Une puce au lieu de l'expérimentation animale

Les nouveaux médicaments à base de nanoparticules, qui peuvent traverser sans problème n'importe quelle interface à l'intérieur de notre corps, sont un grand espoir de la médecine. Pour que de tels espoirs puissent être mis sur le marché, leur sécurité doit être garantie. A cet égard, il faut également clarifier ce qui se passerait si une substance parvenait à traverser la barrière naturelle entre le bébé et sa mère, le placenta, dans le corps d'une femme enceinte. «Les toxines environnementales peuvent également représenter un grand danger pour le fœtus sensible si elles traversent la barrière placentaire ou si elles perturbent le développement et la fonction du placenta et nuisent ainsi indirectement au fœtus», explique Tina Bürki, chercheuse de l'Empa au laboratoire Particles-Biology Interactions de Saint-Gall. Une équipe de l'Empa et de l'ETH Zurich se penche depuis longtemps sur la question de savoir comment déterminer cette embryotoxicité des substances de manière précise, simple et sûre. L'équipe développe désormais un nouveau système qui permet de détecter avec précision les substances nocives pour l'embryon et qui ne nécessite pas d'expérimentation animale. Ce projet, qui vient d'être lancé, est rendu possible par la fondation zurichoise ProCare.

Un univers dans un boîtier en polymère

Le cœur du procédé sera une puce polymère de la longueur d'un doigt, qui abritera un petit univers : Des cellules y poussent, qui doivent reproduire la barrière placentaire et l'embryon dans des conditions aussi proches que possible de la réalité. Pour ce faire, des cellules du placenta sont cultivées sur une membrane poreuse pour former une barrière étanche et des cellules souches embryonnaires sont formées dans une goutte de solution nutritive pour former une minuscule boule de tissu. Pour simuler la circulation sanguine, un agitateur fait continuellement basculer la puce d'avant en arrière. Les substances à tester peuvent être ajoutées du côté «maternel» du placenta. De cette manière, les chercheurs peuvent étudier le transport de la substance testée et ses effets sur les deux tissus. «Nous savons déjà qu'un tel principe de test peut fonctionner, car un prototype simplifié a été développé lors d'une étude préliminaire avec le Bio Engineering Laboratory de l'ETH Zurich», explique Tina Bürki.  

La particularité de cette nouvelle puce: les chercheurs veulent améliorer de manière décisive les modèles cellulaires en remplaçant les lignées cellulaires de laboratoire ou les cellules de souris utilisées jusqu'à présent par des cellules humaines «primaires» et une lignée de cellules souches humaines. «Nous travaillons en étroite collaboration avec la clinique gynécologique de l'hôpital cantonal de Saint-Gall et pouvons isoler les cellules recherchées à partir de tissus placentaires qui seraient éliminés après un accouchement», explique Tina Bürki. Les cellules obtenues doivent permettre de développer un modèle de placenta tridimensionnel amélioré. Au final, la puce embryo-placentaire permettra de reproduire l'interaction entre le placenta et l'embryon et d'étudier les processus de transport au niveau du placenta ainsi que les effets nocifs directs et indirects d'une substance sur le développement de l'embryon.

Avantage au modèle alternatif

Les études sur la toxicité développementale des médicaments et des toxines environnementales ont actuellement recours à des expériences animales sur des souris. Dans l'UE, par exemple, 840 000 animaux ont été utilisés en 2017 dans la recherche sur la toxicité et la sécurité, dont près de 100 000 pour la toxicité du développement. Grâce à la nouvelle puce, le nombre de ces expériences sur animaux pourrait être considérablement réduit. Ce n'est pas seulement un objectif important d'un point de vue éthique, car la pertinence d'un test sur des souris n'est pas optimale pour évaluer la sécurité d'un médicament chez l'homme: «La structure du placenta est très spécifique à chaque espèce animale – et donc différente chez la souris que chez l'homme», explique la chercheuse de l'Empa Tina Bürki. Le modèle alternatif in vitro prévu, c'est-à-dire un nouveau système «en éprouvette», permettrait d'obtenir de meilleures connaissances, car la nouvelle technologie de puce avec des cellules humaines primaires pourrait reproduire de manière plus fiable les événements qui se produisent à l'interface entre la mère et l'enfant.

Accélérer les nouvelles thérapies

Le nouveau système de test est conçu comme un moyen simple et précis de vérifier la sécurité d'une substance dès le début du développement de nouveaux médicaments et d'accélérer ainsi l'application de nouvelles thérapies. De cette manière, la puce soutient le principe du safe by design, qui prévoit l'intégration précoce des aspects de sécurité dans le processus d'innovation.

Mais le besoin d'études de toxicité de développement dans l'industrie augmente également pour une autre raison: L'innocuité des produits chimiques et des particules dans l'environnement doit être clarifiée, comme l'exige la réglementation actuelle sur les produits chimiques REACH. «La puce embryonnaire placentaire doit finalement être un kit de test convivial qui peut fournir des données importantes sur les risques potentiels pour la santé pendant la grossesse», explique la chercheuse.

Les résultats du projet devraient en outre aider à combler les lacunes de connaissances dans la compréhension de la barrière placentaire. «La puce sera un modèle qui réunira les processus au niveau du placenta et de l'embryon. Nous espérons ainsi pouvoir mieux comprendre à l'avenir les interactions complexes qui se déroulent au moyen de substances de signalisation», explique Tina Bürki.