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Ces dix dernières années, les chercheurs ont réussi à cultiver en laboratoire des organes humains miniaturisés et à simuler un corps humain avec circulation sanguine sur une puce multi-organes. Ces succès révolutionnaires ont le potentiel d’annoncer la fin de l’ère de l’expérimentation animale.
Constructeur du corps : les cellules souches
Les expériences sur les animaux ne sont pas seulement éthiquement condamnables, elles fournissent également des résultats scientifiquement non fiables. Les différences entre les diverses espèces sont si importantes que les données fournies par l’expérimentation animale ne sont pas transférables à l’homme. Quelles méthodes de recherche basées sur l’homme les chercheurs peuvent-ils utiliser afin d’obtenir des données valables de leurs expériences ? Les cultures de cellules humaines sont depuis longtemps utilisées comme méthode pour la recherche in vitro. Cependant, ces lignées cellulaires sont des modèles artificiels relativement simples qui atteignent rapidement leurs limites. En premier lieu, elles ne sont pas prélevées sur des tissus sains mais sur des tumeurs ; deuxièmement, elles ne contiennent qu’un seul type de cellules. Les organes de notre corps sont au contraire formés de différents types de cellules hautement spécialisées. Toutes les cellules spécialisées sont composées à leur tour de cellules souches que chaque organe possède. Les cellules spécialisées meurent après un certain temps, alors que les cellules souches reproduisent en continu de nouvelles cellules spécialisées. De cette manière, chaque organe du corps se renouvelle durant tout le cours de la vie.
De l'organe à l'organoïde
La recherche moderne exploite la force des cellules souches pour cultiver en laboratoire des organes miniatures appelés organoïdes. Depuis près de dix ans, des organoïdes humains sont utilisés dans le monde entier comme modèles in vitro dans divers domaines de recherche et d'application. Comme pour les cultures de cellules habituelles, on explore avec les organoïdes les procédures moléculaires dans les cellules, les causes des maladies, l'efficacité des médicaments ou la toxicité de certaines substances. Les organoïdes sont un système de modèle révolutionnaire parce que – contrairement aux lignées cellulaires décrites plus haut – ils contiennent les divers sous-types de cellules de l’organe d’origine. Même la disposition spatiale des cellules et la structure tridimensionnelle de l’organoïde ressemblent au véritable organe. De plus, les organoïdes peuvent être créés à partir de tissus sains provenant d’un donneur humain. On effectue pour cela une petite biopsie sur une personne pour prélever une partie d’organe contenant aussi des cellules souches. Les cellules souches ainsi extraites sont isolées des autres et maintenues en vie dans une culture cellulaire qui contient des nutriments garantissant leur survie (Gel-Matrix), pour grandir et se développer en un mini-organe à l’extérieur du corps. Ce mini-organe est si petit qu’il est difficilement reconnaissable à l’œil nu, pourtant sa structure est semblable à celle du « véritable » organe. Étant donné que les organoïdes contiennent toujours leurs cellules souches et en forment continuellement de nouvelles, il est possible de multiplier les mini-organes en laboratoire. Ceci est essentiel pour effectuer un grand nombre d’expériences et pour reproduire les preuves. Depuis quelques années, on a créé des «bio-banques» de mini-organes, soit des dépôts où sont conservés les organoïdes congelés de divers donneurs – sains et malades – pour une utilisation ultérieure.
Des organoïdes pour une médecine personnalisée
Il existe toutefois une approche alternative, non invasive, pour cultiver des organoïdes et pour laquelle les biopsies d’organe ne sont pas nécessaires, et qui est absolument indolore pour l’être humain. La recherche moderne permet la transformation en laboratoire de chaque cellule du corps humain en cellule souche. Cette procédure est appelée « cellule souche pluripotente induite », abrégée iPSC : une cellule de la peau ou de la racine de cheveu d’un donneur est reprogrammée en laboratoire avec une procédure génétique dans une iPSC. Cette dernière a la capacité de former toute autre cellule spécialisée, de sorte qu’il est possible de cultiver n’importe quel type d’organoïde. La création d’un mini-foie, d’un mini-estomac ou d’un mini-rein est contrôlée par les substances ajoutées dans la solution nutritive. L’organoïde possède les caractéristiques personnelles du donneur humain. De cette manière, on peut cultiver des mini-organes individualisés d’être humains. Dans les mini-organes, les maladies génétiques du donneur sont également conservées.
Organoïdes tumoraux pour un traitement individualisé contre le cancer
En laboratoire, on ne cultive pas uniquement des organes au format miniature mais aussi des mini-tumeurs provenant de biopsies de patients atteints du cancer. Cela permet d’énormes progrès pour une thérapie contre le cancer personnalisée, individuelle, sur mesure pour le patient. Pour cela, les organoïdes tumoraux sont exposés à différents médicaments et l’on observe lequel leur cause le plus de dégâts. Ainsi, on peut identifier de manière fiable le traitement le plus efficace à proposer au patient. Cette stratégie n’est pas encore solidement ancrée dans le traitement clinique, toutefois il existe déjà des entreprises de biotechnologie qui offrent un screening des organoïdes tumoraux mais ces prestations ne sont pas remboursées par les caisses maladie. Alors que de nombreux animaux doivent souffrir pour des expériences insensées dans la recherche sur le cancer, la thérapie individualisée basée sur les organoïdes est une révolution dans la médecine du cancer.
Le corps humain sur une puce électronique
Pour justifier les expériences sur les animaux, il est souvent avancé que, pour certaines questions scientifiques, l'interaction des différents organes doit être prise en compte. Ce qui ne serait possible que sur un organisme vivant complet. Cette affirmation est erronée car la recherche sur les mini-organes humains offre des solutions innovantes dans ce domaine également. L’interaction entre les organes humains à l’intérieur du corps est reproduite en laboratoire à l’aide de puces électroniques appelées multi-organes. Selon le développeur, la taille de cette puce peut varier de celle d'une carte mémoire pour appareil photo à celle d'un smartphone. Sur elles, plusieurs petits vases cylindriques en plastique sont intégrés et reliés entre eux par de minuscules canaux. Dans les vases, qui ressemblent à de petits récipients en plastique, on cultive divers organoïdes ou d'autres modèles de cultures cellulaires qui - à travers le système de canaux - sont alimentés avec leur solution nutritive et qui communiquent entre eux. On simule ainsi le corps humain et la circulation sanguine. Le système de canaux permet également d'introduire des médicaments qui atteignent chaque mini-organe de la puce. L’influence du médicament sur les organes et leur métabolisme sont testés en prélevant les organoïdes de la puce et en les analysant. Après une expérience, la bio-puce peut être à nouveau munie d’organoïdes et ainsi réutilisée de façon illimitée.
Aujourd'hui, il existe des puces multi-organes sur lesquelles il y a jusqu'à 10 organes : cerveau, poumon, pancréas, intestin, foie, rein, etc. On peut également intégrer dans le système les mini-organes endommagés d'un patient particulier; cela permet de reproduire un corps malade et de chercher des traitements. Certaines grandes compagnies pharmaceutiques testent et optimisent déjà les puces multi-organes dans le développement de leurs médicaments. Contrairement aux animaux, chez qui les maladies humaines sont causées artificiellement, les puces multi-organes sont un modèle de recherche avancé et futuriste pour les humains, qui fournit des résultats significatifs et fiables.
Dr. rer. nat. Tamara Zietek
Ärzte gegen Tierversuche