Dans cette interview, la Dre Malika Bsibsi discute du rôle des modèles iPSC dans l’avancement de la découverte de médicaments en neurosciences, en se concentrant sur la neurodégénérescence, la neuroinflammation et les approches in vitro innovantes.
Sommaire
Pourriez-vous commencer par vous présenter et donner à nos lecteurs un bref aperçu du travail des laboratoires Charles River dans le domaine des maladies neurodégénératives et de la découverte de médicaments ?
Bonjour, je m'appelle Malika Bsibsi, responsable de la recherche chez Charles River Labs. Dans mon rôle, je dirige une équipe de scientifiques travaillant sur le développement et la mise en œuvre de modèles cellulaires dérivés d'iPSC pour nos clients en matière de découverte de médicaments.
Charles River Labs a une solide expérience dans le soutien aux neurosciences et aux maladies neurodégénératives à toutes les étapes de la découverte de médicaments, telles que l'identification des hits, le criblage à haut débit, l'optimisation des leads, in vitro et in vivo pharmacologie et efficacité, pharmacocinétique, métabolisme des médicaments, sécurité et toxicologie.
Vous avez beaucoup travaillé sur les progrès des modèles cellulaires liés aux maladies neurodégénératives et à la neuroinflammation. Pourquoi sont in vitro Des modèles comme ceux-ci sont-ils essentiels pour mieux comprendre ces maladies et leurs mécanismes ?
Les processus à l’origine de la neurodégénérescence et de la neuroinflammation sont complexes et impliquent plusieurs types de cellules. Il peut donc être difficile de modéliser avec précision ces processus et d’étudier comment ils sont impliqués dans différentes maladies. Traditionnellement, les chercheurs et les développeurs de médicaments ont utilisé des modèles animaux pour ce faire, mais la communauté pharmaceutique continue de s'efforcer de trouver des alternatives aux animaux, en particulier dans les premiers stades de la découverte de médicaments.
De plus, les cerveaux des modèles de rongeurs couramment utilisés ne reflètent pas avec précision la complexité du cerveau humain. Par exemple, dans le cerveau humain, il y a plus de 90 milliards de neurones, chacun avec environ 7 000 synapses avec d’autres neurones, et plus d’un billion de cellules gliales. Chez la souris, par exemple, le rapport cellules gliales/neurones est beaucoup plus faible, ce qui en fait un mauvais modèle de neuroinflammation humaine. L’utilisation de cellules dérivées de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (CSPi) dans des systèmes de culture nous permet de fournir à nos clients des modèles pertinents qui ont une forte traduction dans la physiologie et les maladies humaines.
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Pourriez-vous détailler le in vitro modèle pour la maladie d'Alzheimer que vous avez développé ? Quel potentiel ce modèle recèle-t-il dans le développement de médicaments pour traiter la maladie d’Alzheimer ?
Notre objectif ici était de développer une méthode robuste et reproductible in vitro modèle pour la découverte de médicaments contre la maladie d'Alzheimer. À cette fin, nous avons traité les neurones glutamatergiques dérivés d’iPSC avec des agrégats β-amyloïdes pour simuler la pathologie amyloïde. L'évaluation de la toxicité dans ce modèle cellulaire a montré que ces agrégats provoquaient une dégradation des structures des neurites et la mort cellulaire d'une manière dépendante de la concentration.
La neurodégénérescence a en outre été confirmée par la libération de la chaîne légère des neurofilaments (NfL), un marqueur clé de la neurodégénérescence dont il a été démontré qu'elle est augmentée dans le LCR des patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Ce modèle peut être utilisé dans la découverte de médicaments pour cribler un groupe de nouveaux composés afin de déterminer leur efficacité dans la prévention de la neurodégénérescence induite par l'amyloïde, une pathologie clé dans la progression de la maladie d'Alzheimer.
Pourquoi l’étude de la myélinisation est-elle si importante dans le contexte des maladies neurologiques, et quel rôle joue-t-elle dans la progression de la maladie et les options thérapeutiques possibles ?
La myélinisation est le processus par lequel les oligodendrocytes déposent de la myéline, une substance riche en lipides, autour des axones des neurones du cerveau, formant une couche insultante qui augmente la vitesse à laquelle les potentiels d'action se déplacent. Ce processus est vital pour les fonctions neurologiques telles que la cognition, la fonction sensorielle et la fonction motrice, et une défaillance ou des dommages au cours du processus peuvent avoir des conséquences dévastatrices.
Dans la sclérose en plaques, la démyélinisation du cerveau, soit par attaque auto-immune de la myéline, soit par un dysfonctionnement des oligodendrocytes, entraîne une faiblesse musculaire, une perte de sensation et une fatigue. Il existe également des troubles de démyélinisation héréditaires rares tels que les leucodystrophies et la maladie de Charcot-Marie-Tooth. Il existe également des preuves que la démyélinisation et la mort des oligodendrocytes peuvent être causées par une pathologie amyloïde et tau dans la maladie d'Alzheimer.
Le processus de démyélinisation constitue donc une cible thérapeutique dans de multiples troubles neurologiques, et une approche validée. in vitro Un modèle de ce processus, tel que notre modèle de co-culture neurones/oligodendrocytes, est essentiel pour faire progresser la découverte de médicaments dans ces troubles.
La plupart des modèles sur lesquels vous avez travaillé utilisent des cellules souches pluripotentes induites (CSPi). Quels sont les principaux avantages de l’utilisation des CSPi dans la modélisation des maladies neurodégénératives et de la neuroinflammation ?
L’utilisation des CSPi et des cellules qui en dérivent dans la découverte de médicaments présente plusieurs avantages. L’utilisation de CSPi humaines offre évidemment une meilleure traduction en maladies humaines, par rapport à l’utilisation de cellules animales par exemple.
Une source alternative de cellules humaines pour les tests de découverte de médicaments sont les cellules primaires provenant d'échantillons post-mortem, et bien que nous y ayons accès grâce à notre relation avec la banque de cerveaux des Pays-Bas et que nous ayons développé des protocoles robustes pour la culture de neurones et de cellules gliales isolées post-mortem , ces cellules constituent une ressource limitée et ont généralement un faible rendement. Les iSPC humaines, qu'elles soient dérivées de patients ou disponibles dans le commerce, et les cellules dérivées de celles-ci constituent une source de cellules robuste, stable et reproductible pour les analyses des projets de nos clients.
Comment faire in vitro les modèles cellulaires contribuent-ils au processus de découverte de médicaments, en particulier lors du développement de traitements contre les maladies neurologiques ?
In vitro les modèles cellulaires, qu'il s'agisse de monocultures ou de modèles de coculture plus complexes, peuvent être utilisés à différentes étapes du processus de découverte de médicaments, depuis la validation de la cible, en passant par le criblage, l'identification et l'optimisation des pistes, l'efficacité in vitro avec des lectures phénotypiques, et même en matière de sécurité précoce. lectures. Aux laboratoires Charles River, nous utilisons largement ce type de modèles pour répondre aux questions de nos clients sur la découverte de médicaments.
Par exemple, j'ai déjà mentionné que nous avons développé un modèle de co-culture d'oligodendrocytes humains dérivés d'iPSC et de neurones glutamatergiques comme modèle. in vitro modèle de myélinisation. Nos clients utilisent ce modèle pour tester les composés identifiés lors du criblage à haut débit, pour voir comment ils se comparent les uns aux autres quant à leur effet sur les processus de myélinisation et pour déterminer quel composé serait le meilleur à utiliser. De même, notre modèle complexe de neurones, microglies, astrocytes et oligodendrocytes en co-culture permet à nos clients de sélectionner des composés pour leur efficacité dans le ciblage des processus neuroinflammatoires.
Nous combinons des modèles dérivés de l'iPSC avec notre expertise dans une large gamme de lectures phénotypiques. Par exemple, pour les clients travaillant dans la découverte de médicaments contre l'épilepsie, nous avons développé une co-culture de neurones glutamatergiques et GABAergiques dérivée d'iPSC qui développe une activité semblable à celle d'une crise lorsqu'elle est stimulée par des composés séizurogènes, telle que mesurée par électrophysiologie à réseau multi-électrodes (MEA). En utilisant ce modèle, nous pouvons examiner les composés pour leur capacité à diminuer les lectures de type crise.
Quelles sont les autres applications pratiques de in vitro des modèles cellulaires dans le domaine des maladies neurodégénératives ? Comment ces modèles sont-ils actuellement utilisés en recherche et en clinique ?
Les exemples que j’ai donnés ci-dessus expliquent comment nous pouvons utiliser ces modèles cellulaires complexes dans la découverte de médicaments, mais ils peuvent également être largement utilisés dans le contexte de la sécurité des médicaments. Par exemple, nous utilisons le système MEA avec des cardiomyocytes dérivés d'iPSC pour tester la cardiotoxicité potentielle de nouveaux composés et produits biologiques, non seulement dans la découverte de médicaments en neurosciences, mais dans toutes les applications thérapeutiques. De même, les modèles complexes de neurones, de microglies, d’astrocytes et d’oligodendrocytes en co-culture peuvent être utilisés pour examiner la neurotoxicité de nouveaux composés au niveau cellulaire.
En dehors du processus de découverte et de développement de médicaments, in vitro les modèles cellulaires dérivés de cellules souches sont largement utilisés dans la recherche préclinique et universitaire, par exemple pour étudier les processus de développement et pour modéliser des processus liés à la santé et à la maladie. Ces modèles sont les mêmes que ceux que nous utilisons dans nos projets clients, mais plutôt que d'être utilisés pour déterminer l'efficacité d'un composé, ils sont utilisés pour étudier les processus et la fonction des protéines, par exemple.
Dans le domaine clinique, les cellules souches sont étudiées pour leur potentiel thérapeutique. Par exemple, des essais cliniques sont actuellement en cours pour déterminer si les neurones dopaminergiques dérivés de l'iSPC, transplantés chirurgicalement dans le cerveau, constituent un traitement efficace pour la maladie de Parkinson, dont les symptômes sont provoqués par la dégradation des neurones dopaminergiques dans le mésencéphale.
Retour sur votre travail avec in vitro modèles, quels développements ou défis clés voyez-vous à l’avenir pour l’utilisation de ces outils dans les domaines des neurosciences et de la découverte de médicaments ?
Je pense que l'un des développements clés qui se produisent actuellement avec in vitro models est le développement et l’utilisation de modèles 3D, y compris d’organoïdes. Chez Charles River, nous utilisons des organoïdes en dehors de la découverte de médicaments en neurosciences. Par exemple, nous avons développé des organoïdes intestinaux humains et validé ce modèle pour le développement de composés antiviraux contre l'infection par des entérovirus (EV-A71).
En ce qui concerne les organoïdes cérébraux, un certain nombre de défis doivent être surmontés avant que ce type de modèle puisse fournir un modèle robuste et reproductible destiné à être utilisé dans la découverte de médicaments, notamment les proportions de différents types de cellules, la vascularisation et l'apport en nutriments. Générer des organoïdes cérébraux destinés à la découverte de médicaments peut certainement être un objectif, mais nous devons également considérer la question posée et utiliser le modèle qui répond le mieux à cette question.
En ce qui concerne les défis liés aux modèles de co-culture que nous avons développés, l’un des principaux défis consiste à adapter ces modèles pour les utiliser dans le criblage à haut débit, afin de fournir un modèle traduisible à ce stade très précoce de la découverte de médicaments.
À l'heure actuelle, nous pouvons cultiver ces modèles dans des plaques à 96 puits permettant le criblage, mais pas à un niveau qui serait véritablement considéré comme un « haut débit », où des dizaines de milliers de structures chimiques peuvent être criblées de manière efficace et rentable. Nous affinons continuellement nos protocoles de culture cellulaire et la configuration de nos modèles, et nous travaillons activement à la mise à l'échelle de ces types de modèles cellulaires.
Compte tenu de la nature translationnelle de vos modèles, dans quelle mesure pensez-vous que nous sommes sur le point de combler le fossé entre in vitro découvertes et études cliniques sur l’homme, en particulier dans des domaines comme la neuroinflammation et la neurodégénérescence ?
De nombreux facteurs entrent en jeu pour déterminer si un nouveau composé ou une thérapie avancée parviendra aux essais cliniques, y réussira et recevra ensuite l'approbation réglementaire pour procéder au traitement des patients. La thérapie doit cibler une cible, être efficace et tolérable, avoir un profil de sécurité et des effets secondaires acceptables et atteindre réellement sa cible ; une considération clé dans les thérapies neurologiques, car l’accès direct au cerveau est bloqué par la barrière hémato-encéphalique.
Les modèles complexes de co-culture et les modèles dérivés d'iPSC humaines dont nous avons discuté nous permettent de recueillir des informations détaillées sur de nombreux aspects de la pharmacologie d'une thérapie, avant de la transformer en animaux, ce qui conduit à une meilleure optimisation des pistes et à une meilleure concentration sur les thérapies susceptibles de avoir un effet clinique. Le taux d’échec des thérapies neuroscientifiques étant si élevé, toute amélioration progressive pouvant être apportée au processus de découverte et de développement de médicaments se traduira par un plus grand nombre de thérapies accessibles aux patients.
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À propos du Dr Malika Bsibsi
Le Dr Malika Bsibsi est titulaire d'un doctorat de l'Université VU d'Amsterdam et a passé plus de 25 ans à travailler dans les domaines de la biologie des cellules souches, de la neurodégénérescence et de la neuroinflammation.
Au cours de cette période, elle a développé une expertise significative dans la culture de cellules cérébrales primaires et dérivées d'iPSC, notamment les neurones, les microglies, les astrocytes et les oligodendrocytes. Dans son rôle actuel chez Charles River, le Dr Bsibsi apporte cette expertise aux projets de découverte de médicaments en neurosciences, en développant des modèles de culture mono- et multicellulaire et des lectures d'essais, ainsi qu'en fournissant des recommandations stratégiques à nos clients.
