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Le développement et l’approbation éventuelle des médicaments dépendent énormément des modèles animaux et des essais cliniques sur l’homme, mais depuis un certain temps, des scientifiques travaillent sur une approche alternative et plus rapide.

Des « organes-sur-puce » pour la recherche de nouveaux médicaments

En recréant les fonctions de divers organes sur de petits dispositifs appelés « organes-sur-a-puce », les chercheurs espèrent réduire le temps et le coût des essais de sécurité et d’efficacité des nouveaux médicaments.
Des scientifiques de l’Institut Wyss de Harvard en ont maintenant réuni dix pour créer une plate-forme fonctionnelle d’organes sur puce qui peut offrir de nouvelles informations sur le comportement des médicaments dans l’ensemble du corps humain.
Le but de ce projet de recherche était non seulement de recréer les fonctions complexes de 10 organes humains, mais aussi de les relier entre eux par des voies fluidiques pour observer comment le flux de sang simulé affecte l’ensemble du système.
Un médicament peut sembler sûr lorsqu’on examine ses effets sur les reins, mais il peut créer des effets secondaires dans d’autres organes. L’idée de ces systèmes « organes-sur-puce » est de détecter ces dangers plus tôt durant les tests.
En 2017, un système d’organes sur puce mis au point par des scientifiques de l’Institut de médecine régénérative de Wake Forest, qui combinait plusieurs modèles d’organes en un seul système. Le Wyss Institute’s s’appuie sur ce système pour offrir une image plus complète – les scientifiques se concentrant sur deux aspects du comportement des médicaments.

Deux aspects comportementaux des médicaments

Le premier est connu sous le nom de pharmacocinétique (PK), qui inverse la façon dont un médicament est absorbé, distribué, métabolisé et excrété par le corps humain, ce qui détermine les niveaux de médicament laissés dans le sang. L’autre est connu sous le nom de pharmacodynamique (PD), qui fait référence à la façon dont un médicament affecte ses organes cibles, y compris les mécanismes de son fonctionnement et ses effets secondaires potentiels.
Les puces d’organes qui composent ce système sont des dispositifs microfluidiques de la taille d’une clé USB. Une paire de canaux parallèles sont séparés par une membrane poreuse, avec des cellules spécifiques à l’organe peuplant un côté et des cellules vasculaires imitant un vaisseau sanguin de l’autre.
Ces organes sur puce sont reliés par des canaux vasculaires qui transfèrent le fluide entre eux pour imiter le flux sanguin dans le corps humain. De cette façon, les scientifiques sont en mesure d’observer l’impact des médicaments sur la pharmacocinétique et la pharmacodynamique, puis l’équipe utilise la modélisation informatique pour prédire un impact potentiel sur l’ensemble du corps humain.
« Dans cette étude, nous avons relié en série les canaux vasculaires de huit puces organiques différentes, dont l’intestin, le foie, les reins, le cœur, les poumons, la peau, la barrière hémato-encéphalique et le cerveau, en utilisant un substitut sanguin commun hautement optimisé, tout en perfusant indépendamment les canaux individuels tapissés par des cellules spécifiques aux organes », explique le copremier auteur Richard Novak.

Ce nouveau système a maintenu la viabilité de tous les tissus

« Le système a maintenu la viabilité de tous les tissus et de leurs fonctions pendant plus de trois semaines et, surtout, il nous a permis de prédire quantitativement la distribution d’une substance chimique spécifique aux tissus dans l’ensemble du système ».
Dans une expérience, les scientifiques ont utilisé cette plateforme pour connecter des puces d’organe simulant l’intestin, le foie et un rein. De la nicotine a été ajoutée à la puce d’intestin pour imiter l’administration orale du médicament, d’où elle a été passée à travers la paroi intestinale, à travers le système vasculaire jusqu’au foie pour être métabolisée, et ensuite jusqu’au rein où elle a été excrétée. Une analyse par spectrométrie de masse a suivi, l’équipe confirmant que le trajet du médicament et ses effets ressemblaient beaucoup à ceux observés chez l’homme.
« Les concentrations maximales de nicotine calculées qui en résultent, le temps nécessaire à la nicotine pour atteindre les différents compartiments tissulaires et les taux de clairance dans les puces hépatiques de notre modèle in vitro et in silico reflétaient étroitement ce qui avait été mesuré précédemment chez les patients », déclare Ben Maoz, copremier auteur.

Une expérience avec le médicament cisplatine s’est révélé être un modèle précis

Dans une autre expérience, l’équipe a observé les effets d’un médicament de chimiothérapie courant appelé cisplatine, qui peut être toxique pour les reins et la moelle osseuse. La plateforme « organes- sur-puce » s’est à nouveau révélée être un modèle précis.
« Notre analyse récapitule les effets pharmacodynamiques du cisplatine chez les patients, notamment une diminution du nombre de différents types de cellules sanguines et une augmentation des marqueurs de lésions rénales », déclare la copremière auteure Anna Herland.
Cette recherche a été publié en deux parties dans Nature Biomedical Engineering (12). Cette plate-forme est expliquée dans la vidéo ci-dessous.

Source : Wyss Institue
Crédit photo : Pixabay

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