Des innovations dans le domaine des organes sur puce font progresser les essais précliniques de médicaments
Le développement d’un médicament est un processus de longue haleine qui dure souvent jusqu’à 15 ans, et comprend des étapes précliniques et cliniques. Près de 10 % des médicaments échouent lors des essais cliniques à cause de modèles précliniques inadaptés qui fournissent une estimation inexacte de l’efficacité, de la toxicité et de la pharmacocinétique-pharmacodynamique des médicaments. La technologie innovante d’organes sur puce s’impose progressivement face aux cultures cellulaires 2D conventionnelles en tant que modèle préclinique pour tester l’efficacité et la toxicité des médicaments. Ce système repose sur un ensemble de canaux et de chambres microfluidiques qui sont ensemencés avec des cellules vivantes afin d’imiter la structure et la fonction des organes humains. Et surtout, il permet aux chercheurs d’étudier des processus physiologiques complexes dans un environnement de laboratoire contrôlé.
Mesurer les propriétés électriques des tissus dans les dispositifs d’organes sur puce
Pour s’assurer que les organes sur puce conservent en permanence leur intégrité et leur fonction, le projet PORTable STaNDOuTs a proposé d’intégrer un capteur habituellement utilisé pour l’évaluation des barrières tissulaires épithéliales et endothéliales. Présents à différents endroits du corps, comme la peau, les yeux et l’intestin, ils sont responsables du maintien de l’homéostasie des organes et de la régulation de l’interaction avec d’autres tissus ou organes. Les recherches de PORTable STaNDOuTs ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA) et ont bénéficié de la collaboration de Divyasree Prabhakaran, experte en nouveaux matériaux et biocapteurs, qui a été incorporée à l’équipe. Les chercheurs ont notamment mesuré la résistance électrique à travers les monocouches de cellules dans l’organe sur puce par la méthode de la résistance électrique transépithéliale (TEER pour transepithelial electrical resistance). La TEER quantifie de manière rapide et non invasive le passage des ions et des molécules à travers les barrières cellulaires, fournissant ainsi de précieuses informations sur la fonction cellulaire et tissulaire. «Notre objectif était d’évaluer les propriétés de la barrière dans les dispositifs d’organes sur puce basés sur des normes de culture cellulaire multi-puits comme un moyen précis de surveiller les conditions physiologiques et les réponses aux médicaments», explique Antoni Homs-Corbera, coordinateur du projet. L’équipe a mis au point une nouvelle plaque de culture cellulaire multi-puits dotée de capteurs qu’ils ont combinée à d’autres technologies brevetées de la société Cherry Biotech SAS afin de créer un prototype de capteur capable d’effectuer pendant plusieurs jours des mesures dans des cultures cellulaires humaines en 3D en conditions contrôlées. Les paramètres observés ont permis d’estimer de manière précise la perméabilité des tissus en temps réel et de prévoir le transport des médicaments à travers ces barrières dans les premières étapes de la recherche de médicaments.
Au-delà des applications
«La compatibilité du capteur TEER avec les pipelines expérimentaux standards a constitué l’une des réalisations les plus importantes de PORTable STaNDOuTs, qui devrait étendre l’utilisation de la microfluidique et des organes sur puce dans les tests de toxicité des médicaments», souligne Antoni Homs-Corbera. Le principal objectif est d’établir une plateforme microfluidique robuste qui permet de surveiller simultanément divers paramètres biochimiques et physiologiques tels que la TEER, l’oxygène dissous, le pH, le glucose et le lactate. Le développement d’un dispositif tout-en-un contenant des compartiments qui imitent les fonctions de l’intestin, du foie et des reins pourrait fournir un moyen fiable d’évaluer l’absorption, la distribution, le métabolisme et l’excrétion des médicaments. Ce dispositif permettrait en outre d’évaluer à la fois l’impact des médicaments sur l’intégrité des tissus et la toxicité induite sur les organes par les métabolites des médicaments administrés par voie orale. Cette puce ouvrirait la voie à des essais menés sans expérimentation animale pour le développement de médicaments. L’intégration d’autres technologies, telles que l’IA, dans une plateforme très conviviale qui n’exige qu’une formation minimale des experts, permettrait d’encore améliorer les capacités du dispositif. L’équipe du projet entend poursuivre l’intégration de sa nouvelle capacité électrophysiologique dans des plateformes de test de médicaments et affiner les résultats préliminaires. Ils prévoient également de valider la plateforme pat le biais de médicaments connus, déjà testés chez l’homme et dont la pharmacocinétique et la pharmacodynamie sont connues.
Mots‑clés
PORTable STaNDOuTs, développement de médicaments, toxicité, organes sur puce, microfluidique, résistance électrique transépithéliale, TEER, barrière tissulaire