La mise sur le marché d’un nouveau médicament coûte des milliards d’euros et peut prendre plus de dix ans. Ces importants investissements en argent et en temps contribuent grandement à l’augmentation des coûts des soins de santé et constituent des obstacles importants à l’offre de nouvelles thérapies aux patients.
L’un des obstacles réside dans les modèles de laboratoire utilisés par les scientifiques pour développer des médicaments. Les essais précliniques, c’est-à-dire les études qui testent l’efficacité et la toxicité d’un médicament avant d’entrer dans des essais cliniques chez l’homme, sont principalement menés sur des cultures cellulaires et des animaux.
Ces deux méthodes sont limitées par leur faible capacité à reproduire les conditions du corps humain. Les cultures cellulaires dans une boîte de Pétri sont incapables de reproduire tous les aspects de la fonction tissulaire, tels que la façon dont les cellules du corps interagissent ou la dynamique des organes vivants.
Et les animaux ne sont pas des personnes – même de petites différences génétiques entre les espèces peuvent se transformer en grandes différences physiologiques.
Moins de 8% des études animales réussies pour le traitement du cancer aboutissent à des essais cliniques humains. Étant donné que les modèles animaux échouent souvent à prédire les effets des médicaments dans les essais cliniques sur l’homme, ces échecs tardifs peuvent augmenter considérablement les coûts et les risques pour la santé des patients.
Pour résoudre ce problème de transposition, les chercheurs ont mis au point un modèle prometteur qui peut imiter au plus près le corps humain : l’organe sur puce.
En tant que chimiste analytique, j’ai travaillé sur le développement de modèles d’organes et de tissus qui évitent la simplification excessive des cultures cellulaires communes et les divergences des modèles animaux avec les humains. Je crois qu’avec un développement plus poussé, les organes sur puce peuvent aider les chercheurs à étudier les maladies et à tester les médicaments dans des conditions plus réalistes.
Quels sont les organes sur une puce ?
À la fin des années 1990, les chercheurs ont trouvé un moyen de superposer des polymères élastiques pour contrôler et analyser les liquides à l’échelle microscopique. Ainsi est né le domaine de la microfluidique, qui, dans le domaine des sciences biomédicales, implique l’utilisation d’appareils capables de mimer l’écoulement dynamique des fluides dans le corps, comme le sang.
Les progrès de la microfluidique ont fourni aux scientifiques une plate-forme pour développer des cellules qui fonctionnent davantage comme le corps humain, en particulier avec des organes sur puce. “Puce” fait référence au dispositif microfluidique qui abrite les cellules. Ils sont généralement fabriqués à l’aide de la même technologie que les puces informatiques.
La technologie des organes sur puce au service de la recherche biomédicale – Réseau Carnot
Non seulement les organes sur puce imitent le flux sanguin dans le corps, mais ces plateformes ont également des microchambres qui permettent d’intégrer plusieurs types de cellules pour imiter les différents types de cellules normalement présentes dans un organe. L’écoulement des fluides relie ces types de cellules, permettant d’étudier comment elles interagissent les unes avec les autres.
Cette technologie peut surmonter les limites des cultures cellulaires statiques et des études animales de plusieurs façons. Premièrement, la présence de fluide en circulation dans le modèle lui permet d’imiter ce qu’une cellule éprouve dans le corps, comme la façon dont elle absorbe les nutriments et élimine les déchets, et comment un médicament se déplace dans le sang et interagit avec certains types de cellules. La capacité de contrôler le flux de fluides permet également d’ajuster avec précision la dose optimale d’un médicament particulier.
Le modèle poumon sur puce, par exemple, est capable d’intégrer les qualités mécaniques et physiques d’un poumon humain vivant. Il est capable d’imiter l’expansion et la contraction, ou l’inspiration et l’expiration, des poumons et de simuler l’interface entre les poumons et l’air. La capacité à reproduire ces qualités permet de mieux étudier l’insuffisance pulmonaire en fonction de divers facteurs.
Comment pouvons-nous utiliser davantage cette technologie ?
Bien que les organes sur puce repoussent les limites de la recherche pharmaceutique en amont, cette technologie doit encore être largement intégrée dans les pipelines de développement de médicaments. Je pense que l’un des plus grands obstacles à l’adoption généralisée de ces puces est leur grande complexité et leur faible fonctionnalité.
Les conceptions actuelles d’organes sur puce sont difficiles à utiliser. De plus, comme la plupart des modèles sont à usage unique et ne permettent qu’une seule donnée, ce qui limite ce que les chercheurs peuvent étudier à un moment donné, leur mise en œuvre est coûteuse et demande beaucoup de temps et de main-d’œuvre. .
L’investissement élevé requis pour utiliser ces modèles peut freiner l’enthousiasme pour leur adoption. Après tout, les chercheurs utilisent souvent les modèles les moins complexes disponibles pour les études précliniques afin de réduire le temps et les coûts.
Il est indispensable d’abaisser le seuil technique de production et d’utilisation des organes sur puce pour permettre à l’ensemble de la communauté de bénéficier pleinement de leurs avantages. Mais cela ne signifie pas nécessairement une simplification des modèles. Mon laboratoire, par exemple, a conçu plusieurs puces tissulaires prêtes à l’emploi, standardisées et modulaires, facilitant l’assemblage de pièces préfabriquées pour réaliser leurs expériences.
L’avènement de l’impression 3D a également grandement facilité le développement d’organes sur puce, permettant aux chercheurs de fabriquer des modèles entiers de tissus et d’organes directement sur puces. L’impression 3D est idéale pour le prototypage rapide et le partage de conception entre les utilisateurs et facilite également la production de masse de matériaux standardisés.
Je crois que les organes sur puce ont le potentiel de permettre des avancées dans la découverte de médicaments et une meilleure compréhension du fonctionnement des organes, qu’ils soient sains ou malades. En rendant cette technologie plus accessible, nous pouvons retirer le modèle du développement en laboratoire et le laisser dominer l’industrie biomédicale.
Cet article a été produit par The Conversation et hébergé par 20 Minutes.
