Imaginez un appareil plus petit qu’une boîte à chaussures d’un enfant en bas âge, capable de simuler n’importe quelle maladie humaine dans plusieurs organes ou de tester de nouveaux médicaments sans jamais y entrer – ; ou nuire – ; le corps.
Les scientifiques de l’Université Northwestern ont développé cette nouvelle technologie – ; appelé Treillis – ; étudier les interactions entre jusqu’à huit cultures de tissus d’organes uniques (cellules d’un organe humain) pendant des périodes prolongées afin de reproduire la réaction des organes réels. Il s’agit d’une avancée majeure par rapport aux systèmes in vitro actuels, qui ne peuvent étudier que deux cultures cellulaires simultanément.
L’objectif est de simuler ce qui se passe à l’intérieur du corps pour analyser, par exemple, comment l’obésité pourrait affecter une maladie particulière ; comment les femmes métabolisent les drogues différemment des hommes ; ou ce qui pourrait être à l’origine d’une maladie qui finirait par affecter plusieurs organes.
Quand quelque chose se passe dans le corps, on ne sait pas exactement qui parle à qui. Actuellement, les scientifiques utilisent des boîtes contenant un ou deux types de cellules, puis effectuent des recherches et des analyses approfondies, mais Lattice représente un progrès considérable. Cette plateforme est bien mieux adaptée pour imiter ce qui se passe dans le corps, car elle peut simuler plusieurs organes à la fois. »
Julie Kim, scientifique principale, professeur d’obstétrique et de gynécologie à la Feinberg School of Medicine de l’Université Northwestern
Une étude détaillant la nouvelle technologie sera publiée le 3 octobre dans la revue Laboratoire sur puce.
Sommaire
Simulateur de maladies à choisir soi-même
Le dispositif microfluidique comporte une série de canaux et de pompes qui font circuler le milieu (sang simulé) entre les huit puits. Un ordinateur connecté à Lattice contrôle précisément la quantité de média qui circule dans chaque puits, où et quand. En fonction de la maladie ou du médicament que le scientifique souhaite tester, il peut remplir chaque puits avec un tissu organique, une hormone, une maladie ou un médicament différent.
Par exemple, le laboratoire de Kim utilise Lattice pour étudier le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK), une maladie caractérisée par un déséquilibre des hormones reproductives et des problèmes de métabolisme. Les scientifiques ne savent toujours pas pourquoi ni comment le SOPK se développe. Bien qu’elle affecte les ovaires, de nombreux autres systèmes organiques du corps sont touchés.
« Ce que nous pouvons faire avec Lattice, c’est commencer à manipuler et à contrôler quel organe est à l’origine de la maladie », a déclaré Kim. « Ainsi, dans une expérience, nous pourrions commencer avec un ovaire du SOPK pour voir son impact sur le foie ou les muscles. Une autre expérience pourrait examiner si c’est le taux élevé d’insuline associé à la maladie qui pousse les différents systèmes organiques à se comporter de manière erratique. Nous pouvons contrôler les tissus et les ordonner de manière spécifique.
Un contrôle de sécurité avant les essais cliniques
La méthode actuelle de test de nouveaux médicaments commence en laboratoire dans une boîte (in vitro), puis est testée sur des modèles animaux et passe ensuite aux essais cliniques sur l’homme.
« Il n’y a rien entre les tests sur les animaux et les essais cliniques sur les humains, et nous constatons que de nombreux médicaments échouent chez les humains », a déclaré Kim. « Lattice pourrait être cette étape intermédiaire entre les études sur les animaux et les essais cliniques, car nous pouvons tester des médicaments qui ont passé avec succès des études sur des animaux pour voir s’ils sont sans danger pour les tissus humains. C’est un contrôle de sécurité supplémentaire avant de les mettre dans des corps. »
Le réseau peut tester plus longtemps que les autres systèmes in vitro
Les cultures de cellules primaires standard dans les boîtes in vitro actuelles ne survivent pas longtemps, a déclaré Kim. Mais Lattice a été conçu pour fournir du milieu frais (sang simulé) aux cultures et pour éliminer les déchets grâce au pompage du milieu à travers chacun des huit puits afin que les tissus survivent plus longtemps. Les scientifiques ont testé le système pendant 28 jours et espèrent continuer plus longtemps, a déclaré Kim.
« Par exemple, l’obésité est un facteur de risque majeur du cancer de l’endomètre », a déclaré Kim. « Nous ne pourrions jamais étudier l’impact des facteurs de risque dans une boîte car ils nécessitent des cultures à long terme. Dans Lattice, nous pouvons étudier comment la graisse affecte directement l’endomètre pendant une période plus longue et étudier certains changements précoces qui se produisent dans les cellules de l’endomètre. «
Convivial pour une large utilisation en recherche
Lattice est la version de deuxième génération d’EVATAR, dont la création a été dirigée par Teresa Woodruff, ancienne membre du corps professoral de Northwestern et co-auteur de l’étude actuelle. EVATAR est un appareil reproducteur féminin miniature qui permet aux scientifiques d’effectuer des tests indispensables sur de nouveaux médicaments pour en vérifier la sécurité et l’efficacité sur le système reproducteur féminin. Lattice a été créé pour étudier beaucoup plus de maladies chez les hommes et les femmes. Il est moins cher et plus convivial, ce qui, espère Kim, permettra une large utilisation dans les domaines de la recherche et de la pharmacie.
« Depuis EVATAR, nous voulions créer quelque chose de convivial, afin que vous n’ayez pas besoin d’ingénieurs pour l’assembler ou le dépanner », a déclaré Kim. « Nous voulions rendre cela aussi simple que d’utiliser un smartphone – : le sortir de la boîte, l’allumer et l’utiliser – ; afin que les chercheurs puissent obtenir des données et ne pas passer trop de temps sur la façon de les travailler dans leur laboratoire. »
L’étude, « Un nouveau dispositif microfluidique tissulaire-agnostique pour modéliser la physiologie et la maladie : la plate-forme en treillis », a été menée en collaboration avec des scientifiques de l’Université de l’Illinois à Chicago, de l’Université Rutgers et de l’Université de l’État du Michigan. Hannes Campo de Northwestern, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Kim, est le premier auteur de l’étude.
