Construire un orgue sur puce

La façon dont les sociétés pharmaceutiques testent les médicaments est défectueuse, et Donald Ingber a une idée pour y remédier.

Les scientifiques testent généralement des produits pharmaceutiques potentiels sur des animaux, mais le plus souvent, les prédictions des animaux échouent lorsqu'un composé est testé sur des humains, explique Ingber, directeur du Wyss Institute de l'Université Harvard. Effectuer des tests initiaux sur des personnes, bien sûr, est trop dangereux. Notre solution proposée est de faire des études avec des cellules humaines, dit-il, mais pas seulement des cellules dans une boîte, des cellules qui présentent des structures et des fonctions semblables à des organes.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2012

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Pour y parvenir, Ingber et son équipe développent une ménagerie de dispositifs à micro-échelle qui reproduisent les structures et les environnements d'organes humains réels plus fidèlement qu'une simple boîte de culture.

Le premier organe du Wyss Institute était un poumon respiratoire sur une puce électronique. L'appareil transparent de la taille d'un pouce est composé de matériaux respectueux des cellules et sert de plate-forme pour la croissance de cellules pulmonaires humaines. De minuscules canaux traversent l'appareil. L'air et le liquide circulent dans les canaux centraux, où les cellules pulmonaires se développent, et parce que l'appareil est flexible, les scientifiques peuvent appliquer une pression sous vide aux canaux latéraux afin que les canaux centraux se dilatent et se contractent, un peu comme les poumons humains. L'équipe a montré que de telles forces mécaniques affectent le comportement des cellules. Dans le cas des cellules pulmonaires, la respiration mécanique les aide à absorber les particules circulant dans la chambre à air.

Plus récemment, l'institut a développé un intestin humain sur une puce électronique. Le canal central de l'appareil, qui est tapissé de cellules humaines, peut être soumis à des mouvements ondulatoires qui imitent le mouvement des intestins pendant la digestion. Dans la puce, les cellules forment des structures en forme de doigt appelées villosités qui sont importantes pour l'absorption des nutriments et d'autres composés. Ces structures ne se forment pas lorsque les cellules sont cultivées dans une boîte, ce qui suggère que les cellules se sentent plus à l'aise dans l'appareil. Les scientifiques peuvent également cultiver des bactéries intestinales communes avec les cellules intestinales dans le canal. Dans une boîte de culture, les bactéries dépassent généralement les cellules humaines, explique Ingber ; nous pouvons maintenant étudier des interactions beaucoup plus complexes.

Individuellement, chaque puce semblable à un organe donne aux chercheurs la possibilité d'étudier les cellules humaines dans un environnement plus naturel et de tester leur réaction aux médicaments et aux toxines. Mais Ingber travaille vers une vision plus grandiose dans laquelle plusieurs puces sont liées entre elles. En connectant les versions microfluidiques d'un cœur, d'un poumon, d'un intestin, d'un rein, etc., Ingber et ses collègues pensent qu'ils pourront mieux étudier comment le corps traite et réagit à divers composés.

Un projet en cours avec Kevin Kit Parker, membre du corps professoral de Wyss, consiste à tester les médicaments inhalés pour les effets négatifs sur le cœur, un problème de longue date dans la découverte de médicaments. La toxicité cardiaque est en fait la principale cause d'échec des médicaments, quel que soit leur objectif, explique Ingber.

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