Une avancée significative dans le domaine de la recherche biomédicale a permis de développer un modèle pulmonaire révolutionnaire intégré dans une puce. Cette innovation pourrait transformer notre compréhension des maladies pulmonaires et ouvrir la voie à de nouvelles découvertes thérapeutiques.
Une puce en polymère transparent, douce et flexible comme une gomme, donne vie à un minuscule poumon : elle s’étend, circule et, pour la première fois, se protège comme un organe vivant.
L’émerveillement dans le laboratoire : une découverte incroyable
Pour Ankur Singh, directeur du Center for Immunoengineering du Georgia Tech, observer les cellules immunitaires traverser la puce a été un moment saisissant.
Singh a co-dirigé cette étude avec son collaborateur de longue date, Krishnendu “Krish” Roy, ancien professeur émérite à Georgia Tech et aujourd’hui directeur de l’École de Génie et Professeur Distingué à l’Université Vanderbilt.
C’était le moment ‘wow’. Pour la première fois, nous avons ressenti que nous avions quelque chose de proche d’un poumon humain réel.
Se souvient le chercheur Ankur Singh.
Une puce qui imite la réalité
Les ‘lung-on-a-chip’ (pulmonaire sur puce) offrent aux chercheurs un aperçu du comportement des organes. De la taille d’un timbre, ces dispositifs possèdent des canaux microscopiques et sont recouverts de cellules humaines vivantes. L’innovation de Roy et Singh consiste à ajouter un système immunitaire fonctionnel, l’élément manquant pour transformer cette puce en un véritable modèle de défense pulmonaire contre les maladies.
Il est maintenant possible d’observer comment les poumons réagissent aux menaces, comment l’inflammation se propage et comment commence le processus de récupération.
Pour des millions de personnes souffrant de maladies respiratoires, la vie quotidienne peut représenter un défi considérable, que ce soit pour monter des escaliers, porter des sacs de courses ou même rire. Pendant des décennies, les médecins et scientifiques ont tenté de percer les mystères des poumons affaiblis.
Ce modèle unique de poumon sur puce ouvre de nouvelles voies pour la découverte préclinique, permettant de mieux comprendre les réponses immunitaires à des infections virales sévères et d’évaluer des traitements antiviraux critiques.
Explique Roy.
Ankur Singh et Rachel Ringquist présentent la puce pulmonaire microscopique avec un système immunitaire intégré.
Pour Singh, professeur à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, en lien avec le département de bio-ingénierie, cette recherche est aussi personnelle : il a perdu un oncle à cause d’une infection qui a débordé un système immunitaire affaibli par le cancer.
Cette expérience nous marque. Elle m’a donné envie de créer des systèmes capables de prévoir et d’empêcher de tels résultats, afin que moins de familles ne traversent ce que la mienne a vécu. Je pense constamment à mon oncle. Si ce travail permet de sauver des vies, cela en vaut la peine.
Déclare Singh.
Cette motivation a poussé l’équipe à repenser ce que pourrait accomplir un poumon sur puce, ouvrant la voie à de futurs progrès.
Le grand test avec le virus de la grippe
Le tournant est survenu lorsque l’équipe de Roy et Singh a observé un phénomène inédit au microscope : le sang et les cellules immunitaires circulaient dans des structures ressemblant à des vaisseaux, et se comportaient exactement comme dans un poumon vivant.
Les chercheurs ont longtemps peiné à ajouter une réponse immunitaire à ces systèmes ‘organe sur puce’. Les cellules immunitaires mouraient rapidement ou n’interagissaient pas avec le tissu comme dans un être humain. L’équipe a résolu ce problème en créant un chip où les cellules survivent et coordonnent les défenses.
Le véritable test est survenu avec l’introduction d’une infection virale sévère. Le poumon a activé une réponse immunitaire qui reflétait de près ce que les médecins observent chez les patients : les cellules se précipitaient vers le lieu infecté, l’inflammation se propageait et les mécanismes de défense s’activaient.
C’est à ce moment-là que nous avons réalisé que ce n’était pas qu’un modèle. Cela captait la biologie réelle de la maladie.
A déclaré Singh.
Cette recherche, publiée dans la revue Nature Biomedical Engineering, représente un pas important vers le remplacement des modèles animaux.
Cinq rats dans une cage peuvent réagir de la même manière, mais cinq humains ne le peuvent pas. Notre puce peut refléter cette différence. Cela la rend plus précise et réduit considérablement la nécessité de tests sur les animaux.
Expliqua le chercheur.
Roy souligne son potentiel :
La vision stratégique de la FDA de réduire l’expérimentation animale et de développer des modèles prédictifs non animaux est en parfaite adéquation avec notre travail. Ce dispositif dépasse toutes les attentes dans l’étude de la grippe humaine sévère et dans la compréhension des complexes réponses immunitaires du poumon.
Au-delà de la grippe : nouvelles maladies en vue
Ce qui a commencé avec la grippe pourrait désormais s’étendre à d’autres maladies : asthme, fibrose kystique, cancer du poumon et tuberculose. Les chercheurs s’efforcent également d’intégrer des organes immunitaires, montrant comment le poumon coordonne ses défenses avec le reste du corps.
La vision à long terme est une médecine personnalisée : des puces créées à partir des cellules du patient lui-même, pour prévoir quelle thérapie serait la plus efficace. Bien que la validation clinique et l’approbation réglementaire puissent prendre des années, Singh reste déterminé.
Imaginez savoir quel traitement sera efficace avant même de commencer. C’est là où nous allons.
Projette Singh.
Dans cette vision d’avenir, la médecine n’attend pas la maladie. Elle l’anticipe, la rencontre et réécrit l’issue.
La recherche de Singh et Roy a été publiée dans la revue Nature Biomedical Engineering.