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Un dépistage plus rapide de la toxicité
Les candidats-médicaments qui semblent prometteurs dans les tests de laboratoire préliminaires échouent souvent une fois qu'ils sont testés pour la toxicité chez les animaux, une perte de temps et d'argent pour une société pharmaceutique. De plus, les entreprises chimiques et cosmétiques recherchent de plus en plus des moyens peu coûteux et efficaces de tester des produits potentiels pour des problèmes de toxicité sans recourir à des tests sur les animaux. Aujourd'hui, les chercheurs ont conçu une biopuce qui pourrait filtrer les composés présentant des problèmes de toxicité beaucoup plus tôt dans le processus de développement d'un médicament. Il pourrait également être utile pour cribler rapidement les produits chimiques et les cosmétiques pour leur toxicité potentielle.
Testeur de toxiques : Des cellules hépatiques humaines sont parsemées sur la nouvelle puce, qui peut être utilisée pour déterminer rapidement si divers produits chimiques, médicaments et candidats-médicaments sont toxiques. Couplée à une autre biopuce développée plus tôt par les mêmes chercheurs, la technologie pourrait fournir une alternative précise à l'expérimentation animale.
Appelé DataChip (pour puce d'essai de toxicologie d'analyse de données), il permet de déterminer très rapidement si un composé est susceptible d'être toxique, dit Jonathan Dordick , ingénieur biochimiste au Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), à Troy, NY, et cofondateur de Solidus Biosciences, une startup qui commercialise la technologie. La puce contient une matrice miniature de plus d'un millier de cultures cellulaires en 3D, chacune d'une taille de 20 nanolitres, sur une lame de microscope en verre. Chaque culture cellulaire est capable de tester la toxicité d'un produit chimique différent. La miniaturisation permet aux composés d'être testés à haut débit, ce qui est important dans les premiers stades de la découverte de médicaments, lorsque des milliers de candidats-médicaments doivent être criblés.
Dordick et Douglas Clark , ingénieur chimiste à l'Université de Californie, Berkeley, et cofondateur de Solidus Biosciences, décrivent le DataChip dans la première édition en ligne du 26 décembre du Actes de l'Académie nationale des sciences .
Les tests de toxicité traditionnels impliquent l'utilisation d'échantillons d'animaux ou de tissus, des méthodes qui prennent du temps et sont coûteuses. En outre, les entreprises européennes de cosmétiques seront interdites d'expérimentation animale à partir de 2009, ce qui rendra le besoin de nouvelles méthodes in vitro encore plus important.
Plusieurs groupes travaillent sur des modèles hépatiques pour prédire la toxicité des médicaments puisque de nombreux composés sont métabolisés dans le foie. (Voir les modèles de foie sur le marché.) Même si les médicaments eux-mêmes ne sont pas toxiques, leurs métabolites pourraient l'être. En 2005, les chercheurs du RPI et de Berkeley ont rapporté avoir développé ce que le groupe appelle la MetaChip, une puce qui imite la façon dont les composés sont métabolisés par le foie. En combinant les deux biopuces, selon les chercheurs, il serait désormais possible de prédire avec précision la toxicité des produits chimiques et des médicaments candidats sans utiliser d'animaux.
Dans la MetaChip, les enzymes hépatiques sont placées sur des points individuels sur une lame, et les composés à tester sont placés sur ces points pour être métabolisés par les enzymes. Lorsque la MetaChip et la DataChip sont prises en sandwich, la DataChip peut analyser les métabolites produits par la MetaChip et déterminer s'ils sont toxiques. La principale innovation consiste à coupler un test de toxicité avec le métabolisme, le tout effectué dans un criblage à haut débit, explique Salman Khetani, post-doctorant au MIT et cofondateur de Hepregen, une entreprise qui développe également des modèles de foie.
N'importe quel type de cellule peut être inclus dans le DataChip, de sorte que vous pouvez être prédictif non seulement contre une cellule hépatique, que la plupart des technologies traitent maintenant, mais aller au-delà du foie pour d'autres types d'organes, dit Dordick. Par exemple, les cellules de la peau pourraient être utilisées pour dépister rapidement de nouveaux produits chimiques et cosmétiques pour la toxicité cutanée.
Les cultures cellulaires individuelles sur la puce sont contenues dans des gouttes d'hydrogel sur la lame de verre, ce qui permet aux cellules humaines de se développer de manière tridimensionnelle. C'est important pour imiter comment un composé affectera les vrais tissus du corps, dit Dordick.
Certes, la nouvelle technologie fait face à de nombreux défis avant de devenir une méthode précise de dépistage des médicaments. D'une part, le DataChip évalue la toxicité en examinant comment les composés affectent la croissance cellulaire. Mais la croissance peut également être affectée par l'environnement des cellules, dans ce cas l'hydrogel, explique Linda Griffith , directeur du Biotechnology Process Engineering Center du MIT, dont le groupe travaille sur des modèles de foie qui seraient utilisés à un stade ultérieur du processus de développement de médicaments. Par exemple, les chercheurs ont testé le DataChip avec des cellules d'une lignée cellulaire de cancer du sein, et les recherches d'autres laboratoires ont montré que les propriétés mécaniques de la matrice pilotent la signalisation cellulaire et l'expression des gènes, explique Griffith.
Mais malgré de telles limitations dans les tests de médicaments, la nouvelle combinaison de biopuces pourrait être utile en tant qu'outil de dépistage précoce pour les candidats-médicaments. Encore plus immédiat, disent les chercheurs du RPI et de Berkeley, la combinaison pourrait fournir un moyen rapide et facile de dépister les cosmétiques sans tests sur les animaux.