Obtenir un nouveau produit pharmaceutique d’une idée du laboratoire de chimie au marché prend de nombreuses années et des milliards de dollars. Chaque année, seuls quelques dizaines de nouveaux médicaments sont approuvés pour une utilisation aux États-Unis.
Les «organes sur puces» humains sont en train de révolutionner les tests d'innocuité des médicaments. Ces dispositifs utilisent des cellules humaines pour modéliser la structure et la fonction des organes et des tissus humains. En testant les effets potentiels des médicaments sur différents organes plus rapidement que les méthodes traditionnelles, les organes sur puces peuvent réduire le besoin d'études sur animaux et mieux prédire quels nouveaux médicaments traiteront efficacement les maladies humaines.
En tant que membre d'une équipe de recherche interdisciplinaire, nous travaillons sur un rein sur puce afin d'améliorer notre compréhension du début des maladies du rein et des médicaments qui peuvent les traiter en toute sécurité.
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Historiquement, les tests de laboratoire pour les nouveaux médicaments sont effectués dans des cellules cultivées dans des plats ou des flacons. Si un médicament réussit les tests de dépistage initiaux in vitro, les chercheurs le testent ensuite in vivo sur des animaux vivants pour déterminer les effets d'un nouveau médicament sur l'ensemble du système plutôt que sur un seul type de cellule à la fois. Enfin, après de nombreuses années d’analyses en laboratoire, les chercheurs vont tester un nouveau médicament prometteur chez les humains pour déterminer s’il est sans danger et efficace.
Le problème est que 9 médicaments sur 10 ne parviennent jamais du patient à des tests à petite échelle car ils s'avèrent inefficaces ou toxiques, même s'ils ont montré des résultats prometteurs lors de tests précoces.
Les organes sur puces ont le potentiel de transformer complètement ce système. De la taille d'un ongle à celle d'une carte de crédit, ils se composent de canaux de fluide et de minuscules chambres contenant des échantillons de cellules humaines. Les organes sur puces en cours de développement dans les laboratoires du pays incluent les systèmes rénal, pulmonaire, hépatique, intestinal, cutané, cérébral, cardiaque, osseux et reproducteur.
Dans un organe sur une puce, un liquide en circulation alimente les cellules en oxygène et en nutriments, de la même manière que le sang soutient les cellules du corps humain. C'est ce flux constant qui rend ces appareils spéciaux. Les cellules développées dans des dispositifs organes sur puces agissent plus comme des cellules dans un organe humain que des cellules cultivées dans des plats plats sans écoulement.
Le fluide circule dans un rein sur puce. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Les reins sont extrêmement importants pour la santé humaine. Les deux reins de la taille d'un poing éliminent les médicaments et les composés indésirables du corps et jouent un rôle essentiel dans le maintien d'un bon équilibre sel / eau, de la tension artérielle, de la vitamine D et de la santé des os. Les conditions génétiques et même les médicaments couramment administrés peuvent, dans certaines circonstances, endommager les reins.
Aux États-Unis, 15% des adultes ont une maladie rénale. Mais la plupart ne le savent même pas, car les maladies du rein ne présentent souvent aucun symptôme jusqu'à ce que la maladie soit très avancée. Il est urgent de comprendre le début de la maladie rénale et de mettre au point de nouveaux traitements efficaces et sans danger.
Ici à l'Université de Washington, notre équipe de recherche rein-sur-une-puce est composée de scientifiques de nombreuses disciplines différentes, notamment la pharmacie, les sciences pharmaceutiques, la néphrologie (médecine du rein), la toxicologie, la biochimie et la bio-ingénierie.
En partenariat avec Nortis, Inc., une société de biotechnologie locale, notre équipe a créé un petit appareil, de la taille d’une carte de visite, contenant jusqu’à trois minuscules tubes, chaque millième de la taille d’une goutte d’eau, contenant 5 000 personnes. cellules rénales. Lorsque de petites quantités de fluide sont pompées dans les tubes, les cellules rénales sont exposées à des signaux importants qui aident les cellules de la puce à se comporter comme si elles étaient dans un rein vivant.
Nous avons constaté que les cellules rénales libèrent des signaux - appelés biomarqueurs - de lésions lorsqu'elles sont exposées à des toxines rénales connues. Nos recherches ont montré que les cellules de la puce libéraient des marqueurs de lésion fréquemment observés dans l'urine de personnes atteintes de lésions rénales. Les tests avec l'ancienne méthode, utilisant des cellules sur des plaques, n'ont révélé aucun dommage avec le même traitement. Ceci suggère que le rein-sur-une-puce pourrait être meilleur que les méthodes existantes pour prédire si un nouveau médicament causera des dommages aux reins chez l'homme.
Ces dispositifs permettent de mieux tester l'impact des molécules sur les cellules humaines vivantes. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Maintenant que ces résultats prometteurs ont été obtenus, des équipes scientifiques de tout le pays commencent à relier différents organes afin de reproduire un système plus complexe comportant plusieurs organes, afin de mieux comprendre comment les médicaments affectent les humains. Par exemple, nous avons pu connecter un foie sur une puce à un rein sur une puce pour apprendre comment un extrait de plante utilisé dans certains médicaments à base de plantes, appelé acide aristolochique, endommage les cellules du rein. Cette enquête puce à puce renforce le besoin d'organes interconnectés sur puce pour reproduire la mécanique complexe du corps humain.
Au cours de l’année à venir, notre projet «rein-sur-une-puce» sera l’un des nombreux projets envoyés à la Station spatiale internationale, où la faible gravité accélère les changements de cellules, causant parfois des problèmes de santé aux astronautes. La Station spatiale pourrait être l’endroit idéal pour en savoir plus sur les maladies du rein en quelques semaines plutôt que des années ou des décennies.
Les organes sur puces peuvent également être utilisés pour découvrir de nouvelles cibles de médicaments. Notre équipe évalue le rein sur puce comme outil permettant de personnaliser le choix et le dosage des médicaments chez les personnes atteintes de cancer du rein, de néphropathie polykystique et de maladie rénale chronique. D'autres laboratoires d'organes sur puces à travers le pays étudient des maladies du système immunitaire, du cerveau, des poumons, du cœur et des vaisseaux sanguins. En travaillant ensemble, des dizaines d'équipes de recherche développent cette nouvelle technologie pour révolutionner la découverte de médicaments et aboutir à la mise au point de médicaments meilleurs et plus sûrs pour tous.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Catherine Yeung, professeure adjointe de recherche en pharmacie, Université de Washington
Edward Kelly, professeur associé de pharmacie, Université de Washington
Jonathan Himmelfarb, directeur de l'Institut de recherche sur le rein et professeur de médecine à l'Université de Washington
