Reproduire le corps humain sur une puce pour tester des médicaments

En effet, l'un des défis majeurs pour les entreprises pharmaceutiques est la réduction des coûts de développement des médicaments et du temps de commercialisation pour exploiter au maximum ces médicaments avant l'expiration des brevets. Ceci a conduit L'UE à soutenir le projet de recherche Body-on-a-Chip (BOC); ce dernier vise à remplacer les cultures cellulaires en 2D, généralement utilisées pour tester de nouveaux médicaments, par un dispositif reproduisant mieux les conditions du corps humain en combinant plusieurs cultures d'organes spécifiques en 3D sur une puce. Les chercheurs ont alors créé un prototype destiné à évaluer les risques toxicologiques liés à la composition de nouvelles substances actives ainsi que l'efficacité de ces dernières, avant les essais cliniques à proprement parler.

«L'industrie pharmaceutique perd beaucoup d'argent à cause du temps consacré au développement de nouveaux produits qui s'avèrent par la suite inefficaces», expliquait le coordinateur du projet BOC, Dr. Jan Lichtenberg, de la startup suisse Insphero. «Dans ce secteur, plus un développement échoue rapidement, mieux c'est. Les entreprises veulent connaître l'innocuité des médicaments le plus tôt possible pour arrêter les programmes voués à l'échec et ainsi économiser des millions, voire parfois des milliards d'euros.»

Comprendre la toxicité à long terme des médicaments

Traditionnellement, la toxicité potentielle des médicaments est testée sur des cellules cultivées dans des boîtes de Petri en 2D. Mais ces cultures cellulaires en 2D peuvent perdre leurs caractéristiques en 48 heures, comme les cellules hépatiques par exemple. Ces tests ne révèlent donc que des niveaux élevés de toxicité, c’est-à-dire des médicaments qui seraient nocifs immédiatement après l'administration.

Les scientifiques du projet BOC ont introduit des cultures cellulaires 3D (soit des micro-tissus sphéroïdes qui représentent des organes humains comme le foie ou le cœur) dans les compartiments d'une puce reliés par de minuscules canaux, reproduisant ainsi l'environnement et les conditions physiologiques d'un organisme complexe. Les micro-tissus développés en dehors de la puce, et non cultivés in situ, restent fonctionnels pendant 60 jours et permettent donc de tester les effets toxiques à plus long terme.

Le médicament testé est distribué aux différents «organes» compartimentés de la puce au moyen d'une solution nutritive. Le dispositif est connecté à plusieurs instruments de mesure, comme un spectromètre de masse, destinés à analyser les métabolites produits. Le projet BOC permet d'identifier les métabolites spécifiques produits par le médicament ainsi que leurs effets sur les tissus étudiés. Le composant testé peut être transformé par les enzymes du foie en métabolites plus puissants que la substance originale mais peut se révéler être toxique. La toxicité de ces métabolites ne peut être détectée avec les cultures en 2D classiques.

Un appareil commercialisable d'ici trois ans

Un dispositif contenant des cellules de rat et représentant deux types de tissus (foie et tumeur) a été testé dans le cadre du projet. Des molécules anticancéreuses connues, comme la staurosporine et le cyclophosphamide, ainsi que des médicaments plus courants et connus pour être nocifs pour le foie, comme le paracétamol, ont été mis en contact avec ces tissus pour tester le fonctionnement du dispositif.

Les partenaires ont également testé une puce avec quatre types de tissus — foie, tumeur, muscle cardiaque et système neurologique — et ont développé des prototypes à six et huit compartiments, qui pourront fonctionner avec des cellules humaines.

«Le soutien de l'UE pour le projet nous a réellement aidé à développer un prototype fiable et nous serons en mesure de proposer un système 'body-on-a-chip' (organisme sur puce) à plusieurs tissus commercialisable d'ici deux à trois ans», a ajouté Dr Lichtenberg.

Cinq partenaires, de quatre pays différents, ont collaboré sur le projet Body-on-a-chip, qui a reçu un financement de l'UE à hauteur de 1,4 million d'euros.