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Integrated Tissue Slice Culture and NMR Metabolomics – A Novel Approach Towards Systemic Understanding of Liver Function And Disease

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Un nouveau laboratoire sur puce pour étudier le métabolisme des tissus in situ

Les systèmes miniaturisés de laboratoire sur puce permettent d’éviter bon nombre des problèmes éthiques liés à l’expérimentation animale. Des scientifiques européens ont intégré l’analyse par résonance magnétique pour permettre la caractérisation du métabolisme des tissus à des fins de test de médicaments.

Santé

Les tissus englobent une gamme de différents types de cellules dans une structure hautement organisée pour remplir une fonction. Il est impossible de comprendre les processus qui régissent l’interaction des cellules au niveau des tissus en étudiant des cellules individuelles in vitro. De plus, les trois principes de remplacement, de réduction et de raffinement relatifs à l’expérimentation animale exigent un cadre alternatif pour mener les recherches.

Combinaison d’organes sur puce et de technologies RMN

Le projet TISuMR financé par l’UE a mené à la création d’une nouvelle plateforme technologique qui permet la caractérisation biochimique directe des tissus cultivés in vitro dans des dispositifs microfluidiques. Ceux-ci offrent un formidable moyen de modéliser des organes entiers, pouvant être utilisés pour le diagnostic et la recherche biomédicale. L’expérience pluridisciplinaire de l’équipe TISuMR a permis de combiner la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) avec la culture de tranches de tissus dans un laboratoire sur puce miniaturisé. La spectroscopie RMN est une technique spectroscopique non invasive à haute résolution qui permet de caractériser un échantillon au niveau moléculaire. Elle est idéale pour observer les processus métaboliques, biologiques et chimiques des systèmes vivants en raison de sa nature non invasive. «Notre objectif était de surmonter les limites de la sensibilité de la spectroscopie RMN et de la combiner avec notre système de culture microfluidique pour observer le métabolisme des tissus», explique Marcel Utz, coordinateur du projet et professeur à l’université de Southampton.

Défis et applications

La spectroscopie RMN exige que l’échantillon soit placé dans un champ magnétique très large, dont l’intensité doit être la même sur l’ensemble de l’échantillon. Combiner cette exigence aux conditions strictes nécessaires pour conserver des tissus sains pendant une période prolongée hors du corps a posé d’importants défis techniques. Les chercheurs ont pu les surmonter grâce à une conception originale qui fait appel aux spectromètres à résonance magnétique haute performance existants, disponibles dans de nombreux laboratoires, tant dans le milieu universitaire que dans l’industrie. «Notre plateforme va bien au-delà de ce qui était possible auparavant, apportant des détails et une précision sans précédent sur le métabolisme des tissus», souligne Marcel Utz. La plateforme TISuMR a été utilisée avec succès pour étudier la cholestase – un phénomène associé à l’obstruction du flux biliaire, qui constitue un effet secondaire fréquent de nombreux médicaments importants et qui empêche d’en faire un usage efficace. Le système TISuMR a fourni des informations cruciales sur les modifications du métabolisme hépatique causées par la cholestase, apportant des indications importantes pour la conception de nouveaux candidats médicaments capables d’éviter cet effet secondaire.

Perspectives de la technologie TISuMR

L’impact le plus marquant de la nouvelle approche expérimentale TISuMR est la génération de précieuses données sur la biochimie du tissu, sans interférence. Ceci peut être appliqué à d’autres tissus tels que le poumon, le cœur et les reins. Grâce à des techniques d’hyperpolarisation, il pourrait être possible d’améliorer plus avant les signaux RMN et d’obtenir des informations encore plus détaillées. «Nous prévoyons que la technologie développée par TISuMR trouvera de nombreuses applications telles que le développement de médicaments et la recherche sur le cancer», conclut Marcel Utz. Les partenaires poursuivent leurs efforts pour que cette technologie soit plus largement accessible par le biais d’entreprises dérivées, telles que Voxalytic GmbH, Allemagne et microVita au Royaume-Uni. Une optimisation plus poussée de la technologie permettra de l’adapter en fonction des besoins des utilisateurs. Parallèlement à ces efforts de commercialisation, les partenaires souhaitent améliorer encore les capacités de la technologie TISuMR, par exemple en incorporant des informations sur la physiologie du tissu, ou en étendant les applications à la biologie du cancer.

Mots‑clés

TISuMR, spectroscopie RMN, microfluidique, métabolisme tissulaire, tranche de tissu, médicament, laboratoire sur puce, cholestase, hyperpolarisation, résonance magnétique nucléaire

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