L’institut Wyss de l’université d’Harvard a mis au point une série de puces pouvant imiter le fonctionnement d’organes complets. Inspirée par la biologie autant que la micro-électronique, la technologie présentée a pour ambition de révolutionner la recherche en remplaçant les tests cliniques et l’expérimentation animale.
Les méthodes à la base des découvertes médicales et les développements pharmaceutiques dans le monde moderne sont depuis longtemps controversées. Le secteur recherche et développement a vu sa productivité chuter pendant 50 ans, exigeant un temps et des moyens toujours plus importants : « Pour chaque milliard de dollars investi, (…) nous mettons de moins en moins de médicaments approuvés sur le marché » explique Geraldine Hamilton, scientifique en chef de l’institut Wyss, lors de la conférence TED 2013 de Boston.
Pour expliquer ce déclin, la biologiste cellulaire met en avant l’inefficacité des protocoles de recherche : « Nous n’avons pas les bons outils (…) Prenons l’exemple des boîtes de Petri. Nous les prenons -les cellules- et les arrachons à leur environnement naturel, nous les jetons dans ces boîtes de pétri en espérant que cela fonctionne. Devinez quoi ? Ca ne marche pas. Elles n’aiment pas cet environnement parce qu’il ne ressemble en rien à celui du corps humain. »
Une autre part encore indissociable des progrès médicaux -et la plus vivement critiquée- est l’expérimentation animale. Malgré des apports indéniables en biologie, cette méthode montre ses faiblesses lorsqu’il s’agit de transposer les résultats sur le genre humain, et à plus forte raison sur l’individu. De même, les essais cliniques peuvent prendre des années et passent à côté des traitements personnalisés.
L’idée développée par l’Institut Wyss vise à optimiser les recherches. En créant un modèle qui imite la physiologie humaine, ses chercheurs ont tenté d’offrir à la recherche un moyen de prédire plus efficacement et plus rapidement les effets d’une maladie ou d’un traitement sur les patients.
La naissance des « architectes cellulaires »
Les Organs-on-Chips (littéralement organes sur une puce) sont des appareils en polymère flexible à peine plus gros qu’une carte mémoire, dans lesquels serpentent des canaux prévus pour faire circuler des fluides. Au centre, une membrane poreuse sur laquelle sont déposées les cellules que l’on souhaite observer : dans le cas de Lung-on-a-chip, il s’agit de cellules pulmonaires situées sur la membrane, et des cellules capillaires appliquées en dessous. L’ensemble est ensuite soumis à des déformations régulières, « de sorte qu’il expérimente la même chose que nos cellules lorsque nous respirons. »
Dès lors que l’environnement est créé, il suffit d’y ajouter l’objet de l’étude : « Nous pourrions, par exemple, simuler une infection en ajoutant des cellules bactériennes dans le poumon, puis des globules blancs dans le canal sanguin. Et dès qu’ils perçoivent une infection, ils passent du sang aux poumons pour dévorer les bactéries. »
Des possibilités étendues
Les applications possibles d’une telle innovation pourraient révolutionner l’industrie pharmaceutique, mais pas seulement : « Nous pourrions éventuellement utiliser la peau sur une puce pour tester si les ingrédients de ces produits ne sont pas nocifs, sans avoir recours aux tests sur les animaux. Nous pourrions tester la nocivité des produits chimiques auxquels nous sommes quotidiennement exposés comme les produits d’entretien (…) ou encore etudier précisément les effets d’une exposition aux radiations. » Ces puces permettraient également de tailler un traitement sur mesure, en prélevant les cellules d’un patient pour les déposer dans les différentes puces.
Les chercheurs de l’Institut ne comptent pas s’arrêter là, et visent désormais à relier l’ensemble des puces afin de simuler le fonctionnement d’un organisme complet. Plus de dix puces-organes existent déjà (rein, foie, estomac…) et un prototype rappelant une imprimante a été dévoilé dans le but de montrer les progrès faits dans cette voie. Le système semble par ailleurs assez simple d’utilisation pour les non-initiés.
Sources : gizmag, Wyss Institute, TED
– Illustration : Les canaux, remplis de cellules sanguines et pulmonaires, forment un système dynamique et interactif.
