Accélérer la recherche de médicaments grâce à l’ingénierie d’un tissu cardiaque semblable à celui d’un adulte
En Europe, les maladies cardiovasculaires sont responsables de près de la moitié des décès et représentent une charge annuelle estimée à 210 milliards EUR pour l’économie de l’UE. Malgré ces statistiques, très peu de nouveaux médicaments cardiovasculaires ont été commercialisés au cours de la dernière décennie. L’une des principales raisons est l’absence de modèles précliniques prédictifs capables de prévoir de manière fiable les réactions humaines avant que les médicaments ne fassent l’objet d’études animales et d’essais cliniques coûteux.
S’attaquer aux goulets d’étranglement du développement de médicaments cardiaques
Le projet EMAPS-Cardio(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, va relever ce défi en développant des modèles cardiaques humains plus réalistes pour le criblage précoce des médicaments. Le projet répond à une demande croissante de systèmes in vitro qui reflètent mieux la physiologie humaine adulte et peut détecter à la fois l’efficacité thérapeutique et la cardiotoxicité à un stade précoce. «Nous entendons accroître l’efficacité et la fiabilité du développement de médicaments en utilisant des modèles humains prédictifs dès le départ», explique Christian Bergaud, coordinateur du projet. Le projet a pour ambition de transformer les cellules souches pluripotentes induites(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) humaines en cardiomyocytes matures, au-delà de leur état typique de fœtus. Jusqu’à présent, ce manque de maturité a limité l’utilité des technologies de cœur sur puce.
Recréer l’environnement naturel du cœur
EMAPS-Cardio associe la science des matériaux de pointe à la bio-ingénierie pour créer une maturation semblable à celle d’un cœur adulte. La plateforme intègre des échafaudages à base de polymères qui fournissent une stimulation électrique et mécanique douce aux cellules cardiaques. Les cellules peuvent ainsi se comporter comme elles le font à l’intérieur du corps humain. Parallèlement, un bioréacteur dédié applique un étirement mécanique rythmique à l’aide d’un système magnétique qui imite le rythme cardiaque naturel. Ce dispositif surveille également en permanence les niveaux de pH, d’oxygène, de glucose et de lactate, pour une évaluation à long terme de la santé et du métabolisme des tissus. «Ce qui distingue EMAPS-Cardio est le fait que nous ne nous concentrons pas sur un seul stimulus», explique Christian Bergaud. «Nous combinons l’actionnement électromécanique avec le contrôle biochimique et la détection continue dans un système intégré.»
Mettre la plateforme à l’épreuve
Les chercheurs ont validé l’approche EMAPS-Cardio à l’aide de modèles pertinents de maladies, notamment l’arythmie, l’hypertrophie et l’ischémie. La plateforme EMAPS-Cardio a testé des médicaments cardiovasculaires connus et des composés cardiotoxiques tels que le bisphénol A(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). L’équipe a observé des effets évidents sur l’activité électrique, la signalisation calcique, l’expression génétique et les profils métaboliques. Ces résultats démontrent que la plateforme peut capturer de manière fiable les réponses fonctionnelles aux médicaments, ce qui justifie son utilisation pour l’évaluation de l’efficacité et de l’innocuité. Qui plus est, ces technologies permettent des mesures parallèles dans des formats standard, ce qui les rend compatibles avec les flux de travail à haut débit exigés par l’industrie.
Accompagner et réduire les études animales
Si les systèmes de cœur sur puce ne remplacent pas encore totalement les modèles animaux, EMAPS-Cardio démontre qu’ils peuvent considérablement réduire la dépendance à leur égard. Les microtissus humains offrent un contexte biologique plus pertinent et ouvrent de nouvelles perspectives pour la médecine personnalisée, où des cellules spécifiques au patient pourraient être utilisées pour prévoir les réponses individuelles aux médicaments. En outre, les organismes de réglementation commencent à reconnaître la valeur des modèles in vitro avancés, et le rôle des systèmes matures tels que celui d’EMAPS-Cardio dans le développement de médicaments continuera à prendre de l’importance.
Orientations futures
Le consortium entend développer la technologie, améliorer sa robustesse et rationaliser les flux de travail en vue d’une utilisation courante dans la recherche pharmaceutique. Au-delà de la cardiologie, les principes de stimulation électromécanique développés dans le cadre d’EMAPS-Cardio sont directement applicables à d’autres tissus tels que les muscles squelettiques, la peau et les tissus pulmonaires. «Avec quelques améliorations supplémentaires, EMAPS-Cardio pourrait être adapté pour fournir des prédictions personnalisées sur les réponses aux médicaments, nous rapprochant ainsi de thérapies sur mesure pour chaque patient», conclut Christian Bergaud.
