Les organoïdes sur puce, des composants pour la médecine du futur ?

Les OoCs sont un sujet aussi fédérateur qu’emblématique pour le CEA. Les objectifs sont multiples : accompagner le développement de cette technologie et concevoir des dispositifs complets capables, entre autres, d’effectuer des tests cliniques in vitro.

Les organoïdes sur puce : qu’est-ce que c’est ?

Les organoïdes sur puce, ou OoCs sont à la croisée de plusieurs domaines de la recherche : les organoïdes, les laboratoires sur puce et la microfluidique.

• Les organoïdes

L’incorporation et la culture de cellules souches dans un hydrogel conduisent à la formation d’amas de cellules qui s’apparentent à des sphères et qui reproduisent la diversité cellulaire des tissus originels.

Ces amas ont la particularité de mimer, au moins de manière partielle, le fonctionnement des tissus qui ont conduit à leur formation. On les appelle donc organoïdes parce qu’ils sont capables de mimer le comportement d’organes : pancréas, rein, cerveau, prostate, etc.

• Les laboratoires sur puce

Les laboratoires sur puce sont déjà utilisés pour détecter des protéines, des peptides ou des acides nucléiques dans des échantillons biologiques de sang, de salive, etc.

Cette technologie a d’ailleurs rendu possible l’analyse biologique en dehors du laboratoire, ce qui permet notamment de réduire la consommation de réactifs biologiques et de gagner en sensibilité et/ou en temps d’analyse.

• La microfluidique

La microfluidique est un domaine consistant à manipuler des fluides dans des réseaux de microcanaux qui a atteint la maturité technologique durant la dernière décennie. Elle permet de développer des systèmes de plus en plus sophistiqués, notamment pour l’ingénierie cellulaire au service des organoïdes.

• Les organoïdes sur puce : un concentré de technologies de pointe

Formés à partir de cellules souches cultivées dans un système microfluidique de la taille d’une carte de crédit, les OoCs sont de formidables outils qui constituent, pour certains chercheurs, un changement de paradigme.

En effet, parce qu’ils sont capables de reproduire en partie l’environnement d’un organe et ses fonctionnalités, même dans des conditions pathologiques, les OoCs sont ainsi porteurs de promesses fortes.

Des applications multiples en biologie, pharmacologie et médecine

Le premier domaine d’application des OoCs est la biologie fondamentale. Pourquoi ? Parce que ces dispositifs facilitent la compréhension de la biologie du développement humain et permettent de mimer une pathologie.

Les OoCs sont un outil précieux pour identifier les fonctions physiologiques d’un organe. Par ailleurs, la transparence des plastiques constituant les OoCs facilite également l’étude de l’architecture des cellules.

Voici quelques exemples d’applications.

• Pharmacologie

Il s’agit probablement du segment le plus porteur. Les OoCs permettent entre autres de tester la toxicité de substances ou de conduire à la découverte de nouveaux médicaments.

Dans un futur plus ou moins proche, ils entreront très probablement dans le parcours de soin des patients, dans le cadre d’une médecine participative et personnalisée.

• Médecine personnalisée et prédictive

Les OoCs permettent d’étudier les cellules prélevées sur les patients et d’anticiper leurs réactions. Cela laisse entrevoir la possibilité d’une médecine prédictive personnalisée dans laquelle une solution spécifique sera apportée à chaque patient pour sa maladie.

L’oncologie sera ainsi l’une des priorités du développement des OoCs, les médicaments actuels n’étant efficaces que sur une partie des malades.

• Médecine régénératrice

Une fois atteint le stade de la médecine personnalisée, un autre défi se présente : cultiver des organoïdes à partir de cellules souches d’un patient pour les lui réimplanter et « réparer » un organe déficient, par exemple en attendant une greffe.

En clair, il s’agit de médecine régénératrice. En pratique, cela pose néanmoins quelques difficultés. Les systèmes microfluidiques étant complexes, l’utilisation des OoCs en milieu hospitalier ou industriel nécessitera une simplification des instruments.

Le CEA accompagne l’industrialisation de la technologie OoCs

Lors de la récente conférence de presse sur les OoCs¹, Xavier Gidrol et Fabrice Navarro² ont présenté les travaux du CEA dans cette « course pour la médecine du futur ».

Grâce à son interdisciplinarité, le CEA se positionne sur l’accompagnement de la maturation industrielle des OoCs, dans le but que cette technologie soit un jour utilisée par les patients.

En effet, pour que ceci devienne une réalité, cette technologie doit non seulement être acceptée par les hôpitaux et les patients, mais aussi être capable de passer de la phase prototype à la phase industrielle.

Dans cet objectif d’industrialisation, le CEA intègre les critères industriels dès la phase de recherche : choix des matériaux compatibles avec les différentes filières, standardisation des procédés, etc.

Le format « carte de crédit » a par exemple été choisi et la dimension des canaux a été standardisée. Pour cela, le CEA collabore avec l’AFNOR et l’ISO, mais aussi avec de nombreux industriels.

Le CEA estime que l’avènement des organoïdes sur puce et l’apparition de puces multiorganoïdes se feront d’ici les 5 prochaines années. En revanche, il faudra bien 10 ans pour voir l’intégration des OoCs dans le parcours de soin.

Si vous désirez en savoir plus, nous vous invitons également à consulter le dossier de presse.

[1] Conférence de presse du 23 juin 2022 intitulée « organoïdes sur puce : composants de la médecine du futur ? »

[2] Xavier Gidrol est chef du laboratoire Biologie à grande échelle au CEA et Fabrice Navarro est chef du laboratoire Systèmes microfluidiques et bio-ingénierie au CEA