Une nouvelle technologie qui pourrait être utilisée pour tester de nouveaux traitements pour les organes humains et le tissu osseux – tout en réduisant le besoin de recherche animale – a été développée par des ingénieurs de l'Université de Sheffield.
L'étude, dirigée par des chercheurs du Département de science et génie des matériaux de l'Université et de l'Institut Insigneo pour la médecine in silico, ainsi que par des collaborateurs de l'Universitat Ramon Llull, en Espagne, a mis au point un dispositif os sur puce contenant des mini échafaudages pouvant être utilisé pour faire pousser du tissu osseux humain en laboratoire.
Dans un nouvel article publié dans Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, les chercheurs démontrent comment l'os sur puce – une minuscule puce contenant des cellules vivantes – peut être utilisé pour faire croître le tissu osseux qui peut ensuite être utilisé pour tester de nouveaux traitements potentiels pour os malades ou endommagés.
Le test de nouveaux médicaments nécessite généralement des tests in vivo approfondis impliquant des modèles animaux. Cependant, la nouvelle approche développée par l'équipe dirigée par l'Université de Sheffield a été développée in vitro – entièrement en laboratoire – et réduit le besoin d'utiliser des animaux dans la recherche.
Le domaine de l'organe sur puce vise à créer de petits appareils contenant des versions miniatures d'organes tels que des os, du foie ou des poumons en laboratoire. En testant de nouveaux médicaments sur de petites versions d'organes humains plutôt que sur des modèles animaux, on espère que le taux de réussite sera plus élevé pour trouver ceux qui fonctionnent chez l'homme.
L'objectif est qu'un jour, l'appareil développé par l'équipe de Sheffield puisse être connecté à d'autres appareils d'organes sur puce – tels que le foie, le cœur, les poumons, etc. – pour créer un humain sur puce qui supprimerait totalement le besoin de recherche animale dans le développement de nouveaux traitements médicaux.
Les tests in vitro de nouveaux traitements sont normalement effectués sur des cellules cultivées sur des surfaces planes et bidimensionnelles. Cependant, l'équipe de chercheurs a créé des structures d'échafaudage en trois dimensions au sein de leur os sur puce qui ressemblent mieux à de l'os réel.
Les structures tridimensionnelles sont développées en utilisant un matériau connu sous le nom d'émulsion polymérisée à phase interne élevée (polyHIPE) en utilisant une technique appelée modélisation d'émulsion. Une émulsion est un mélange d'huile et d'eau qui ne se sépare pas – comme la mayonnaise ou le lait.
Un polyHIPE est fabriqué à l'aide d'une huile qui se solidifie sous la lumière ultraviolette pour créer une matière plastique qui contient des millions de minuscules trous interconnectés où l'eau se trouvait auparavant. Ces matériaux hautement poreux forment un échafaudage qui aide les cellules à créer un nouveau tissu osseux en 3D.
Après avoir produit les échafaudages en trois dimensions, l'équipe les a insérés dans un mini bioréacteur pour créer le dispositif os sur puce et a utilisé des techniques in vitro pour évaluer son potentiel à cultiver de manière reproductible du tissu osseux humain à partir de cellules souches.
Dans le nouvel article, les chercheurs présentent des résultats démontrant que les technologies d'organes sur puce ont le potentiel de révolutionner les tests précliniques pharmaceutiques en augmentant le débit tout en minimisant les préoccupations financières et éthiques associées à la recherche animale.
L'introduction de canaux microfluidiques dans un matériau poreux nous permet de mieux imiter l'environnement 3D naturel des cellules que dans la microfluidique standard.C'est, à mon avis, une excellente technologie permettant de construire des tissus 3D complexes – ou des organes sur puce. – comme plates-formes de test pour les tests pharmaceutiques. Ces plates-formes ont le potentiel de réduire le temps et les efforts nécessaires et également de réduire l'utilisation de modèles animaux pour les tests précliniques de médicaments. «
Dr Frederik Claeyssens, lecteur en biomatériaux, Département de science et génie des matériaux, Université de Sheffield
La source:
Référence du journal:
Bahmaee, H., et al. (2020) Conception et évaluation d'un dispositif microfluidique d'ostéogenèse sur puce incorporant une culture cellulaire 3D. Bioingénierie et biotechnologie à la frontière. doi.org/10.3389/fbioe.2020.557111.