Les organes sur puce représentent une alternative prometteuse aux modèles animaux. Où en est cette technologie innovante ?
Les échecs coûteux des tests précliniques pèsent lourd sur l'industrie pharmaceutique, avec des effets secondaires imprévus survenant souvent après commercialisation. Une technologie émergente suscite un vif intérêt : les organes sur puce.
« Une alternative aux modèles animaux, dont on sait qu'ils ne sont pas toujours fiables », affirme Don Ingber, pionnier du domaine.
Contrairement à ce qu'on pourrait imaginer, un poumon sur puce n'a pas l'apparence d'un vrai poumon. Développé par Dongeun Huh et Donald Ingber, il ressemble à une petite plaque transparente de la taille d'une clé USB, dotée de canaux microscopiques. Pourtant, il reproduit les éléments essentiels des alvéoles : une couche de cellules pulmonaires bordant un conduit aérien, juxtaposée à des cellules vasculaires et un flux sanguin simulé. Ces alvéoles artificielles « respirent » même : la membrane fine sur laquelle les cellules pulmonaires croissent se dilate et se contracte rythmiquement, mimant les mouvements naturels.
Ce champ de recherche est encore naissant, mais il progresse rapidement, attirant investisseurs et scientifiques. Les organes sur puce pourraient remplacer les expérimentations animales non seulement pour les médicaments, mais aussi pour évaluer la toxicité de substances comme les particules ou nanoparticules. « L'avantage majeur réside dans l'utilisation de cellules humaines, qui réagissent différemment des souris », explique le Pr Jaap den Toonder, de l'Université de technologie d'Eindhoven. Avec des collègues de l'Erasmus Medical Center, il développe un « cancer sur puce » pour étudier les métastases du cancer du sein.
L'objectif est de créer une puce intégrant divers tissus, comme pulmonaires et hépatiques. « Nous injectons ensuite des cellules cancéreuses dans le flux sanguin artificiel et observons au microscope si elles infiltrent les tissus. C'est une visualisation en direct des métastases », décrit-il.
Un poumon sur puce
De nombreux organes sont désormais modélisés : cœur, intestin, cerveau, vaisseaux sanguins sur puce. Les cellules évoluent dans des compartiments minuscules, alimentés par des microcanaux simulant l'apport nutritionnel et sanguin. Les conditions physiologiques réelles – température, pression, pH – sont recréées. « C'est crucial pour le développement et le comportement cellulaire. Par exemple, l'invasion tumorale dépend de la pression environnante, impossible à reproduire en boîte de Petri, mais réalisable sur puce. L'interaction entre types cellulaires, comme cerveau et circulation sanguine, est également essentielle », souligne Den Toonder.
Rendre les animaux de laboratoire superflus ?
Le micropoumon d'Ingber et Huh est le plus avancé. Présenté il y a deux ans par le Wyss Institute, il a passé un test décisif avec l'IL-2, un médicament anticancéreux connu pour son œdème pulmonaire. Ajouté au flux sanguin artificiel, il a provoqué une fuite liquidienne et protéique, mimant fidèlement la réaction humaine. Succès pour cette alternative aux tests animaux.
Ingber est optimiste : « Nous dépensons des millions en modèles animaux imparfaits et éthiquement discutables. Notre but : faire valider les organes sur puce comme substitut fiable. »
Den Toonder anticipe un remplacement partiel : « Les matériaux sont simples, la production scalable. Idéal pour tester rapidement de nombreuses substances ou variants génétiques. Mais un corps est trop complexe pour un seul organe sur puce. Ils compléteront les tests animaux. »
Accélérer le screening des médicaments – de 10 ans et 1 milliard de dollars actuellement – serait un atout majeur. Aucune autre alternative sérieuse n'existe.
Vers un corps sur puce connecté
La suite logique : interconnecter les puces. « De nombreux médicaments sont retirés pour interactions inter-organes, comme foie et cœur. Simuler cela est vital », note Den Toonder. Ingber et Huh avancent : le Wyss Institute a reçu 37 millions de dollars pour un « corps sur puce » complet.
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