Un meilleur test de toxicité pour les médicaments

Une nouvelle méthode de détection de légers changements dans la structure des cellules hépatiques, basée sur la façon dont elles diffusent la lumière, pourrait fournir un moyen plus rapide et plus efficace de tester la toxicité des médicaments et les effets nocifs des polluants environnementaux.

Des cellules de foie de rat placées sur une puce de silicium poreux s'allument (b) lorsqu'elles meurent d'une dose toxique d'acétaminophène (Tylenol). (Gracieuseté de Sara Alvarez, Austin Derfus et Michael Schwartz, UCSD.)

La toxicité hépatique est la raison la plus courante pour laquelle les fabricants retirent des médicaments et pour la Food and Drug Administration de refuser l'approbation de nouveaux médicaments. En effet, un tiers de tous les médicaments échouent aux essais cliniques en raison d'une telle toxicité. De plus, les tests de toxicité in vitro actuels sont fastidieux et compliqués, car les chercheurs doivent périodiquement examiner les cellules au microscope ou insérer génétiquement un colorant fluorescent dans les cellules. De plus, les tests existants utilisent fréquemment des produits chimiques qui tuent les cellules, de sorte que les chercheurs doivent utiliser un certain nombre de cultures cellulaires différentes au cours d'une étude, ce qui affecte le résultat.

Le nouvel appareil a été développé par michael marin , professeur au département de chimie et biochimie de l'Université de Californie à San Diego, et Sangeeta Bhatia, professeur agrégé au département des sciences et technologies de la santé et au département de génie électrique et informatique du MIT. Il se compose d'un silicium poreux puce sur laquelle les cellules peuvent vivre pendant des jours, et un détecteur de dispositif à couplage de charge peu coûteux comme ceux que l'on trouve dans les appareils photo numériques. Il peut surveiller en permanence les cellules vivantes et indiquer plus tôt que les tests actuels si un composé nuit aux cellules, en fonction de la quantité de lumière qu'elles réfléchissent ( résumé papier ).

Les chercheurs créent le substrat poreux en plaçant des puces de silicium dans de l'acide fluorhydrique et en faisant passer un courant électrique à travers la solution. Cela forme des puits cylindriques de quelques centaines de nanomètres de diamètre en surface. Les minuscules puits font que le silicium poreux réfléchit la lumière à une fréquence précise, une propriété bien connue que l'on ne retrouve pas dans le silicium ordinaire. Les chercheurs peuvent concevoir les pores pour contrôler la fréquence.

Ensuite, les chercheurs recouvrent la puce de polystyrène pour créer une surface semblable à une boîte de Pétri. Lorsque des cellules sont placées à la surface, elles diffusent la lumière réfléchie, diminuant l'intensité de la lumière tombant sur le détecteur. Au fur et à mesure que les cellules se fanent ou meurent, leur structure change, ce qui augmente l'intensité de la lumière au niveau du détecteur. Les cellules s'illuminent comme de petits phares quand elles meurent, dit Sailor.

En laboratoire, les chercheurs ont placé des cellules de foie de rat sur la puce et les ont traitées avec des doses toxiques de cadmium et de l'acétaminophène, un analgésique. Ils ont découvert que le capteur détectait des changements dans les cellules au moins deux heures avant les tests conventionnels. Ils prévoient de tester bientôt l'appareil avec des cellules hépatiques humaines.

D'autres sont impressionnés par la rapidité avec laquelle l'appareil semble détecter la toxicité dans les cellules. Alors que certaines méthodes traditionnelles ne donnent pas encore de lecture, cette méthode montre déjà l'effet toxique, explique Erkki Ruoslahti, qui étudie la biologie cellulaire et le cancer au Burnham Institute for Medical Research à La Jolla, en Californie. Cela peut donner une réponse rapide et à haut débit en un temps plus court et avec beaucoup moins d'effort.

Sailor dit que cette technique simple pourrait faire gagner du temps et de l'argent aux sociétés pharmaceutiques, car elles pourraient éliminer les composés toxiques dès le début du processus de test des médicaments. C'est un outil pour accélérer le processus de découverte de médicaments, dit-il, ajoutant que cela augmenterait les tests cellulaires actuels.

À l'heure actuelle, les scientifiques sélectionnent de nouveaux médicaments avant les essais sur l'homme avec des tests in vitro sur des cellules hépatiques de rat. Dans ces tests, ils introduisent le médicament dans des cellules hépatiques cultivées dans des boîtes de Pétri placées dans des incubateurs. À intervalles de temps réguliers, ils doivent analyser les cellules au microscope, pour savoir combien de cellules sont mortes. Pour ce faire, ils doivent ajouter des produits chimiques qui modifient ou tuent les cellules restantes. De plus, chaque expérience nécessite des centaines de boîtes de Pétri et de cultures cellulaires, ce qui augmente le coût. Vous préférez faire des mesures en temps réel, et au lieu de sortir un plat toutes les demi-heures, ayez quelque chose qui surveille les cellules dans l'incubateur, dit Sailor.

Jonathan Dordick, professeur au département de génie chimique et biologique de l'Institut polytechnique Rennselaer, explique que le grand avantage de la technique est qu'elle peut surveiller l'effet progressif d'une toxine sur les cellules. Ceci est utile car de nombreux composés ne sont pas immédiatement toxiques, dit-il. Cela permet, suggère-t-il, un moyen simple de suivre la santé du même groupe de cellules au fil du temps sans les altérer ni les tuer.

De plus, Sailor dit que le nouvel appareil pourrait permettre plusieurs expériences simultanément. Une puce de silicium poreux d'un quart de taille pourrait contenir jusqu'à 10 000 sites de test différents, chacun étant conçu pour réfléchir la lumière à une fréquence spécifique. On pourrait alors placer de petits groupes de cellules sur les sites et tester l'effet toxique de diverses concentrations de toxines ou combinaisons de médicaments.

L'équipe a un accord de recherche avec le Hitachi Chemical Research Center à Irvine, en Californie, qui tentera de commercialiser la technologie.

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