La mise sur le marché d’un nouveau médicament peut coûter des milliards d’euros et prendre plus d’une décennie. Ces énormes investissements en argent et en temps sont des contributeurs majeurs à la montée en flèche des coûts des soins de santé et constituent un obstacle important à l’apport de nouveaux traitements 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 qu’il ne soit testé sur l’homme, sont principalement menés sur des cultures cellulaires et des animaux.
Ces deux méthodes sont limitées par leur faible reproductibilité dans des conditions humaines. Les cultures cellulaires dans des boîtes de Pétri sont incapables de reproduire tous les aspects de l’activité tissulaire, tels que la façon dont les cellules du corps interagissent et la dynamique des organes vivants.
Et les animaux ne sont pas des humains – même de petites différences génétiques entre les espèces peuvent être amplifiées en grandes différences physiologiques.
Moins de 8% des traitements contre le cancer développés chez les animaux se retrouvent dans des essais cliniques humains. Étant donné que les modèles animaux ne peuvent pas prédire l’efficacité des médicaments dans les essais cliniques sur l’homme, ces erreurs tardives peuvent augmenter considérablement les coûts pour les patients et les risques pour la santé.
Pour résoudre ce problème de greffe, des chercheurs ont mis au point un modèle prometteur capable de mieux imiter 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 courantes et distinguent les modèles animaux des humains. Je crois qu’avec un développement ultérieur, les organes sur puce aideront les chercheurs à étudier les maladies et à tester les médicaments dans des contextes plus réalistes.
Qu’est-ce qu’un organe sur puce ?
À la fin des années 1990, les chercheurs ont trouvé un moyen de superposer des polymères flexibles pour surveiller et analyser les liquides à l’échelle microscopique. Ainsi, dans le domaine des sciences biomédicales, le domaine de la microfluidique a émergé, qui utilise des dispositifs capables de simuler 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 se comportent davantage comme le corps humain, en particulier des organes sur puce. “Puce” fait référence au dispositif microfluidique qui abrite les cellules. Ils sont souvent fabriqués à l’aide de la même technologie que les puces informatiques.
La technologie des organes sur puce au service de la recherche biomédicale – le réseau Carnot
Les organes sur puce imitent non seulement le flux sanguin dans le corps, mais ces plateformes ont également des micro-chambres qui permettent l’intégration de plusieurs types de cellules pour imiter les différents types de cellules trouvés dans les organes. L’écoulement des fluides relie ces types de cellules et nous permet d’étudier comment elles interagissent les unes avec les autres.
Cette technologie peut surmonter les limites de la culture cellulaire statique et des études animales de plusieurs façons. Premièrement, la présence de fluide circulant dans le modèle permet à la cellule de simuler ce qui se passe dans le corps, comme la façon dont elle reçoit les nutriments et élimine les déchets, comment les médicaments circulent dans le sang et interagissent avec plusieurs types de cellules. La capacité de contrôler le débit de fluide permet un ajustement précis de la dose optimale d’un médicament particulier.
Par exemple, un modèle de poumon sur puce est capable d’intégrer les propriétés mécaniques et physiques d’un poumon humain vivant. Il peut simuler l’expansion et la contraction des poumons, l’inspiration et l’expiration, ainsi que l’interface entre les poumons et l’air. La reproductibilité de ces qualités permet une meilleure étude de l’insuffisance pulmonaire due à divers facteurs.
Comment mieux utiliser cette technologie ?
Bien que les organes sur puces repoussent les limites de la recherche sur les médicaments, la technologie n’a pas encore fait son chemin dans le pipeline de développement de médicaments. À mon avis, les plus grands obstacles à l’adoption généralisée de ces puces sont leur grande complexité et leur faible fonctionnalité.
Les modèles d’organes sur puce sont difficiles à utiliser. De plus, la plupart des modèles sont jetables et n’autorisent qu’une seule entrée, ce qui limite ce que les chercheurs peuvent étudier à un moment donné, ce qui les rend coûteux et longs et laborieux à mettre en œuvre.
L’investissement élevé requis pour utiliser ces modèles peut décourager leur adoption. En fin de compte, les chercheurs utilisent souvent les modèles les plus complexes disponibles pour les études précliniques afin de réduire le temps et les coûts.
Abaisser le seuil technique de production et d’utilisation des organes sur puces est important pour permettre à l’ensemble de la communauté d’en profiter pleinement. Mais cela ne signifie pas simplifier les modèles. Par exemple, mon laboratoire a conçu un certain nombre de puces tissulaires modulaires standardisées prêtes à l’emploi qui facilitent l’assemblage et le test des préfabriqués.
Et l’avènement de la technologie d’impression 3D a grandement facilité le développement d’organes sur puce, permettant aux chercheurs de créer des modèles entiers de tissus et d’organes directement sur une puce. L’impression 3D est idéale pour le prototypage rapide, le partage de conceptions entre les utilisateurs et facilite la production de masse de matériaux standardisés.
Je crois que les organes sur puce sont capables de découvrir des médicaments et de mieux comprendre le 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 dominer le domaine biomédical.
Cet article est produit par The Conversation et hébergé par 20 Minutes.
