Comme nous l’avons vu dans un précédent article, pour prédire la toxicité humaine, les études animales restent la référence en matière de tests précliniques de l’efficacité des médicaments. Malheureusement, les modèles précliniques existants ne sont pas suffisamment fiables et peu prédictifs. Dans le but de surmonter les limites des modèles animaux, de nouvelles recherches ont conduit au développement de modèles de culture cellulaire 3D, dans lesquels les cellules sont cultivées et organisées en structures 3D. Mais malgré de grands progrès, le modèle de culture cellulaire 3D ne parvient toujours pas à reconstituer les caractéristiques des organes vivants qui sont essentielles à leur fonctionnement, notamment les interfaces tissu-tissu (par exemple entre l’épithélium et l’endothélium vasculaire) ou le microenvironnement biophysique et biochimique.
D’après une étude de 2018 (1), les progrès récents dans la technique des organes sur puce basés sur la microfluidique se sont révélés prometteurs dans le développement de médicaments et la médecine personnalisée en tant que modèle potentiel pour remplacer les tests sur les animaux. Cette technique est un dispositif microfluidique fabriqué avec un polymère organique à base de silicium – le polydiméthylsiloxane (PDMS) – en utilisant la technique standard de lithographie douce. Basée sur la stéréolitographie (SLA), la lithographie douce est une technique basée sur la lumière dans laquelle on masque la source de lumière (un laser ou des LED UV ou visibles) qui est utilisée pour durcir une résine ou un hydrogel sensible à la lumière. Plus précisément, le SLA est masqué via un écran LCD pour créer un masque qui délimite le passage de la lumière dans certaines formes. Cette technologie fonctionne grâce à une matrice LED qui éclaire l’écran LCD, créant le motif de durcissement de la résine, permettant ainsi la création d’un système microfluidique.
D’après une étude de 2019 (2) , les organes sur puces sont générés à l’aide de techniques d’ingénierie à micro-échelle qui, lorsqu’elles sont combinées avec des cellules humaines vivantes et cultivées, recréent le microenvironnement physiologique, mécanique et biochimique des organes vivants d’une manière réductionniste mais complexe, hautement précise et contrôlable. Dans l’absolu, il serait alors possible de recréer les différentes propriétés des organes du corps humain pour étudier leurs interactions comme le montre la représentation ci dessous :
Cette technologie permet l’étude de la physiologie et de la pathologie humaines complexes dans un contexte spécifique à un organe et offre une plateforme unique pour développer des modèles spécialisés de maladies humaines in vitro. Chaque organe sur puce a approximativement la taille d’une pile AA et est souvent composé d’un matériau transparent, flexible, biocompatible et perméable aux gaz. Les cellules sont cultivées dans des microcanaux perfusés en continu qui traversent la puce, et la puce peut être étirée ou stimulée d’une autre manière pour recréer les forces physiologiques que les cellules subissent dans le corps.
Les organes sur puces ont été conçus pour reproduire l’état complexe et dynamique dans lequel les cellules vivantes fonctionnent dans un organe humain réel, qui comprend le substrat (matrice extracellulaire), l’interface tissu-tissu, les forces mécaniques, les cellules immunitaires et les composants sanguins, ainsi que les éléments biochimiques. environnement. L’un des principaux avantages de cette technologie est qu’elle permet aux scientifiques d’acquérir des connaissances mécanistes sur la biologie humaine et la réponse humaine aux médicaments. Elle a le potentiel pour être utilisé dans de nombreux domaines, notamment la découverte de médicaments, la recherche alimentaire et chimique, ainsi que la médecine de précision et régénérative. Cependant, la technologie est encore nouvelle et pas encore complètement mature. Il faut donc se mettre au travail et nous vous invitons à nous contacter pour discuter de vos besoins !
Source :
(1) Source : Zhang B et al. (2018) Advances in organ-on-a-chip engineering. Nature Reviews Materials 3 p257–278
(2) Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964461830518X?via%3Dihub
(3) Représentation d’une itération possible de l’humain sur puce. L’intégration de différents organes sur une seule puce, liés par un flux microfluidique, peut être utilisée pour modéliser l’absorption de médicaments par ingestion (modèles intestinaux et cutanés), distribution (modèle de tissu adipeux), métabolisme (modèle hépatique) et excrétion (modèle rénal). Image adaptée, avec autorisation, de https://www.tissuse.com/en/ (TissUse GmbH). Extrait de l’étude « Exploring new technologies in biomedical research »