Cette plateforme de diagnostic, à l’échelle d’une puce comporte, en l’état actuel, les tissus artificiels de 10 organes, reliés entre eux, et elle peut être adaptée à de nombreuses configurations différentes. Ce presque « corps entier » synthétisé sur une puce (physiome-on-a-chip) est l’œuvre d’une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT). Cette nouvelle technologie, présentée dans les Scientific Reports pourrait être utilisée pour évaluer de nouveaux médicaments et détecter d'éventuels effets secondaires avant de passer aux essais cliniques chez l'Homme.
Concrètement, il s’agit d’échantillons de tissus humains reliés par des canaux microfluidiques permettant de répliquer avec précision les interactions des organes humains durant des semaines et de valider les effets des médicaments sur différentes parties du corps.
Mieux que des tests préliminaires chez l’animal ? Le système peut révéler, par exemple, si un médicament destiné à traiter un organe aura des effets indésirables sur un autre organe. Lors du développement d'un nouveau médicament, les chercheurs identifient des cibles médicamenteuses en fonction de ce qu'ils connaissent de la biologie de la maladie, puis créent des composés qui affectent ces cibles. Les tests précliniques chez les animaux peuvent fournir des informations sur la sécurité et l'efficacité d'un médicament avant les essais cliniques chez l'homme, mais ces tests peuvent, en effet, ne pas révéler les effets secondaires potentiels. Les effets secondaires sont très difficiles à prédire à partir de modèles animaux, explique Linda Griffith, professeur d'ingénierie de l'innovation à MIT et auteur principal de l'étude. Ensuite, des médicaments qui se montrent efficaces chez l’animal peuvent échouer ensuite chez l'Homme. Enfin, le système est également adapté aux tests d’immunothérapies, qui sont complexes à tester chez l’animal car ces thérapies sont précisément conçues pour interagir avec le système immunitaire humain.
Cette technologie appelée « physiome sur puce » (physiome-on-a-lab), pourrait, à terme et selon les chercheurs, permettre de modéliser les effets possibles des médicaments, avec précision et rapidité. Le défi, combiner et relier de nombreux tissus artificiels capables d’imiter fidèlement les fonctions des organes humains. Jusqu’à ces travaux, aucune équipe n'avait réussi à connecter plus de quelques types de tissus différents sur une puce. De plus, la plupart des équipes travaillant sur ce type de puce utilisent des systèmes microfluidiques fermés, qui permettent aux fluides de s'écouler mais ne permettent pas d’intervenir facilement sur ce qui se passe à l'intérieur de la puce. L'équipe du MIT présente ici un système ouvert, qui intègre également plusieurs pompes embarquées capables de contrôler le flux de liquide entre les « organes », répliquant la circulation du sang, les cellules immunitaires et les protéines le corps humain. Les pompes permettent également d'évaluer des tissus plus gros, par exemple des tumeurs dans un organe.
Plusieurs versions expérimentales ont déjà été développées, dont un prototype reliant jusqu'à 10 types d'organes : foie, poumon, intestin, endomètre, cerveau, cœur, pancréas, rein, peau et muscle squelettique. Chaque » organe » est constitué de grappes de 1 million à 2 millions de cellules. Ces tissus ne reproduisent pas l'organe entier, mais ils remplissent plusieurs de ses fonctions importantes. La plupart des tissus proviennent directement de prélèvements de patients.
L’équipe suggère que les applications les plus immédiates de cette technologie pourraient concerner la maladie de Parkinson avec la modélisation de 3 ou 4 organes, dont le cerveau, le foie et le tissu gastro-intestinal. La preuve de concept est apportée avec un traitement gastro-intestinal : les chercheurs imitent l'ingestion orale d'un médicament destiné à un traitement gastro-intestinal, puis observent le transport du médicament dans d'autres tissus ainsi que son métabolisme. Ils sont capables de suivre la diffusion du médicament et ses effets sur les différents tissus.
L’avantage de la plate-forme est son adaptabilité avec de nombreuses configurations possibles…
Source: Scientific Reports 14 March 2018 doi:10.1038/s41598-018-22749-0 Interconnected Microphysiological Systems for Quantitative Biology and Pharmacology Studies (Visuel Felice Frankel)
