Note ABES Development and fabrication by 3D printing of an openable microfluidic system instrumented with a bioimpedance biosensor for in vitro culture of 3D biological tissues Développement et fabrication par impression 3D d’un système microfluidique ouvrable et instrumenté avec un capteur de bioimpédance pour la culture in vitro de tissus biologiques 3D Organe sur puce Biocapteurs électriques Tumeur solide Impression 3D Systèmes microfluidiques Bioimpedance Organ-On-Chip Electrical biosensors Solid tumour 3D printing Microfluidic systems Bioimpédance Impression 3D Microfluidique Impédance bioélectrique Biocapteurs Tissus (histologie) -- Cultures cellulaires Cellules cancéreuses Pancréas Tumeurs Impression tridimensionnelle Systèmes microphysiologiques Microfluidique Impédance électrique Techniques de biocapteur Cellules cancéreuses en culture Tumeurs du pancréas La culture cellulaire constitue un outil indispensable en biologie. Elle a permis de mieux comprendre des mécanismes biologiques fondamentaux et a été au coeur de progrès en biologie et médecine. Cependant, les modèles de culture classiques (statiques in vitro 2D et 3D et in vivo) présentent des limitations telles que la représentation simplifiée du tissu ou l’incompatibilité inter-espèces. Les systèmes microfluidiques reproduisent mieux l'environnement dynamique d’un tissu biologique en intégrant des caractéristiques comme le flux interstitiel. Ils favorisent ainsi la découverte de nouveaux médicaments et le développement de la médecine personnalisée, tout en s’inscrivant dans la lignée de la règle des 3R. L’évaluation de l’efficacité de ces candidats thérapeutiques repose généralement sur la mesure de la viabilité cellulaire post traitement. Ces tests sont cependant destructifs et réalisés en point final, ne fournissant pas d’information dynamique sur les tissus étudiés. Les capteurs de bioimpédance, basés sur la mesure à basse fréquence de l’opposition de la membrane des cellules au passage du courant alternatif, permettent une mesure en temps réel, non destructive,de la densité cellulaire, et donc de la viabilité. Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse a été le développement d'un système microfluidique ouvrable et parallélisé intégrant un modèle tissulaire 3D solide. Nous avons défini sa géométrie par modélisation numérique en prenant en compte les données in vivo disponible dans la littérature. Nous avons ensuite développé un protocole de fabrication reposant sur l’impression 3D. Nous avons étudié sa capacité de culture en réalisant des cultures dynamiques de cellules cancéreuses pancréatiques d’une part en monocouche 2D et d’autre part en culture 3D. Le deuxième objectif de ma thèse consistait à intégrer et caractériser un biocapteur d’impédance dans les chambres du système microfluidique. Nous avons défini sa géométrie par modélisation numérique en étudiant sa sensibilité. Sa fabrication a été réalisée par photolithographie et lift-off. Sa caractérisation a permis de quantifier l’impact de la géométrie et de la température sur la mesure électrique. Des premiers résultats préliminaires ont permis de valider que le microsystème instrumenté permettait le suivi de l’évolution de la densité cellulaire au sein de cultures 2D et 3D dynamique de cellules pancréatiques cancéreuses. Cell culture is an indispensable tool in biology. It has led to a better understanding of fundamental biological mechanisms and has been at the heart of progress in biology and medicine. However, conventional culture models (static in vitro 2D and 3D and in vivo) have limitations such as simplified tissue representation and interspecies incompatibility. Microfluidic systems better reproduce the dynamic environment of biological tissues by incorporating features such as interstitial flow. In this way, they facilitate the discovery of new drugs and the development of personalised medicine, in line with the 3Rs rule. Assessing the efficacy of these therapeutic candidates is generally based on measuring post-treatment cell viability. However, these tests are destructive and endpoint, providing no dynamic information about the tissues being studied. Bioimpedance sensors, based on the low-frequency measurement of the opposition of the cell membrane to the passage of an alternating current,provide a non-destructive, real-time measurement of cell density and therefore viability. In this context, the first objective of my thesis was to develop an openable and parallelised microfluidic system integrating a solid 3D tissue model. We defined its geometry by numerical modelling, taking into account the in vivo data available in the literature. We then developed a manufacturing protocol based on 3D printing. We studied its culture capacity by carrying out dynamic cultures of pancreatic cancer cells in 2D monolayers and 3D cultures. The second objective of my thesis was to integrate and characterise an impedance biosensor in the chambers of the microfluidic system. We defined its geometry using numerical modelling and studied its sensitivity. It was manufactured using photolithography and lift-off. Its characterisation enabled us to quantify the impact of geometry and temperature on the electrical measurement. Initial preliminary results validated that the instrumented microsystem could be used to monitor changes in cell density in dynamic 2D and 3D cultures of pancreatic cancer cells. Electronic Thesis or Dissertation Text Image en PDF 37948516 https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/EDBSL/2025/2025ULILS025.pdf http://www.theses.fr/2025ULILS025/abes https://theses.hal.science/tel-05419608 https://theses.hal.science/tel-05419608 https://theses.hal.science/tel-05419608 Royer Félix 1997-12-23 GB 292617968 0914300481W 138901 https://theses.fr/2025ULILS025 2025ULILS025 https://doi.org/10.70675/d824e800zac78z4e5ezb5a3z69bf5afbb00c 2025-09-22 Physique et science des matériaux Université de Lille (2022-....) 259265152 Doctorat Docteur es non oui Senez Vincent MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 059869720 Van Seuningen Isabelle MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 094282048 Cleri Fabrizio MADS_PRESIDENT_DU_JURY 168047853 Martinsen Ørjan G. MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 191354988 Frenea-Robin Marie MADS_RAPPORTEUR_1 07897092X Dalmay Claire MADS_RAPPORTEUR_2 154892564 École doctorale Biologie-Santé MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 446 147705126 Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 9020 249814935 Hétérogénéité, Plasticité et Résistance aux Thérapies des Cancers = Cancer Heterogeneity, Plasticity and Resistance to Therapies - UMR 9020 - U 1277 MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_2 1004619 Centre national de la recherche scientifique MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_3 292312253 Programme for EArly-stage Researchers in Lille (France) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_4 283953136 ddc:620 Senez Vincent Van Seuningen Isabelle Cleri Fabrizio Martinsen Ørjan G. Frenea-Robin Marie Dalmay Claire École doctorale Biologie-Santé Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER) Hétérogénéité, Plasticité et Résistance aux Thérapies des Cancers = Cancer Heterogeneity, Plasticity and Resistance to Therapies - UMR 9020 - U 1277 Centre national de la recherche scientifique Programme for EArly-stage Researchers in Lille (France) PDF 37948516