L'expérimentation animale est depuis longtemps établie dans les programmes de découverte de médicaments. Mais la méthodologie qui la caractérise, loin d'être fiable, pose des problèmes systémiques. En effet, seuls 10 % des médicaments qui passent de la phase de tests sur les animaux aux essais cliniques sur l'homme réussissent.
Ce faible rendement a pour conséquence de rallonger les délais et d'augmenter les dépenses nécessaires à la mise sur le marché des produits pharmaceutiques, ce qui alimente les plaintes des assureurs et des agences gouvernementales concernant les structures tarifaires dans l'industrie. En parallèle, les hommes sont dorénavant plus sensibles aux questions relatives à l'expérimentation animale, ce qui nuit à la réputation de l'industrie pharmaceutique.
C'est pourquoi les chercheurs universitaires et industriels sont depuis longtemps à la recherche d'un meilleur système. À cet effet, il semble aujourd'hui que la technologie microfluidique se positionne comme l'alternative la plus viable pour remplacer l'expérimentation animale en matière d'essais pharmaceutiques.
Organe sur puce
Les dispositifs microfluidiques peuvent créer un microenvironnement contrôlé reproduisant essentiellement la physiologie et la fonction d'un organe en recouvrant les minuscules canaux du dispositif avec des cellules d'organes humains et de vaisseaux sanguins. Des médicaments sont ensuite introduits dans l'écosystème, afin que des interactions spécifiques puissent être observées. Les données relatives à la toxicité et à d'autres effets peuvent être collectées ; la FDA (l'agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux) accepte désormais ce type de données à la place des données issues de l'expérimentation animale.
De nombreux groupes ont pu démontrer les performances de diverses plateformes d'organes sur puce, allant des poumons, au laboratoire national de Los Alamos, aux cornées, à l'université de Hong Kong. La valeur prédictive de ces nouvelles plateformes s'est avérée viable pour les systèmes d'essais de médicaments, ce qui facilitera leur adoption par le grand public.
Un cœur sur puce
Le Dr Darwin Reyes-Hernandez, ingénieur biomédical au National Institute of Standards and Technology (NIST) dans la division des microsystèmes et des nanotechnologies du Physical Measurement Laboratory (PML), et son équipe viennent de publier des avancées passionnantes dans le domaine de la technologie du "cœur sur puce" (Heart-on-a-Chip technology). L'article du journal Lab on a Chip décrit l'utilisation de la technologie microfluidique pour recréer les conditions d'un infarctus du myocarde afin de mettre au point de nouveaux traitements biotechnologiques. Ce que l'on appelle communément "crise cardiaque" est en fait la mort des cellules cardiaques suite à un manque d'apport sanguin.
Il est intéressant de noter qu'à l'instar du tissu hépatique, de nouvelles avancées montrent une régénération réussie des cellules cardiaques, contribuant à l'amélioration de l'état de santé des patients. Le cœur sur puce permet d'accélérer la collecte de données afin de prouver l'efficacité des traitements et d'obtenir plus rapidement l'approbation de la FDA pour procéder aux essais cliniques sur l'homme.
Le nouveau dispositif du NIST
Le cœur sur puce du NIST est également fabriqué sur un nouveau type de support. Dr Reyes-Hernandez explique qu'en miniaturisant le système microfluidique, il est possible de réduire les distances que les cellules doivent parcourir, ce qui permet d'observer beaucoup plus rapidement les interactions avec les milieux extérieurs. Grâce à un nouveau concept de puits perméable, les cellules peuvent être piégées sur les membranes supérieure et inférieure du dispositif microfluidique à une distance d'environ 11 microns.
Des électrodes en or d'une largeur de 10 microns utilisées pour les mesures d'impédance sont au cœur de la fabrication du dispositif. Ce procédé permet de mesurer en temps réel le mouvement continu des cellules, ce qui est également important pour la recherche sur le cancer.
"Par chance", souligne le Dr Reyes-Hernandez, "nous avons accès au NanoFab du NIST, un laboratoire de photolithographie qui permet à notre équipe de créer les micro-structures nécessaires à la conception de ce support microfluidique novateur. Les technologies de fabrication avancée permettent de mettre rapidement au point une solution pour traiter l'une des principales causes de mortalité dans le monde."
Fabrication avancée à micro-échelle
Le NIST favorise l'innovation grâce à des outils de fabrication de pointe tels que le NanoFab. Pour les groupes de recherche qui n'ont pas un accès direct à ce type de ressources et qui ont besoin d'une fabrication à haute résolution dans une gamme de 1 à 200 microns, Potomac Photonics, la filiale de Goodfellow spécialisée dans la microfabrication, est en mesure de les aider à créer des solutions de miniaturisation grâce via des techniques laser UV et de micro-usinage CNC. Notre capacité de production en petite et grande séries nous permet également de créer des prototypes spécialement conçus pour une fabrication ultérieure à grande échelle, garantissant ainsi une mise sur le marché rapide et une évolutivité immédiate de vos innovations.
Si vous cherchez un partenaire pour la miniaturisation, n'hésitez pas à faire appel à Goodfellow !
