans la paroi du tube pour réaliser l'électrode source et l'électrode de drain ; c. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le 10 tube via l'une des ouvertures ; d. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible, dans lequel l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via l'une des extrémités du tube ou via une ouverture réalisée dans le corps du tube. 15 Dans un mode de réalisation particulier, le tube préparé à l'étape a. comporte uniquement les deux ouvertures situées aux extrémités du tube et dans lequel l'électrode de grille est intégrée dans la paroi du tube ; alternativement, l'électrode de grille peut être mise en contact avec l'électrolyte via l'une des extrémités du tube (voir 20 les Figures 1C et 1D). Dans un autre mode de réalisation particulier, le tube préparé à l'étape a. comporte 3 ouvertures, la troisième ouverture dans le corps du tube permettant la mise en contact dudit canal avec l'électrode de grille via l'électrolyte (voir les Figure 1A et 1B). Dans un 25 mode de réalisation alternatif, la troisième ouverture permet l'insertion des électrodes source et de drain (voir les Figures 1C et 1D). Ainsi, un mode de réalisation alternatif, un procédé de préparation d'un transistor électrochimique organique selon l'invention consiste à : 30 a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ; b. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le tube via l'une des ouvertures ; 9 c. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible ; dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l'ouverture réalisée dans le corps du tube et l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via 5 l'une des extrémités du tube. Dans un deuxième mode de réalisation, un procédé de préparation d'un transistor électrochimique organique selon l'invention consiste à : a. préparer un tube comprenant au moins deux ouvertures et deux points 10 conducteurs diamétralement opposés dans la paroi du tube pour réaliser l'électrode source et l'électrode de drain, b. préparer une matrice conductrice poreuse et biocompatible en congelant puis lyophilisant une solution de polymère conducteur biocompatible liquide, c. insérer ladite matrice préparée à l'étape b. dans le tube préparé à l'étape a 15 dans lequel l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via l'une des extrémités du tube. Les points conducteurs intégrés dans la paroi permettent la connexion électrique entre les électrodes source et de drain et le canal. Dans un mode de réalisation alternatif, les 20 électrodes source et de drain ne sont pas intégrées dans la paroi du tube mais insérées par l'intermédiaire d'une ouverture du tube situé en position supérieure (comme illustré aux Figures 1C et 1D). Ainsi dans un tel mode de réalisation alternatif, un procédé de préparation d'un 25 transistor électrochimique organique selon l'invention consiste à: a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ; b. préparer une matrice conductrice poreuse et biocompatible en congelant puis en lyophilisant une solution de polymère conducteur biocompatible liquide, c. insérer ladite matrice préparée à l'étape b. dans le tube préparé à l'étape a. 30 dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l'ouverture réalisée dans le corps du tube et l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via l'une des extrémités du tube. 10 Lorsque la matrice est préparée avant d'être placée dans le tube, ses dimensions seront légèrement inférieures à celle du tube de sorte à ce que la matrice soit en contact avec les parois du tube une fois insérée, soit inférieures de sorte à ce que la matrice, une fois insérée, ne soit pas en contact avec les parois du tube. 5 Quelque soit le mode de réalisation, le procédé de préparation selon l'invention peut en outre comprendre l'ajout de polymères synthétiques ou de protéines dans la matrice soit avant congélation (et lyophilisation), soit après lyophilisation. 10 Dans un mode de réalisation préféré, la lyophilisation est une sublimation. Un troisième objet de l'invention concerne l'utilisation d'un TEO selon l'invention pour la détection d'un état cellulaire applicable en particulier à des cellules en cours d'adhésion, de prolifération, ou de différentiation, d'apoptose ou de mort cellulaire. Cet 15 état est corrélé à la tension, au courant et à la transconductance de la matrice mesurés grâce au transistor. L'utilisation du transistor permet donc de mesurer ces paramètres à un temps t et de les comparer avec les mesures obtenues à un temps t+1, pour évaluer un changement d'état. Ce système a l'avantage de prendre en considération l'ensemble des signaux de la 20 cellule : les signaux biochimiques, les caractéristiques mécaniques et les signaux électriques, qui sont amplifiés grâce à l'utilisation d'un transistor. Le TEO de l'invention présente également l'avantage de permettre la co-culture de cellules, par exemple des fibroblastes et cellules épithéliales, ou une combinaison de 25 différents types de cellules reproduisant l'hétérogénéité tissulaire et la spécificité des écosystèmes tissulaires particuliers. Le TEO est donc un dispositif pour le diagnostic et le suivi de développement de cellules in vitro, en particulier de cellules humaines. 30 Le dispositif selon l'invention peut remplacer avantageusement les tests sur les animaux puisqu'il reproduit un tissu d'origine humaine en 3D, alors que la pertinence des modèles animaux est souvent relative et contestée. Il arrive souvent que les 11 résultats intéressants obtenus sur un modèle animal ne soient pas confirmés lors des études cliniques. De même, des résultats négatifs obtenus sur modèle animal conduisent à écarter certaines approches thérapeutiques alors qu'elles sont en réalité valables chez l'homme. Un dispositif selon l'invention a vocation à répondre à ce type de 5 problématique. Ainsi, l'invention concerne également une méthode d'évaluation de l'effet d'une molécule ou d'une combinaison de molécules sur des cellules cultivées dans une matrice en 3 dimensions intégrée dans un dispositif de type transistor tubulaire selon 10 l'invention. Cette méthode peut être appliquée à de nombreuses approches telles que : - l'évaluation de la fonctionnalité de cellules différenciées à partir de cellules souches telles que les iPS, cellules qui peuvent être utilisées dans des tests de criblage et de diagnostic et dont il est important de vérifier les caractéristiques biologiques et 15 physiologiques ; - la mesure d'un état cellulaire en temps réel et en continu dans une culture en 3 dimensions ; - en tant que système intégré microfluidique sur puce, par exemple dans le but de reproduire un bioréacteur mettant en jeu des tissus de natures différentes. Pour ce faire, 20 la puce peut comporter un ensemble de TEO mis en circuit de sorte à reproduire un « système multi-organe ». Un tel système in vitro peut être utilisé dans de nombreuses applications telles que l'évaluation du potentiel métastatique de cellules cancéreuses, l'évaluation de la toxicité de molécules circulantes, de métabolites et leur effet sur des tissus situés à distance.... 25 Enfin, il est possible de coupler les mesures réalisées grâce au transistor (tension, courant et transconductance) avec d'autres méthodes d'analyse. En effet, il est possible de recueillir le milieu qui sort du TEO et d'analyser sa composition, soit directement, soit après concentration, pour identifier les métabolites des cellules ou tout autre 30 biomarqueur tel que des facteurs de croissance, des cytokines... D'autre part, il est possible d'analyser la structure cellulaire, la configuration des cellules au sein de la matrice 3D par imagerie. Ce type d'analyse peut être réalisée directement sur coupe du fait que la matrice est transparente. Ces analyses peuvent venir conforter ou affiner le 12 résultat obtenu grâce à l'analyse des signaux recueillis grâce au transistor. Du fait de la transparence de la matrice, il est également possible de réaliser des analyses optiques et électriques en temps réel sur les cultures cellules en 3D (il n'est pas nécessaire de retirer la matrice et donc aucune manipulation cellulaire n'est requise). 5 Les inventeurs ont également montré que la force du flux (force de cisaillement) augmente la vitesse de différenciation des cellules, notamment des cellules souches (Curto, et al.,. Organic transistor platform with integrated microfluidics for in-line multiparametric in vitro cell monitoring. 2017, Nature Microsystems and Nanoengineering, 3: 10 17028 (2017)doi:10.1038/micronano.2017.28). Ainsi, il est possible d'adapter la vitesse du flux pour accélérer la différentiation cellulaire. La présente invention sera mieux comprise à la lumière des exemples qui suivent, qui n'ont qu'un rôle illustratif et ne doivent pas être considérés comme limitant la portée de 15 l'invention. FIGURES Figure 1 : Vues schématiques de dispositifs tubulaires comprenant un transistor 20 électrochimique organique intégré dans un tube. Dans une première configuration, les électrodes source et de drain (A et C) sont intégrées dans la paroi du tube alors que l'électrode de grille (B) est en contact avec le canal par l'intermédiaire d'une ouverture dans le corps du tube, (1A) vue de coté, (1B) coupe transversale. Dans une seconde configuration, les électrodes source et de drain (A et C) sont insérées dans une 25 ouverture du tube aménagée dans la paroi du corps du tube alors que l'électrode de grille (B) est enchâssée dans le système tubulaire par l'une des extrémités du tube, (1C) vue de coté, (1D) coupe transversale. Figure 2 : Représentation des étapes de fabrication d'un dispositif tubulaire selon 30 l'invention. (A) Préparation d'une tube à 3 ouvertures, (B) Insertion de points conducteurs pour les électrodes source et de drain, (C) Raccordement des électrodes source et de drain aux points conducteurs, (D) Injection de la matrice PEDOT :PSS dans 13 le système tubulaire (solution liquide), (E) Obtention d'une matrice PEDOT :PSS poreuse par congélation-lyophilisation. Figure 3 : (3A) Mesures des caractéristiques de sortie du courant de drain ID en fonction 5 de la tension de drain, VD pour une tension de grille VG variant de OV à 0,6V (avec une étape de 0,1V) d'un dispositif tubulaire comprenant un TEO intégrant une matrice de type PEDOT :PSS avec une électrode de grille en Ag/AgCl. (3B) montre la courbe de transfert de la transconductance gi, à VD=0,6V. La distance entre les électrodes source et de drain étant égale à d=800 11m. 10 Figure 4: (4A) Mesures des caractéristiques de sortie du courant de drain ID en fonction de la tension de drain, VD pour la tension de la grille, VG variant de OV à 0,6V (avec une étape de 0,1V) d'un dispositif tubulaire comprenant un TEO intégrant une matrice de type PEDOT :PSS avec une électrode de grille en Ag/AgCl. (4B) montre la courbe de 15 transfert de la transconductance gi, à VD=0,6V. La distance entre les électrodes source et de drain étant égale à d= 250 ptm. Figure 5 : Mesures des caractéristiques de sortie du courant de drain ID en fonction de la tension de drain, VD pour la tension de la grille, VG variant de OV à 0,6V (avec une étape 20 de 0,1V) d'un dispositif tubulaire comprenant un TEO de type PEDOT :PSS avec (A) une électrode de grille en PEDOT: PSS et (B) une électrode de grille en Pt. Figure 6: Représentation du courant de drain et de grille en fonction du temps en utilisant du PBS en tant qu'électrolyte (de 0 à environ 585 secondes) puis en remplaçant 25 le PBS par du milieu de culture (de 775 à 920 secondes). Entre les deux intervalles de temps, aucun électrolyte n'est présent. Une série d'impulsions de -0,3V sont appliquées au niveau de la grille, alors que le voltage est maintenu constant à -0,2V. Figure 7: montre une comparaison de la réponse transitoire à une impulsion de VG = 30 0,3V en utilisant du PBS (ligne pointillée), du milieu de culture (ligne continue) en tant qu'électrolyte. Le niveau d'impulsion de la tension de la grille est visible on haut de la figure (ligne pointillée). La tension de drain est maintenue constante à -0,2V. 14 Figure 8 : montre une comparaison des caractéristiques de sortie du dispositif tubulaire comprenant un TEO selon l'invention avant et après stérilisation du dispositif dans une solution d'éthanol à 70% pendant 30 min. 5 Figure 9 : montre une comparaison des caractéristiques de sortie du dispositif tubulaire comprenant un TEO fonctionnant en présence de cellules après 1, 3 ou 5 jours de culture. La tension appliquée au niveau de la grille est égale à VG = 0,6V. Figure 10: montre une image en fluorescence optique de cellules MDCKII à l'intérieur 10 d'une matrice PEDOT :PSS intégrée dans un dispositif tubulaire comprenant un TEO après 5 jours de culture cellulaire. Figure 11 : (11A) Comparaison des courbes de sortie, (1113) courbes de transfert et (11C) courbe de transconductance du dispositif tubulaire comprenant un TEO avant et 15 après une culture de 3 jours des cellules MDCKII. Figure 12 : (12A) Comparaison des courbes de sortie, (1213) courbes de transfert et (12C) courbe de transconductance du dispositif tubulaire comprenant un TEO avant et après une culture de 3 jours de fibroblastes. 20 Figure 13 : Histogramme représentatif des variations relatives des pourcentages de transconductance après une culture cellulaire de 1, 3 ou 5 jours. Figure 14: Réponse du courant de drain transitoire aux impulsions périodiques en 25 créneaux (VGs = 0,3V), avant ensemencement cellulaire et après 1 et 2 jours de culture cellulaires (cellules MDCK II). PARTIE EXPERIMENTALE 30 Préparation de la matrice conductrice Une solution a été obtenue en mélangeant une solution aqueuse de PEDOT :PSS (Clevios PH-100, Heraeus) avec une concentration de 1,25 % en poids avec du 3- glycidoxypropyltrimethoxysilane (GOPS) en tant qu'agent réticulant à une concentration 15 de 3 % en poids pour améliorer les propriétés mécaniques et la stabilité de la matrice dans l'eau. De plus, la solution de PEDOT : PSS peut être mélangée avec du collagène (0,05 % en poids) et / ou avec de la DBSA (0,5% en poids). 5 Ces différentes solutions ont été utilisées pour préparer des matrices conductrices. Tubes et électrodes Des tubes disponibles dans le commerce avec 2 ou 3 ouvertures ont été utilisés pour la réalisation des matrices conductrices et des dispositifs TEO correspondants. 10 De tubes de divers matériaux ont été testés dans les dispositifs TEO tels que (a) le Polyvinylidene fluoride (PVDF), le Polyetherethercétone (PEEK), (b) le polytétrafluoroéthylène (PTFE), (c) le TygonR, (d) l'éthylène-propylène fluoré (FEP), (e) le tétrafluoroéthylène d'éthylène (ETFE) ou le polypropylène (PP). Les diamètres du tube testés ont varié entre 1 millimètre et 5 millimètres, alors que les longueurs ont 15 varié entre 10 millimètres à 50 millimètres. Des têtes d'électrodes recouvertes d'or de diverses tailles ont été employées pour la préparation des électrodes source et de drain. Fabrication des dispositifs TEO Les matrices conductrices ont été préparées à l'intérieur des structures tubulaires. 20 Typiquement, un tube en forme de T avec 3 ouvertures est utilisé pour loger la matrice conductrice. Les électrodes de source-drain (têtes pogo) sont fixées de manière diamétralement opposées à l'intérieur du tube et à une distance comprise entre 100ùm à 1 millimètre. Les tubes sont fixés à l'intérieur du tube avec une bride en caoutchouc et une colle médicale. La solution de PEDOT:PSS a été injectée dans le système tubulaire, 25 en s'assurant que celui-ci est bien rempli par la solution sans former des bulles ou d'espace vide. Le volume de remplissage dépend de la taille souhaitable de la matrice conductrice. Un volume est typiquement compris entre 20 et 40 111. Après avoir rempli les tubes avec la solution, les dispositifs ont été placés dans un congélateur-dessiccateur (Cryotec), où ils ont été congelés de 5°C à -40°C à une vitesse contrôlée de -0,9 °C. min- 30 1, point auquel la glace est sublimée des matrices. Des méthodes de lyophilisation de matrice PEDOT:PSS sont décrites dans Wan et al. (J. Mater.B, 2015, 3, no.25, 5040-48) Le procédé de fabrication du transistor est représenté à la Figure 2. Celui-ci comprend l'assemblage du tube avec les points de contact métalliques servant à relier les 16 électrodes, puis l'introduction du liquide PEDOT:PSS dans le tube, suivi de la lyophilisation in situ utilisant un lyophiliseur. Après sublimation, les matrices ont été placées dans un four à vide à 60°C pendant 2 heures. Avant utilisation, les TEO ont été rincés plusieurs fois à l'eau distillée. Ils ont été alors maintenus dans l'eau distillée plus 5 de 24 heures pour permettre la diffusion des composants à faible poids moléculaire hors de la structure. Les matrices utilisées pour des expériences de culture cellulaire ont été de plus traitées à l'éthanol à 70% pendant environ 30 min pour les rendre stériles. Caractérisation de la matrice 10 La microstructure de la matrice a été caractérisée par microscopie électronique de balayage (SEM). Un microscope SEM (MEB ultra 55 - Carl Zeiss) a été spécifiquement employé pour évaluer l'invasion des cellules dans les matrices. Brièvement, les cellules présentes dans la matrice ont été fixées avec du paraformaldéhyde à 4% pendant 20 min sous perfusion à la température ambiante, puis lavées soigneusement au PBS. La matrice 15 a été détachée des électrodes et extraite du tube en appliquant une force mécanique. Elle a ensuite été déshydratée par passage dans une série de bains d'éthanol à concentration croissante. Enfin, l'échantillon a été recouvert d'une couche d'or/paladium de10 nm et analysé en appliquant un courant de 5 kilovolts. La capacité de compression de la matrice à base de PEDOT hydraté a été mesurée utilisant un Instron avec un capteur de 20 pression dupiézoélectrique 1kN. Chaque matrice a été immergée pendant une heure dans du PBS et puis examinée. Les éléments ont été comprimés à une vitesse de 1mm/s. Le module de Young est calculé en considérant la pente dans la partie linéaire de la courbe d'effort de tension. 25 Expérience de culture cellulaire Des cellules MDCKII ont été cultivées dans du milieu DMEM pauvre en glucose supplémenté avec 10% de SVF (sérum de veau foetal), de la glutamine à 2mM, 50 U.mL-1 de pénicilline et 50 ptg.mL-1 de streptomycine. Les cellules ont été marquées à l'actine fluorescente en utilisant le TIF LifeAct conformément aux instructions du fabricant 30 (Ibidi, Gmbh) et comme décrit pour le pCMVLifeAct-TagRFP. Pour maintenir l'expression de l'actine fluorescente, 500 pigmL-1 de Geneticin sont ajoutés au milieu de culture. 5 ml de 3x106 cellules MDCKII en suspension ont été injectés dans la matrice en utilisant le même milieu de culture supplémenté avec HEPES 20 mM +/-geneticine, le 17 cas échéant. Des cellules ont été ensemencées en haut de la matrice puis le milieu a été lentement retiré jusqu'à ce qu'une fine couche de liquide soit observée à la surface de la matrice. Après ensemencement des cellules, les matrices ont été incubées pendant 1 heure à 37°C pour permettre aux cellules d'adhérer, après quoi du milieu frais a été 5 ajouté au système pour éliminer les cellules non adhérentes. Un faible flux de1,6 uL.min- 1 d'écoulement a été appliqué pour alimenter les cellules pendant 1 à 5 jours et les éléments ont été incubés en atmosphère humidifiée à 37°C, sous CO2 à 5%. Pour le traitement à la trypsine, les matrices ont été lavées plusieurs fois avec du PBS pour enlever le milieu. Puis la solution de PBS a été remplacée par une solution 10 contenant 0,25% de trypsine et un débit constant 10 uL.min-1 a été appliqué pour aider la dissociation des cellules pendant 1 h à 37°C. Après l'incubation, plusieurs cycles manuels de perfusion/élimination ont été appliqués sur les matrices pour enlever les cellules. 15 Marquage immunofluorescent Des cellules MDCKII ont été fixées dans du paraformaldéhyde à 4% pendant 20 min puis perméabilisées à l'aide d'une solution de 0,1% Tritons X-100 pendant 10 min à température ambiante. Les matrices ont été soigneusement lavées avec du PBS et incubées avec une solution de rhodamine Phalloidin et DAPI (Invitrogen) pendant 30 20 min afin de marquer l'actine et les noyaux, respectivement. La matrice a été examinée sous l'epifluorescence/microscope confocal (Axio0bserver Z1 LSM 800 ZEISS). Caractérisation électrique des matrices Trois électrodes de grille différentes ont été utilisées pour mesurer les caractéristiques 25 des transistors des systèmes tubulaires. (a) électrode d'Ag/AgC1, disponible dans le commerce, (b) maille de platine (45x25 millimètre) ou (c) matrice de PEDOT : PSS. Comme solution d'électrolyte, soit un milieu tamponné (PBS), soit un milieu de culture cellulaire ont été utilisés. Ces milieux qui ont été renouvelés avant chaque mesure. Les caractéristiques du TEO ont été mesurées utilisant un Keithley 2612A avec le logiciel 30 LabVIEW adapté en fonction des besoins. Exemple 1 : Configuration d'un TEO 18 La Figure 1 illustre deux modes de réalisation d'un dispositif TEO selon l'invention. Les schémas 1A à1D montrent le positionnement de l'électrode de drain (A), l'électrode de grille (B) et l'électrode source (C) et leur connexion avec la matrice (D) selon différentes configurations. 5 Exemple 2 : Caractérisation du dispositif a. En l'absence de cellules dans la matrice 10 Le fonctionnement du transistor intégré dans un tube et comprenant une matrice en PEDOT: PSS a été caractérisé. La Figure 3 montre que l'intensité du courant de drain (ID) est corrélée à la tension de drain (VD) (Figure 3A). De plus, l'intensité du courant de drain diminue lorsque la tension de grille augmente et la transconductance est optimale lorsque VG est compris entre 0,3 et 0,4 (Figure 3B). 15 Lorsque l'on diminue la distance entre les électrodes source et de drain, la transconductance augmente d'environ un facteur 10 (Figure 4B). Les caractéristiques de tension, courant et transconductance du TEO sont globalement identiques que l'on utilise une électrode de grille en PEDOT :PSS ou en platine, comme montré sur la Figure 5. 20 De plus, il a été montré que le dispositif TEO fonctionne de manière équivalente lorsqu'une solution flux microfluidique est appliquée sur la matrice que ce soit avec une solution tampon PBS (phosphate buffered saline) ou avec de milieu de culture, comme cela est illustré aux Figures 6 et 7. La figure 8 montre une comparaison des caractéristiques du transistor avant et après 25 stérilisation à l'éthanol. La stérilisation n'affecte pas le fonctionnement du transistor. L'ensemble de ces données établissent que le TEO dans la configuration tubulaire proposée présente toutes les caractéristiques requises pour son utilisation en tant que transistor devant être utilisé pour héberger une culture de cellules en 3D à étudier. 30 b. En présence de cellules Le dispositif a ensuite été testé après injection de cellules à l'intérieur de la matrice de PEDOT :PSS. La capacité des cellules à croitre au sein de la matrice dépend de plusieurs 19 facteurs, en particulier de la capacité des cellules à pénétrer au coeur de la matrice, à adhérer au support et à proliférer. Le graphe présenté à la Figure 9 montre une diminution progressive du courant de drain ID au cours du temps entre le premier jour et le 5ème jour de culture. Cette différence 5 reflète la croissance cellulaire et le fait que la matrice est progressivement colonisée par les cellules. Il a été montré sur une culture de cellules MDCKII transfectées avec une protéine fluorescente, qu'au bout de 5 jours de culture, les cellules ont effectivement colonisées la matrice, sont en viables et en bonne santé (Figure 10). 10 Ces données expérimentales valident le fait que la matrice PEDOT :PSS intégrée dans le système TEO tubulaire est adaptée à la culture cellulaire en 3D. La fonctionnalité du dispositif a ensuite été testée en présence de cellules. La Figure 11 présente les résultats obtenus avec une culture de cellules de rein MDCKII 15 et la Figure 12 les résultats obtenus avec une culture de fibroblastes. Des résultats similaires sont obtenus avec les deux types cellulaires à savoir que la présence de cellules au sein de la matrice change de manière significative les propriétés électriques du dispositif. En effet, les courbes de tension de sortie (Figures 11A et 12A), les courbes de transfert (Figures 11B et 12B) et les courbes de transconductance (Figures 11C et 20 12C) montrent une nette différence entre un dispositif comprenant des cellules et un dispositif sans cellule. La Figure 13 illustre la différence de transconductance observée pour des temps de culture cellulaire de 1, 3 et 5 jours. Cette figure montre qu'une quantification cellulaire au cours de temps est possible et que l'on peut ainsi évaluer la croissance cellulaire grâce au dispositif selon l'invention. 25 La sensibilité du dispositif est telle qu'il est possible, après calibration, d'évaluer la croissance cellulaire mais aussi les fonctions cellulaires (notamment l'intégrité cellulaire et le bon fonctionnement dans le cas d'étude de toxicité) et de suivre la formation tissulaire. 30 Exemple 3 : Evaluation de la croissance cellulaire grâce au TEO Des cellules épithéliales MDCK II ont été ensemencées dans le TEO et le système, avec toutes ses connexions électriques, a été placé dans un incubateur pendant 3 jours. Après 20 ensemencement, le système est alimenté en continu en milieu de culture grâce à une pompe qui maintient le flux. Pour cette expérience, le TEO utilisé est celui qui représenté sur les figures 1C et 1D dont les électrodes source et de drain sont recouvertes d'or et dont l'électrode de grille en maille de platine est enchâssée dans le système tubulaire. 5 La haute biocompatibilité des électrodes en platine a permis de mesurer in situ, pendant la culture cellulaire, les paramètres électriques du système pendant une période prolongée sans affecter la viabilité des cellules. Pendant que les cellules croissent à l'intérieur de la matrice conductrice (PEDOT :PSS), la présence de cellules et la 10 formation de tissu au sein de la structure poreuse de la matrice induisent des changements significatifs dans le comportement (les paramètres) électrique du transistor TEO. Les résultats de cette expérience sont illustrés à la Figure 14. Les changements dans le comportement du transistor s'accompagnent par un temps de réponse plus lent du 15 courant pendant les phases de dopage et de dédopage, comme cela apparaît sur le graphe 14B en conditions de réponse normalisée. De plus, les valeurs de transconductance diminuent de manière significative, dès 1 jour de culture, comme le montre la Figure 1C. Tous ces changements peuvent être attribués à une augmentation de la résistance et de la capacitance de la matrice due à la présence de cellules en 20 croissance puis à la formation de tissu et la diminution consécutive du transport ionique. L'observation sous microscope optique de la matrice à J2 montre la présence de cellules recouvrant la matrice à la fois en surface et à l'intérieur des pores (données non montrées) ; ces résultats confirment la présence de cellules au sein de la matrice et le fait que ces cellules ont la capacité de croitre et de coloniser la matrice de PEDOT :PSS. 25 Ainsi, les changements mesurés grâce au TEO sont corrélés à une observation visuelle de la croissance cellulaire au sein de la matrice. Ces résultats valident le fait que le TEO selon l'invention peut être utilisé comme outil de détection in situ pour l'évaluation en temps réel de l'état d'une REVENDICATIONS1. Transistor électrochimique organique comprenant : (i) un canal constitué d'une matrice de polymère conducteur poreuse et biocompatible en trois dimensions, (ii) une électrode source et une électrode de drain établissant chacune un contact électrique avec ledit canal, et (iii) une électrode de grille établissant un contact électrique avec un électrolyte se trouvant en contact direct avec ledit canal, caractérisé en ce que ledit canal est situé à l'intérieur d'un tube comprenant au moins 2 ouvertures. 2. Transistor selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite matrice de polymère est constituée de PEDOT : PSS. 3. Transistor selon la revendication 2 caractérisé en ce que du collagène et du DBSA sont associés à ladite matrice. 4. Transistor selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les électrodes source et de drain sont en or ou recouvertes d'or et l'électrode de grille est en PEDOT :PSS. 5. Procédé de préparation d'un transistor électrochimique organique selon l'une des revendications 1 à 4 comprenant les étapes suivantes : a. préparer un tube comprenant au moins deux ouvertures ; b. intégrer deux points conducteurs diamétralement opposés dans la paroi du tube pour réaliser l'électrode source et l'électrode de drain ; c. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le tube via l'une des ouvertures ; d. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible, dans lequel l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via l'une des extrémités du tube ou via une troisième ouverture réalisée dans le corps du tube. 22 6. Procédé de préparation d'un transistor électrochimique organique selon l'une des revendications 1 à 4 comprenant les étapes suivantes : a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ; b. injecter une solution de polymère conducteur biocompatible liquide dans le 5 tube via l'une des ouvertures ; c. congeler puis lyophiliser ladite solution de polymère de sorte à obtenir une matrice conductrice poreuse et biocompatible ; dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l'ouverture réalisée dans le corps du tube et l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via 10 l'une des extrémités du tube. 7. Procédé de préparation d'un transistor électrochimique organique selon l'une des revendications 1 à 4 comprenant les étapes suivantes : a. préparer un tube comprenant au moins trois ouvertures ; 15 b. préparer une matrice conductrice poreuse et biocompatible en congelant puis en lyophilisant une solution de polymère conducteur biocompatible liquide, c. insérer ladite matrice préparée à l'étape b. dans le tube préparé à l'étape a. dans lequel les électrodes source et de drain sont insérées via l'ouverture réalisée dans le corps du tube et l'électrode de grille est mise en contact avec l'électrolyte via 20 l'une des extrémités du tube. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ladite lyophilisation est une sublimation. 25 9. Procédé de préparation selon l'une des revendications 5 à 8 comprenant en outre une étape d'ajout de polymères synthétiques ou de protéines dans la matrice, cette étape se situant soit avant la congélation, soit après la lyophilisation. 10. Utilisation d'un transistor selon l'une des revendications 1 à 4 pour la détection d'un 30 état cellulaire tel que des cellules en cours d'adhésion, de prolifération, de différentiation, d'apoptose ou de mort cellulaire. 23 11. Système intégré comprenant au moins deux transistors selon l'une des revendications 1 à 4. 12. Utilisation d'un système selon l'une des revendications 10 ou 11 en tant que 5 bioréacteur.