Un jumeau bionumérique pour la recherche sur la grossesse à moindre risque
En Europe, la grande majorité des décès néonatals et fœtaux surviennent chez des enfants nés prématurément. Malgré les progrès de la médecine, le nombre de naissances prématurées augmente à mesure que l’âge maternel s’élève et que les risques environnementaux augmentent(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Comprendre comment les produits chimiques et les médicaments affectent le développement du fœtus reste un défi majeur, car le début de la grossesse ne peut pas être étudié directement chez les humains. Bien que le placenta soit bien étudié, la modélisation de son comportement en matière de transport dans des conditions de laboratoire contrôlées reste complexe. Les modèles animaux reproduisent mal la biologie du placenta humain et ne peuvent pas prédire fidèlement les issues négatives de la grossesse causées par l’exposition à des produits chimiques et à des médicaments nocifs.
Combler une lacune dans la recherche sur la sécurité de la grossesse
Le projet LIFESAVER(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, vise à combler ce manque de données en mettant au point un jumeau bionumérique qui recrée en laboratoire l’environnement placentaire et les interactions entre la mère et le fœtus. La plateforme associe des modèles in vitro avancés à des simulations informatiques pour étudier la manière dont les substances traversent la barrière placentaire et affectent potentiellement le développement du fœtus. «La recherche sur la sécurité de la grossesse est confrontée à un dilemme unique. Il n’est pas possible d’effectuer des tests directs en début de grossesse, et les modèles animaux ne reflètent pas la fonction placentaire humaine. Nous manquons donc considérablement de données», explique Michael Gasik, responsable scientifique du consortium LIFESAVER. L’objectif du projet est de protéger les femmes enceintes et les fœtus en produisant les preuves scientifiques nécessaires à une meilleure réglementation des produits chimiques et pharmaceutiques. À long terme, cette démarche pourrait favoriser des grossesses en meilleure santé et réduire les risques associés aux naissances prématurées, qui sont liées à des pathologies permanentes telles que les infections, le diabète, l’infirmité motrice cérébrale et les déficiences cognitives.
Un jumeau bionumérique du placenta
LIFESAVER a développé un système hybride qui intègre l’expérimentation en laboratoire et la modélisation numérique. L’équipe a utilisé la bio-impression 3D et l’ingénierie tissulaire pour construire des modèles de tissus placentaires fonctionnels qui émulent le comportement biologique de l’interface materno-fœtale. Le système in vitro est basé sur une plateforme microfluidique à double circuit(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui reproduit la circulation maternelle et fœtale séparée par une barrière. Cette configuration permet un contrôle précis des conditions de flux, l’introduction automatisée de composés chimiques et l’échantillonnage programmé des substances transportées. En outre, elle facilite l’étude de la cinétique de transport en tant que processus dépendant du temps. Les données enregistrées sont ensuite reliées à des simulations informatiques qui modélisent les processus de transport à travers la barrière placentaire. «Un jumeau bionumérique nous permet de recréer la circulation maternelle et fœtale dans des conditions contrôlées et de combiner les données expérimentales avec la modélisation numérique. C’est cette intégration qui fait la force de l’approche», souligne Michael Gasik.
Vers des produits chimiques et des médicaments plus sûrs
La validation en laboratoire a confirmé la stabilité du fonctionnement de la plateforme à double circuit et la reproductibilité de la manipulation des composés testés. Les expériences de transport réalisées dans le cadre de la validation du concept ont montré un comportement conforme à la perméabilité attendue à travers la barrière membranaire. «Le principal résultat est que nous pouvons quantifier le transport dans des conditions de flux contrôlées et reproductibles. C’est essentiel pour modéliser l’exposition materno-fœtale de manière réaliste», souligne Michael Gasik. En outre, les chercheurs ont préparé des recommandations politiques et se sont engagés avec les parties prenantes à examiner comment ces plateformes pourraient soutenir de nouvelles approches de l’évaluation de la sécurité des produits chimiques et pharmaceutiques. Ils pourraient contribuer à réduire la dépendance vis-à-vis des expérimentations animales et fournir des preuves plus pertinentes pour l’humain dans le cadre de la recherche sur la sécurité de la grossesse. Ils pourraient également soutenir les futurs efforts politiques européens visant à protéger la santé maternelle et fœtale.