Des chercheurs de l’Université de Tel-Aviv sous la direction du Dr. Ben Maoz du Département de génie biomédical et de l’Ecole des Neurosciences ont réussi à développer un système innovant qui relie entre eux plusieurs organes sur puce, capable de simuler le fonctionnement de systèmes entiers du corps humain. La technologie révolutionnaire, mise au point dans le cadre d’un projet international réalisé en collaboration avec l’Université Harvard, avec la participation de 57 chercheurs du monde entier, est susceptible de révolutionner le processus de développement de médicaments en économisant du temps et des ressources, et de servir d’alternative efficace à l’expérimentation animale et aux essais cliniques sur l’homme.
Elle a fait l’objet de deux articles publiés ce jour dans le numéro de janvier 2020 de la revue Nature Biomedical Engineering.
« Le développement de médicaments implique aujourd’hui un processus d’une durée de 10 à 20 ans, dont 3 à 6 en moyenne sont consacrés aux expériences en laboratoire y compris les tests sur animaux, et environ 6 à 8 ans sont dédiés aux essais cliniques sur l’homme », explique le Dr. Ben Maoz. « L’ensemble du processus revient à environ 1 à 2 milliards de dollars par médicament. Et après tous ces efforts et ces investissements, il s’avère inefficace, car environ 60 à 90% des médicaments prouvés bénéfiques sur des animaux échouent sur l’homme. Les scientifiques du monde entier recherchent donc des procédures alternatives de développement de médicaments. L’une des technologies présentant le plus grand potentiel dans ce domaine est celle des organes sur puce. La méthode, développée pour la première fois en 2010 à l’Université Harvard, utilise des cellules d’un organe humain spécifique : cœur, cerveau, rein, poumon, etc. et, à l’aide de techniques d’ingénierie tissulaire, les place sur une minuscule plaque en plastique, la puce.
Simuler les réactions du corps humain
Ces dernières années, une large gamme d’organes sur puce, fonctionnant comme les organes humains eux-mêmes, ont été développés dans le monde. Le Dr. Maoz lui-même a mis au point il y a deux ans un organe sur puce qui imite le fonctionnement de la barrière hémato-encéphalique. Ailleurs, on a pu développer des puces cardiaques, rénales, intestinales et autres. Dans le cadre du projet actuel, les chercheurs ont conçu pour la première fois une plateforme capable de connecter les différentes puces en elles, permettant d’imiter le fonctionnement de systèmes entiers du corps humain et de simuler leurs réactions aux médicaments expérimentaux introduits dedans.
Le système a été développé et testé dans le cadre de deux études. Au cours de la première, les chercheurs ont développé un système robotique automatisé capable de relier ensemble de manière simple et modulaire des puces de dix organes différents, permettant le contrôle de chaque substance qui entre et sort de chaque puce. Ils ont de plus enveloppé les puces d’un tissu biologique adapté, créant une sorte de ‘sang artificiel’, qui leur permet de fonctionner et de communiquer entre elles de manière durable. Neuf organes sur puce ont été placés dans ce système: cerveau, barrière hémato-encéphalique, poumon, cœur, moelle osseuse, rein, intestin, foie et peau. Les chercheurs ont pu constater qu’il a fonctionné avec succès pendant au moins trois semaines.
Dans la deuxième étude, ils ont introduit différents médicaments dans ce système automatisé, et examiné la réaction des différents organes. Ils ont tout d’abord introduit de la nicotine, substance utilisée en médecine comme traitement de substitution dans le cadre du sevrage tabagique, entre autre par voie buccale, et est actuellement testée pour guérir les maladies neuro-dégénératives et les infections intestinales chroniques. « La voie orale est d’une grande importance pour le processus d’absorption des médicaments par le corps, de l’intestin qui les absorbe, jusqu’au rein qui filtre les substances en passant par le foie qui les décompose », explique le Dr. Maoz. « C’est pourquoi, pour tester l’absorption de la nicotine, nous avons placé dans notre système des puces de ces trois organes ». Le deuxième médicament testé a été le cisplatine, composant commun utilisé dans le cadre des chimiothérapies intraveineuses pour le traitement du cancer, pour lequel ont été placées dans le système des puces de foie et de rein, ainsi qu’une puce de moelle osseuse, tissu fortement réceptif à ce médicament.
La fin des tests sur les animaux et les humains ?
Le défi suivant consistait à adapter les résultats obtenus par nouveau système innovant au corps humain dans son ensemble, et à combler les écarts existant. À cette fin, les chercheurs ont développé des modèles informatiques qui traduisent les valeurs obtenues par la plateforme automatisée en résultats équivalents d’examens cliniques chez l’homme. Et en effet, la combinaison entre le système automatisé d’organes sur puce et les modèles informatiques a donné des valeurs très proches de celles mesurées en clinique chez les patients humains.
« Pour la première fois au monde, nous avons réussi à développer une plate-forme d’organes sur puce fiable et flexible qui donne des résultats très proches de ceux obtenus sur des patients humains », conclut le Dr. Maoz. « L’Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA) ayant annoncé qu’elle approuvait le développement d’organes sur puce comme support de développement de nouveaux médicaments, les entreprises et laboratoires peuvent dès à présent utiliser notre système. Nous avons bon espoir qu’à l’avenir, après des développements supplémentaires, cette nouvelle plateforme servira d’alternative aux expérimentations animales et même à une partie importante des essais cliniques sur l’homme, ce qui permettra d’économiser des années de recherche, ainsi que beaucoup d’argent et de souffrance pour les humains et les animaux ».
Photos :
- « Un système humain miniature sur une puce » : huit organes connectés dans des « boitiers » en plastique. (Crédit: Wyss Institute, Harvard)
- Le Dr. Ben Maoz.
