Tester précocement in vitro les effets nocifs sur les embryons

Les médicaments doivent être s?rs pour les futures mères et leurs enfants à na?tre. Avant que les autorités n'autorisent une nouvelle substance active, celle-ci doit obligatoirement être testée sur des rongeurs en gestation et - en général - sur des lapins. Des scientifiques du Département des systèmes biologiques de l'ETH Zurich à B?le ont désormais mis au point un test qui leur permet d'étudier l'embryotoxicité des substances actives en dehors des animaux, dans des cultures cellulaires.

Le nouveau test ne remplace certes pas encore les expériences sur animaux prescrites par la loi dans le cadre de l'autorisation de mise sur le marché d'un médicament. Mais comme il est simple, rapide et peu co?teux, il permettrait à l'avenir aux chercheurs de tester un grand nombre de substances actives candidates à un stade précoce du développement d'un médicament. Les substances nocives pour l'embryon seraient ainsi détectées à un stade précoce et non pas seulement lors des tests d'embryotoxicité sur les animaux, qui, en raison de leur co?t élevé, sont réalisés bien plus tard dans le processus de développement des médicaments. Le nouveau test évite ainsi les passages à vide potentiels, ce qui permet d'économiser des co?ts et de réduire les tests sur les animaux.

Test de culture cellulaire avec des cellules souches

La nouvelle méthode est un développement du test des cellules souches embryonnaires, dans lequel des substances sont testées in vitro sur ce que l'on appelle des "Embryoid Bodies". Les corps embryo?des sont des amas de cellules tridimensionnels issus de cellules souches embryonnaires - dans ce cas d'une souris - qui subissent pendant dix jours les premières étapes du développement embryonnaire. Il n'en résulte pas d'embryons viables.

Les scientifiques du groupe du professeur de l'ETH Andreas Hierlemann ont maintenant étendu ce test de cellules souches embryonnaires au tissu hépatique humain. "Il existe toute une série de substances qui ne sont pas toxiques dans leur forme originelle, mais qui sont transformées en substances nocives par le métabolisme humain - surtout par le foie", explique Julia Boos, doctorante dans le groupe de Hierlemann et première auteure de l'étude publiée dans la revue spécialisée. page externeSciences avancées publiée dans le cadre d'une étude. Contrairement au test traditionnel sur les cellules souches embryonnaires, le nouveau test permet de détecter de telles substances.

"Body on a chip"

Le nouveau test se déroule de A à Z sur une seule puce de culture cellulaire avec différents compartiments. On y trouve des microbilles de tissu fabriquées par le spin-off de l'ETH Insphero à partir de cellules hépatiques humaines, ainsi que des corps embryo?des développés à partir de cellules de souris. Les microtissus hépatiques et les corps embryo?des ont un diamètre d'environ un demi-millimètre et se trouvent dans différents compartiments reliés entre eux par des microcanaux. Ces microcanaux garantissent un échange constant de liquide entre les différents groupes de cellules.

"Nous sommes les premiers à combiner directement des cellules hépatiques avec des cellules embryonnaires dans une approche body-on-a-chip", explique Boos. De même que dans le corps d'une femme enceinte, les processus métaboliques dans le foie et ceux dans l'embryon en croissance sont reliés par la circulation sanguine, une interaction permanente entre les cellules hépatiques et les cellules embryonnaires a lieu dans leur système interconnecté. "Les métabolites produits par les cellules hépatiques agissent directement sur les cellules embryonnaires - même ceux qui ne sont stables que pendant quelques minutes", explique Boos. Selon lui, c'est un avantage par rapport à d'autres tests in vitro existants, dans lesquels le métabolisme des substances et l'action des métabolites sur les cellules embryonnaires sont étudiés séparément.

Autre avantage du nouveau test : "Contrairement aux expériences menées sur des souris vivantes gravides, les substances à examiner dans notre test sont métabolisées par des cellules hépatiques humaines, c'est-à-dire de la même manière que dans le corps humain dans lequel le médicament doit être utilisé ultérieurement", explique Boos. Cela est pertinent, car le métabolisme de l'homme et de la souris est différent.

Développement pour les tests à haut débit

Les chercheurs ont démontré l'efficacité du nouveau test à l'aide du cyclophosphamide. Il s'agit d'un agent chimiothérapeutique qui, sous sa forme de base, est pratiquement inefficace et inoffensif, mais qui se transforme dans le foie en une substance à l'effet toxique pour les cellules. Les scientifiques ont testé le cyclophosphamide d'une part dans le test combiné foie-corps embryonnaire et d'autre part dans un test où seuls des corps embryonnaires étaient présents, mais pas de microtissus hépatiques. Il s'est avéré qu'en association avec le tissu hépatique, le développement des corps embryo?des est déjà entravé par une concentration quatre fois plus faible de cyclophosphamide.