Le premier bioréacteur millifluidique pour un meilleur test de médicaments in vitro
Les nouveaux médicaments coûtent généralement entre un milliard d’EUR pour des médicaments chimiques et plusieurs milliards pour des biomédicaments. En dehors de la réponse à la pandémie de COVID-19, ce processus peut prendre jusqu’à 10 ans pour les médicaments traditionnels, et 20 ans pour les biomédicaments. Il nécessite en outre une autorisation réglementaire après des essais dans des cultures cellulaires, sur des animaux et enfin des humains. «Le taux d’échec des phases précliniques peut atteindre 96 %, car le test des médicaments dans des monocouches de cellules ne représente pas une bonne indication de leur fonctionnement chez les animaux», explique Manuela T. Raimondi du projet MOAB soutenu par le Conseil européen de la recherche à l’École polytechnique de Milan, l’hôte du projet. Le projet a mis au point un bioréacteur – un dispositif de culture cellulaire appelé MOAB combiné à de nouveaux échafaudages (nichoïdes) – pour un test de médicaments in vitro plus réaliste. Ces deux inventions ont été brevetées pour une utilisation internationale. «Ces mini-modèles ont reproduit une réponse cellulaire aux médicaments, comme des agents de chimiothérapie et des cellules souches génétiquement modifiées, similaire aux modèles animaux», ajoute Manuela T. Raimondi. «Notre conception les rend plus éthiques, plus simples à utiliser et moins chers que les modèles animaux.» Le soutien de l’UE a permis à l’équipe d’engager un développeur d’entreprise et, après avoir attiré un investisseur, MOAB srl a été établie pour commercialiser le dispositif MOAB-nichoïde. Plus de 10 clients ont été identifiés en Europe et aux États-Unis.
Le MOAB rencontre la «nichoïde»
Dans de nombreuses maladies comme le cancer, les réponses in vivo aux médicaments sont le résultat d’interactions complexes entre les configurations en trois dimensions de plusieurs populations de cellules. Les cultures monocouches de cellules généralement utilisées pour le test in vitro de médicaments ne reproduisent pas ces interactions. Le bioréacteur MOAB consiste en trois chambres miniatures de culture. Chacune peut accueillir des organoïdes en 3D, qui sont des modèles tissulaires constitués de cellules vivantes de quelques millimètres perfusées avec un milieu de culture nourrissant. L’équipe a intégré dans le MOAB une grille microscopique de modèle nano en 3D pour la culture de cellules souches, appelée «nichoïde». La nichoïde a été fabriquée en recourant à la polymérisation par laser à deux photons. Un laser pulsé cible un point de polymère liquide de l’ordre du nanomètre pour induire la polymérisation, lorsque les molécules forment de mini-réseaux solides en 3D. Le faisceau est ensuite manipulé pour former la géométrie de la microgrille au-dessus d’une lamelle de verre. La nichoïde améliore l’adhésion et l’expression biologique des cellules souches d’une manière similaire à leur environnement physiologique naturel. La lamelle de modèle nichoïde est ensuite collée au corps du bioréacteur MOAB pour créer le dispositif de culture cellulaire «MOAB-nichoïde». Ce dispositif, qui peut héberger plusieurs millions de cellules, est accessible à la microscopie par fluorescence pour une étude en temps réel. Alors que le milieu de la culture est en contact direct avec des cellules vivantes, son flux a dû être calibré avec précision pour éviter des dommages cellulaires. «Après des simulations fluido-dynamiques, nous avons conclu que le MOAB-nichoïde pouvait supporter les pressions hydrauliques causées par le flux du milieu de la culture», souligne Andrea Remuzzi de l’Institut de recherche pharmacologique Mario Negri et responsable de ces travaux.
Prêts à découvrir de nouveaux médicaments
MOAB srl crée désormais un modèle cellulaire pour tester une nouvelle thérapie de cellules souches hématopoïétiques génétiquement modifiées, afin de traiter des maladies monogéniques liées au sang comme la drépanocytose et l’hémophilie. Dans le traitement, les cellules souches hématopoïétiques sont collectées auprès des patients, ensuite modifiées pour corriger la mutation, avant d’être réinfusées chez les patients. «Le MOAB-nichoïde fournira une plateforme de test in vitro innovante, capable de vérifier la sécurité des cellules souches hématopoïétiques génétiquement modifiées», explique Manuela T. Raimondi. «La méthode pourrait également remplacer partiellement les tests sur animaux.» Des données issues des organismes de réglementation comme l’Agence européenne des médicaments aidera désormais à normaliser le MOAB-nichoïde pour le test in vitro de médicaments.
Mots‑clés
MOAB, COVID-19, bioréacteur, culture cellulaire, organoïde, cellules souches, polymérisation, simulation fluido-dynamique, hématopoïétique, test de médicament
