Utilisant la même expertise qu'ils ont employée pour construire de nouveaux organes pour les patients, des scientifiques du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine et leurs collègues ont conçu des micro-cœurs, les poumons et le foie qui peuvent potentiellement être utilisés pour tester de nouveaux médicaments. En combinant les micro-organes dans un système surveillé, les chercheurs visent à imiter la façon dont le corps humain réagit aux médicaments.

Le but de l'effort, connu sous le nom de « corps sur puce », " est d'aider à réduire le prix estimé à 2 milliards de dollars et le taux d'échec de 90 % auquel les sociétés pharmaceutiques sont confrontées lors du développement de nouveaux médicaments. Les composés médicamenteux sont actuellement criblés en laboratoire à l'aide de cellules humaines, puis testés sur des animaux. Mais aucune de ces méthodes ne reproduit de manière adéquate comment les médicaments affectent les organes humains.

"Il y a un besoin urgent de systèmes améliorés pour prédire avec précision les effets des médicaments, produits chimiques et agents biologiques sur le corps humain, " a déclaré Antoine Atala, MARYLAND., directeur de l'institut et chercheur principal sur l'organisme multi-institutionnel sur un projet de puce, financé par la Defense Threat Reduction Agency.

Dans Rapports scientifiques , publié par La nature , l'équipe de recherche rapporte le succès de l'ingénierie d'organes 3D de taille microscopique, connu sous le nom d'organoïdes, et les connecter ensemble sur une seule plate-forme pour surveiller leur fonction. Alors que d'autres équipes ont combiné des cellules de plusieurs organes dans un système similaire, c'est le premier succès rapporté en utilisant des structures d'organes 3D, connu pour fonctionner mieux et pour modéliser plus précisément le corps humain.

Les structures des organes ont été fabriquées à partir de types de cellules trouvés dans les tissus humains natifs à l'aide de l'impression 3D et d'autres méthodes. Le cœur et le foie ont été sélectionnés pour le système car la toxicité pour ces organes est une des principales raisons des échecs des candidats-médicaments et des rappels de médicaments. Les poumons sont le point d'entrée des particules toxiques et aussi des médicaments aérosols, comme les inhalateurs pour l'asthme.

Les organoïdes sont placés dans une enceinte scellée, système surveillé - complet avec caméra en temps réel. Un liquide rempli de nutriments qui circule dans le système maintient les organoïdes en vie et est utilisé pour introduire des thérapies médicamenteuses potentielles dans le système.

Les chercheurs ont d'abord testé les organoïdes pour s'assurer de leur similitude avec les organes humains. Par exemple, le micro-foie a reçu une dose élevée d'un analgésique commun - puis un médicament différent pour contrer les effets toxiques.

"Les données montrent une réponse toxique significative au médicament ainsi qu'une atténuation par le traitement, reflétant avec précision les réponses observées chez les patients humains, " dit Aleks Skardal, Doctorat., professeur adjoint au Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, qui représentait l'équipe de plusieurs chercheurs en tant qu'auteur principal de l'article.

Mais plus important que la façon dont un organe individuel réagit aux médicaments, c'est la façon dont le corps dans son ensemble réagit. Dans de nombreux cas, lors des tests de nouveaux médicaments candidats - et parfois même après que les médicaments ont été approuvés pour utilisation - les médicaments ont des effets toxiques inattendus dans les tissus qui ne sont pas directement ciblés par les médicaments eux-mêmes.

« Si vous dépistez un médicament uniquement dans le foie, par exemple, vous ne verrez jamais d'effet secondaire potentiel sur d'autres organes, " a déclaré Skardal. " En utilisant un système d'organes sur puce multi-tissus, vous pouvez, espérons-le, identifier les effets secondaires toxiques au début du processus de développement du médicament, qui pourrait sauver des vies ainsi que des millions de dollars."

Les scientifiques ont mené plusieurs scénarios pour s'assurer que le système de corps sur puce imite une réponse multi-organes. Par exemple, ils ont introduit un médicament utilisé pour traiter le cancer dans le système. Connu pour provoquer une cicatrisation des poumons, le médicament a également affecté de manière inattendue le cœur du système. Cependant, une expérience de contrôle utilisant uniquement le cœur n'a montré aucune réponse.

Les scientifiques pensent que le médicament a fait circuler des protéines inflammatoires du poumon dans tout le système. Par conséquent, le cœur a augmenté les battements puis s'est arrêté complètement plus tard, indiquant un effet secondaire toxique.

"C'était complètement inattendu, mais c'est le type d'effet secondaire qui peut être découvert avec ce système dans le pipeline de développement de médicaments, " a déclaré Skardal.

Les scientifiques travaillent à augmenter la vitesse du système pour le dépistage à grande échelle, et aussi d'ajouter des organes supplémentaires.

« À terme, nous espérons démontrer l'utilité d'un système de corps sur puce contenant de nombreux organes fonctionnels clés du corps humain, ", a déclaré Atala. "Ce système a le potentiel pour le dépistage avancé des médicaments et peut également être utilisé en médecine personnalisée - pour aider à prédire la réponse d'un patient individuel au traitement."

Plusieurs demandes de brevet comprenant la technologie décrite dans le manuscrit ont été déposées.