Des puces tissulaires pour modéliser les maladies et tester la toxicité et l’efficacité des médicaments

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25 août 2017

C’est au cours de la convention internationale BIO 2017 à San Diego qu’a été annoncé le prolongement du programme « Tissue Chips » par son responsable, le docteur Danilo Tagle. Le programme, initié en 2010, a pour vocation le développement de puces mimant le fonctionnement des organes humains pour tester la toxicité et l’efficacité des nouveaux médicaments. Après un premier focus sur la création de puces et les études de toxicologie, les nouveaux projets portent désormais sur la modélisation des maladies et l’efficacité des médicaments.

Des études de toxicité jusqu’alors peu fiables

Le processus de développement d’un médicament dure généralement entre 10 et 15 ans, et représente un budget moyen de 780M€. Sur 10 000 molécules criblées présentant potentiellement un intérêt thérapeutique, une seule obtiendra finalement une Autorisation de Mise sur le Marché. Ce faible ratio provient de deux causes principales : d’une part, les molécules candidates présentent une toxicité non acceptable mise en évidence lors des essais cliniques sur l’homme, ou d’autre part, dans la majeure partie des cas, un manque d’efficacité. Il est alors légitime de se poser la question d’un éventuel manque de prédictibilité des modèles actuels que sont les modèles cellulaires et animaux. Notamment, les caractéristiques physiologiques intrinsèques à chaque espèce ne permettent pas la transposition de résultats d’études de toxicité d’une espèce à l’autre.

Un projet en plusieurs étapes

Le programme « Tissue Chips » a été lancé en 2010 par le National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), l’un des National Institutes of Health (NIH), en Collaboration avec la Food and Drug Administration (FDA) et la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).
Au cours de la première phase du projet, 19 projets ont été financés : 12 avaient pour objet la mise au point de microsystèmes 3D – les « organ chips » - tandis que 7 projets évaluaient l’utilisation de cellules souches pour recréer les différents types cellulaires qui représentent l’architecture cellulaire au sein des organes. Les financements ont été attribués à des laboratoires de recherche spécialisés dans le développement d’une puce pour un organe particulier. Le projet a impliqué 15 instituts du NIH, en étroite collaboration avec la DARPA. Les puces générées sont des modèles miniatures d’organes humains, dans lesquels il est possible de mimer par exemple le flux sanguin. Plusieurs puces sont encore en phase de développement à l’heure actuelle : le cœur, le foie, les reins, les poumons, le cerveau ou encore le tissu adipeux et les vaisseaux sanguins, c’est presque l’intégralité du corps humain qui est en cours de modélisation.
La deuxième phase du projet a démarré en 2014, pour une durée annoncée de trois ans. Il s’agissait dans un deuxième temps d’affiner les modèles de puces tissulaires existants, et de travailler sur l’intégration des puces dans un système plus complexe : le « human body on a chip ». C’est l’étape ultime de ce projet : mimer le fonctionnement du corps humain dans son intégralité à l’aide de puces connectées entre elles, afin de pouvoir tester la toxicité des médicaments avant la phase d’essais cliniques.

De nouveaux projets

A la fin de l’année 2016, le NIH a annoncé la création de trois centres de tests des puces tissulaires, en collaboration avec la FDA et l’IQ Consortium, une organisation à but non lucratif composée de grands groupes pharmaceutiques et d’entreprises de biotechnologies. Grâce à l’utilisation de composés de référence – de toxicité connue par exemple – et fournis par les entreprises pharmaceutiques, ces centres vont pouvoir déterminer la fonctionnalité et la fiabilité des puces tissulaires.
Un nouveau projet, le « Tissue Chips for Disease Modeling and Efficacy Testing initiative » a également vu le jour en Octobre 2016. Ce projet ouvre la porte à de nouvelles perspectives : la modélisation de maladies humaines au sein des puces d’organes et l’étude de l’efficacité des molécules d’intérêt pharmaceutique. Cette initiative a pour but de développer des modèles in vitro de maladies humaines à l’aide de cellules souches pluripotentes induites issues de personnes saines ou porteuses de maladie(s), puis de déterminer la pertinence de ces modèles, et le cas échéant de tester l’efficacité de nouveaux médicaments.
Le NCATS, qui collabore avec le Center for the Advancement of Science in Space depuis la fin de l’année 2016, a également participé au financement de cinq projets de recherche translationnelle à bord de la station spatiale internationale « U.S. National Laboratory ». A l’aide des puces tissulaires et dans un environnement de microgravité, les chercheurs espèrent ainsi faire de nouvelles découvertes sur le processus de vieillissement chez l’homme, ou des processus similaires comme la détérioration musculaire ou l’immunodéficience. Les NIH s’étaient initialement engagés à investir 75 millions de dollars sur cinq ans pour le projet.

Les « Tissue Chips » semblent avoir de beaux jours devant elles. A la différence de simples cultures cellulaires, les puces tissulaires sont constituées de différents types cellulaires recréant ainsi de façon plus précise l’environnement et la complexité des organes humains. Entre autres avantages, elles pourraient contribuer à la diminution du recours à l’expérimentation animale, un sujet très sensible. Plusieurs start-ups se sont également emparées du concept des Tissue Chips, et la FDA vient de débuter un programme de test de « liver-on-a-chip » de la société Emulate pour évaluer la sécurité d’additifs alimentaires et de cosmétiques.


Rédacteur :
Raphaël Dubois, Attaché adjoint pour la Science et la Technologie, deputy-sdv.la chez ambascience-usa.org

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