La récente loi de modernisation de la Food and Drug Administration des États-Unis a réjoui les militants des droits des animaux et les développeurs de médicaments. En approuvant la loi, le gouvernement américain a donné le feu vert à des alternatives expérimentales et informatisées aux animaux pour tester de nouveaux médicaments.
Cette décision devrait stimuler la recherche et le développement de puces d’organes – de petits dispositifs contenant des cellules humaines qui sont utilisés pour imiter l’environnement dans les organes humains, y compris le flux sanguin et les mouvements respiratoires, servant d’environnements synthétiques dans lesquels tester de nouveaux médicaments.
Depuis plus d’une décennie, des scientifiques, des sociétés pharmaceutiques et des militants pour les animaux poussent les régulateurs à inclure des configurations synthétiques qui imitent les maladies humaines, en plus d’utiliser des animaux, comme bancs d’essai de médicaments, avec des arguments ancrés dans la science, le commerce et l’éthique.
Du laboratoire au marché
La mise sur le marché d’un nouveau médicament est un processus long, coûteux et difficile, semé d’échecs. Premièrement, les chercheurs identifient des composés chimiques (y compris des molécules biologiques) qui peuvent être utilisés pour traiter une condition en utilisant la modélisation, entre autres techniques. Ensuite, ils choisissent une liste restreinte d’options qui fonctionnent bien et les testent sur des cellules cultivées sur des plats en plastique en laboratoire – ou sur des animaux qui peuvent imiter la maladie dans certaines conditions.
À ce stade, appelé essai préclinique, les scientifiques déterminent si ces médicaments sont toxiques et s’ils peuvent traiter efficacement la condition imitée. Les animaux utilisés ici comprennent les souris, les rats, les hamsters et les cobayes, selon le médicament testé. Les chercheurs utilisent également des porcs pour tester des implants tels que des stents.
Avant la nouvelle loi, les chercheurs devaient démontrer l’innocuité et l’efficacité d’un médicament dans un modèle animal de la maladie avant de passer aux essais cliniques sur l’homme.
Les essais cliniques humains comportent quatre phases bien connues : vérification de l’innocuité des médicaments ; pour la sécurité et l’efficacité ; pour la sécurité et l’efficacité par rapport à la norme de traitement actuelle ; et la surveillance post-commercialisation.
À ce jour, moins de 10 % des nouveaux médicaments terminent leurs études précliniques et moins de 50 % des ces finalement entrer sur le marché. Certains chercheurs pensent que l’utilisation de modèles animaux dans les études précliniques pourrait être à l’origine de cet énorme taux d’échec.
Une étude menée en 2013 par des chercheurs de l’Université de Stanford a révélé que les modèles de souris imitaient « mal » les maladies inflammatoires humaines. Mais dans une étude de 2015, des chercheurs de l’Agence japonaise pour la science et la technologie ont réanalysé les mêmes données et ont rapporté le contraire diamétralement opposé : que les modèles de souris imitent “grandement” les maladies inflammatoires humaines.
Les données portaient sur la façon dont les conditions inflammatoires aiguës chez l’homme, telles que les traumatismes, les brûlures et la présence de lipopolysaccharide dans le sang, affectaient les gènes. (Le lipopolysaccharide est un composant de la membrane externe recouvrant un certain type de bactérie ; il est mortel lorsqu’il pénètre dans la circulation sanguine humaine.) Les chercheurs ont comparé ces données avec celles des modifications génétiques chez les souris qui ont modélisé ces conditions.
Le 2 février, des chercheurs des États-Unis et du Canada ont de nouveau analysé les mêmes données et trouvé un équilibre : ils ont évalué six maladies inflammatoires humaines et ont signalé que les souris pouvaient en imiter deux ; ne pouvait pas en imiter deux ; et les résultats de deux n’étaient pas concluants.
Ce résultat reflète le consensus scientifique actuel : les animaux imitent bien certaines maladies humaines mais pas d’autres. Dans les cas où ils ne peuvent pas imiter une condition, un nouveau médicament qui semble prometteur dans les études précliniques est presque certainement voué à l’échec dans les essais cliniques humains.
Ces défis ont conduit les scientifiques à rechercher des modèles alternatifs qui imitent les maladies humaines. L’un d’entre eux est le modèle d’organe sur puce, qui a suscité beaucoup d’attention au cours de la dernière décennie.
Donald E. Ingber, professeur de bio-ingénierie et directeur de l’Institut Wyss de l’Université de Harvard, et ses collègues ont développé le premier modèle d’organe humain sur puce en 2010. C’était un ‘poumon sur puce‘ qui imitait les aspects biochimiques du poumon et ses mouvements respiratoires. Le groupe d’Ingber a continué à développer plus d’organes humains sur puces.
Une configuration de dispositif d’organe sur puce avec flux de médias et de cellules présentes pour étudier les infections de plaies. | Crédit photo : arrangement spécial
En 2014, les membres du Wyss Institute ont lancé une start-up appelée Emulate Inc. pour commercialiser leur technologie. Le groupe a depuis créé plusieurs puces différentes, notamment pour la moelle osseuse, la barrière épithéliale, les poumons, les intestins, les reins et le vagin.
Plusieurs groupes de recherche à travers le monde ont également emboîté le pas. Les scientifiques ont également formé des consortiums pour encourager la recherche dans ce domaine, comme l’European Organ-on-Chip Society.
Dans de nombreux cas comme celui d’Emulate, des groupes de recherche universitaires se sont associés à des start-ups technologiques pour commercialiser la technologie. Dans un récent succès, les puces hépatiques d’Emulate ont pu prédire avec succès la capacité des médicaments à provoquer des lésions hépatiques avec une sensibilité de 87 % et une spécificité de 100 %. Les chercheurs ont utilisé des puces hépatiques pour évaluer les effets toxiques de 27 médicaments connus pour être sûrs ou causer des lésions hépatiques chez l’homme. Leur article a été publié dans Médecine des communications en décembre 2022.
Organes sur puce en Inde
Quelques groupes de recherche en Inde ont développé des modèles d’organes sur puce au cours des dernières années.
Prajakta Dandekar-Jain, professeur adjoint de sciences et technologies pharmaceutiques à l’Institut de technologie chimique de Mumbai, a déclaré L’Hindou il y a « des efforts diffus dans ce sens ».
Le groupe du Dr Dandekar-Jain a développé un modèle skin-on-chip avec l’équipe d’Abhijit Majumdar, professeur agrégé de génie chimique à l’IIT Bombay. Le modèle est actuellement testé pour étudier l’irritation cutanée et la toxicité. Les deux groupes développent également ensemble un modèle de rétine sur puce.
Le Dr Majumdar et son équipe développent également séparément un modèle de placenta sur puce avec Debjani Paul, professeur de biosciences et de bioingénierie à l’IIT Bombay, et Deepak Modi, scientifique à l’ICMR-Institut national de recherche en santé reproductive et infantile. , Bombay.
Tous ces individus s’accordent à dire que ces modèles sont d’excellents outils pour imiter les organes humains et leurs maladies. “Puisque nous utilisons des cellules humaines dans ces modèles d’organes sur puce, ils sont plus pertinents pour l’homme que les modèles animaux”, a déclaré le Dr Majumdar. “De plus, ils sont exempts de problèmes éthiques liés à [the use of] modèles animaux.
Selon lui, ceux-ci sont également plus efficaces pour prédire les résultats du traitement que les systèmes de culture cellulaire conventionnels – où les chercheurs cultivent des cellules dans des plats en plastique en laboratoire – car ils modélisent différents aspects du corps humain, tels que sa géométrie tridimensionnelle ou le flux. de fluides comme le sang et la lymphe.
Outre les organes, les chercheurs tentent également d’imiter différentes maladies États à l’aide de puces. C’est ce que Kaushik Chatterjee, professeur agrégé d’ingénierie des matériaux, et Deepak K. Saini, professeur de biologie du développement et de génétique à l’Indian Institute of Science de Bengaluru, font vis-à-vis du poumon.
( Remarque : L’auteur est affilié à l’Indian Institute of Science, Bengaluru.)
Le Dr Chatterjee a expliqué que si plusieurs groupes dans le monde ont développé des dispositifs pulmonaires sur puce pour imiter la fonction pulmonaire, peu ont été en mesure de capturer les aspects biologiques de différentes maladies pulmonaires, y compris celles causées par la pollution de l’air et le COVID-19. “Nous espèrons que [recreate] de telles conditions en utilisant notre plate-forme poumon sur puce », a-t-il déclaré.
Le groupe de Karishma Kaushik, professeur adjoint de biotechnologie à l’Université Savitribai Phule Pune (SPPU), a développé un modèle d’infection sur puce pour recréer un état d’infection de plaie cutanée humaine. Le but : mimer une infection qui ne guérit pas malgré un traitement antibiotique prolongé et répété.
De gauche à droite : Nizam Shaikh, Karishma Kaushik et Shreeya Mhade. | Crédit photo : arrangement spécial
Selon le Dr Kaushik, le modèle peut être utilisé pour étudier différentes caractéristiques des plaies cliniques, étudier comment les bactéries se collent les unes aux autres (formant des couches appelées biofilms où elles sont protégées du traitement) et tester les effets des antibiotiques ou de nouvelles méthodes de traitement sur biofilms.
« Il y a eu une poussée vers l’étude des infections des plaies, le développement de nouveaux traitements et l’évaluation des combinaisons de traitements. Le modèle d’infection des plaies sur puce développé dans notre groupe de recherche » en fait partie, a déclaré le Dr Kaushik.
“Si les cellules sont isolées des patients et utilisées pour créer les tissus biomimétiques, les puces d’organes résultantes peuvent être utilisées pour développer des thérapies personnalisées pour les patients individuels”, a déclaré le Dr Dandekar-Jain.
La technologie est intrinsèquement interdisciplinaire, donc “il faut établir des équipes de recherche et de développement de produits hautement interdisciplinaires qui peuvent concevoir et créer des dispositifs microfluidiques qui peuvent être utilisés pour des applications biologiques et diagnostiques avec des résultats reproductibles”, a-t-elle ajouté.
Certains de ces organes sur puces que les scientifiques indiens ont développés sont prêts à être utilisés comme bancs d’essai de médicaments en laboratoire, mais ils pourraient être dans une décennie avant de figurer dans les essais précliniques, avec un coup de pouce, selon le Dr Kaushik.
Les estimations du moment où les «organes sur puce» peuvent être utilisés comme bancs d’essai de drogue en Inde vont de quelques années à une décennie.
« La prochaine étape serait de formaliser leur place en tant qu’outils de dépistage préclinique, et éventuellement en tant qu’alternative à l’expérimentation animale. Comme c’est le cas partout dans le monde, cela nécessiterait des modifications du [Rules] pour les processus d’évaluation des médicaments », a-t-elle déclaré.
D’autre part, le Dr Dandekar-Jain a déclaré que cela ne devrait prendre que quelques années avant que l’industrie n’adopte ces technologies, à condition qu’elle puisse forger de bonnes collaborations avec le milieu universitaire, accéder à des programmes de formation pour vulgariser la technologie et obtenir le soutien du gouvernement. Mais elle a également dit “il y a encore une réticence de la part des industries de [using this] pour la recherche préclinique en raison du manque de personnel expérimenté ».
Alors que les scientifiques et les institutions s’enracinent et que les régulateurs acquièrent le sens de la recherche interdisciplinaire, “une grande partie du défi consiste à favoriser une diaphonie régulière et transparente, contrairement aux conférences à court terme ou aux collaborations spécifiques, entre scientifiques, cliniciens, ingénieurs, et pharmacologues », a déclaré le Dr Kaushik.
Le Dr Dandekar-Jain a accepté. Selon elle, les régulateurs indiens manquent d’exposition aux problèmes des chercheurs tandis que les universitaires ne comprennent pas pleinement les exigences réglementaires. Il y a aussi des obstacles bureaucratiques. Le Dr Dandekar-Jain a invoqué les exemples des « chefs de dépenses inflexibles dans les subventions gouvernementales » et le retard dans le déblocage des fonds pour les subventions sanctionnées.
Ces chercheurs espèrent voir de plus grands consortiums avec divers experts du milieu universitaire, des industries et des régulateurs se réunir pour pouvoir comparer les efforts de l’Inde en matière d’organes sur puce avec ceux de l’Occident. Le Center for Predictive Human Relevant Model Systems, Hyderabad, construit une base de données de chercheurs travaillant dans différents domaines d’alternatives aux modèles animaux, y compris les puces d’organes.
Des groupes de recherche universitaires, des start-ups et des entreprises biomédicales occidentales ont également changé de vitesse pour construire des modèles humains sur puce plus grands. Ce sont des assemblages de différentes puces d’organes contenant des nutriments pour les cellules qui les traversent, imitant le flux de sang et de nutriments à travers différents organes du corps. L’idée est de prédire l’efficacité d’un médicament contre une maladie particulière en présence d’interactions organiques désordonnées au lieu de systèmes proprement isolés.
Remarque : Le nom de l’institut d’Hyderabad a été corrigé en Center for Predictive Human Relevant Model Systems, du Center for Predictive Human Relevant Microphysiological Systems, à 19 h 35 le 26 février 2023.
Joel P. Joseph est un journaliste scientifique indépendant.
