Nos organes sur une puce.

Il est relativement facile d'imaginer un nouveau médicament, un meilleur remède pour chaque maladie. Le plus difficile, cependant, ce sont les essais, et cela peut retarder de nouveaux traitements prometteurs pendant des années. Dans cet exposé bien expliqué, Geraldine Hamilton expose comment son laboratoire crée des organes et des parties du corps sur une puce, des structures simples avec tous les éléments essentiels pour tester de nouveaux médicaments - et même des remèdes personnalisés pour une personne spécifique. (Filmé à TEDxBoston)

Nous sommes
actuellement confrontés

à un défi mondial pour la santé,

qui est que la façon dont
nous découvrons et développons

de nouveaux médicaments

est trop coûteuse,
prend beaucoup trop de temps,

et échoue plus souvent
qu'elle ne réussit.

Ça ne marche pas bien du tout,
et cela signifie

que les patients qui ont vraiment besoin
de nouvelles thérapies

ne les reçoivent pas,

et que les maladies
ne sont pas traitées.

On dirait que nous dépensons
de plus en plus d'argent.

Pour chaque milliard de dollars dépensés
dans la recherche et le développement,

nous mettons de moins en moins
de médicaments approuvés sur le marché.

Plus d'argent,
moins de médicaments...

Alors que se passe-il ?

Eh bien, il y a une multitude de facteurs
qui entrent en jeu,

mais je pense que l'un des facteurs clés

est que les outils
dont nous disposons actuellement

pour vérifier si un médicament va marcher,

s'il sera efficace,

ou s'il sera sans danger,

avant d'entamer les essais cliniques humains,

nous font défaut.
Ils ne prédisent pas

ce qui se passera chez un humain.

Nous avons deux principaux outils

à notre disposition.

Ce sont les cultures cellulaires
et les tests sur les animaux.

Parlons tout d'abord
des cultures cellulaires.

Voilà donc des cellules
qui fonctionnent bien dans notre corps.

Nous les prenons et les arrachons

à leur environnement naturel,
nous les jetons dans ces boîtes de Petri,

et nous espérons que ça fonctionne.

Devinez quoi ?
Ça ne marche pas.

Elles n'aiment pas cet environnement

parce qu'il ne ressemble en rien

à celui du corps humain.

Qu'en est-il de l'expérimentation animale ?

Eh bien, les animaux fournissent

des informations extrêmement utiles.

Ils nous permettent
de comprendre ce qui se passe

dans un organisme complexe.

Nous en apprenons plus
sur la biologie elle-même.

Cependant, le plus souvent,

le modèle animal ne réussit pas
à prédire ce qui se passera chez l'homme

une fois traité avec un médicament particulier.

Nous avons donc besoin
de meilleurs outils.

Nous avons besoin
de cellules humaines,

mais nous devons trouver
un moyen de les rendre heureuses

à l'extérieur du corps humain.

Nos corps sont
des environnements dynamiques.

Nous sommes constamment
en mouvement.

Nos cellules le ressentent.

Elles sont dans un environnement dynamique
à l’intérieur de notre corps.

Elles sont constamment soumises
à des forces mécaniques.

Donc, si nous voulons
que les cellules soient heureuses

à l’extérieur de nos corps,

nous devons devenir
des architectes cellulaires.

Nous devons concevoir,
construire et développer

pour les cellules
un foyer loin de chez elles.

Et, à l'institut Wyss,

c'est exactement ce que nous avons fait.

Nous appelons cela
un organe-sur-une-puce.

Et j'en ai un juste ici.

C'est beau, n'est-ce pas ?
Mais c'est assez incroyable.

Je tiens là, dans ma main,
un poumon humain qui respire

et qui vit
sur une puce.

Et ce n'est pas seulement magnifique.

Ça peut faire
une énorme quantité de choses.

Nous avons des cellules vivantes
dans cette petite puce,

des cellules qui sont
dans un environnement dynamique

et qui interagissent
avec différents types de cellules.

Beaucoup de gens

ont essayé de cultiver
des cellules en laboratoire.

Ils ont tenté
toutes sortes d'approches différentes.

Ils ont même essayé de cultiver
de petits mini-organes en laboratoire.

Ce n'est pas ce que nous essayons de faire ici.

Nous essayons simplement de recréer

dans cette petite puce

la plus petite unité fonctionnelle

qui reproduise la biochimie,

les fonctions
et les contraintes mécaniques

que les cellules
connaissent dans nos corps.

Alors, comment ça marche ?
Permettez-moi de vous montrer.

Nous utilisons les techniques

de l'industrie des puces informatiques

pour fabriquer ces structures
à une échelle qui convienne

à la fois pour les cellules
et leur environnement.

Nous avons trois canaux
qui distribuent des fluides.

Au centre, nous avons
une membrane poreuse souple,

sur laquelle nous pouvons ajouter
des cellules humaines,

venant de nos poumons,
par exemple,

puis en dessous,
nous avons des cellules capillaires,

les cellules de nos vaisseaux sanguins.

Et nous pouvons alors appliquer
des forces mécaniques à la puce

qui étendent et contractent la membrane,

de sorte que les cellules subissent
les mêmes forces mécaniques

que lorsque nous respirons.

Elles les ressentent de la même façon
que dans le corps.

Il y a de l'air qui passe
dans le canal supérieur,

puis nous faisons circuler un liquide
qui contient des nutriments

par le canal sanguin.

Cette puce est vraiment magnifique,

mais qu'est-ce qu'on peut en faire ?

Il y a d'incroyables possibilités

dans ces petites puces.

Laissez-moi vous montrer.

Nous pourrions, par exemple,
simuler une infection

en ajoutant des cellules bactériennes
dans le poumon,

et ensuite des globules blancs.

Les globules blancs
sont les défenses de notre corps

contre les invasions bactériennes,

et quand ils perçoivent l'inflammation
due à l'infection,

ils passent du sang aux poumons

et dévorent les bactéries.

Eh bien, vous allez voir en direct
ce qui se passe

dans un vrai poumon humain
sur une puce.

Nous avons coloré les globules blancs,
de sorte que vous puissiez les voir passer.

Lorsqu'ils détectent l'infection,

ils commencent à s’agglutiner,

puis essaient de passer
du canal sanguin

vers le côté du poumon.

Et, comme vous le voyez ici,

on peut visualiser un globule blanc.

Il se fixe,
se faufile

entre les couches des cellules,
à travers le pore,

ressort de l'autre côté de la membrane,

et là, il va dévorer les bactéries

colorées en vert.

Sur cette petite puce,
vous venez de visualiser

l'une des réponses
les plus fondamentales

de notre corps
face à une infection.

C'est la façon par laquelle on réagit :
notre réponse immunitaire.

C'est vraiment enthousiasmant.

Je veux vous faire partager cette photo,

non seulement parce qu'elle est belle,

mais parce qu'elle nous fournit
une énorme quantité d'informations

sur ce que les cellules
font dans les puces.

Elle nous montre que ces cellules

qui viennent des petites voies aériennes
de nos poumons

ont développé ces structures
semblables à des poils

que l'on voit dans les poumons.

Ces structures sont appelées cils,

et elles expulsent le mucus hors des poumons.

Oui. Le mucus.
Beurk.

Mais le mucus est en fait très important.

Le mucus piège des particules, des virus,

des allergènes potentiels,

et ces petits cils

expulsent le mucus à l’extérieur.

Quand ils sont endommagés,

par exemple par la fumée de cigarette,

ils ne fonctionnent pas correctement,
et ne peuvent pas expulser le mucus.

Cela peut conduire à des maladies
telles que la bronchite.

Les cils et l'élimination du mucus

sont également impliqués dans de terribles maladies
comme la fibrose kystique.

Mais maintenant, avec les possibilités
que nous donnent ces puces,

nous pouvons commencer à chercher

de nouveaux traitements potentiels.

Nous ne nous sommes pas arrêtés
avec le poumon sur une puce.

Nous avons un intestin sur une puce.

Vous pouvez en voir un ici.

Nous avons mis
des cellules intestinales humaines

dans un boyau sur une puce.

Ils sont soumis à
un mouvement péristaltique constant,

un flux s’écoule à travers les cellules,

et on peut simuler beaucoup des fonctions

qui se déroulent

dans l'intestin humain.

Nous pouvons maintenant commencer
à créer des modèles de maladies,

telles que le syndrome du côlon irritable.

Il s'agit d'une maladie qui affecte

un grand nombre de personnes.

Elle est extrêmement invalidante,

et il n'existe pas vraiment de bon traitement.

Nous avons actuellement une série

de différentes puces d'organes

sur lesquelles nous travaillons
dans nos laboratoires.

Cependant, la véritable puissance
de cette technologie

se trouve en réalité dans le fait

que nous pouvons les relier
par les fluides.

Il y a des fluidse qui circulent
dans ces cellules,

on peut donc interconnecter

différentes puces ensemble,

pour réaliser ce que l'on appelle
un humain virtuel sur une puce.

Nous en arrivons
à la partie la plus excitante.

Nous n'allons jamais recréer
un être humain complet sur ces puces,

mais notre but est d'être en mesure
de recréer

suffisamment de fonctionnalités

pour pouvoir faire
de meilleures prédictions

sur ce qui passera
dans le corps humain.

Par exemple, nous pouvons maintenant
commencer à étudier ce qui se passe

lorsqu'on utilise un médicament
administré en aérosol.

Si, comme moi, vous souffrez d'asthme,
quand vous prenez votre inhalateur,

nous pouvons étudier la façon
dont ce médicament va dans vos poumons,

comment il pénètre dans le corps,

comment il pourrait affecter,
par exemple, votre cœur.

Modifie-t-il le battement de votre cœur ?

Est-il toxique ?

Est-il éliminé par le foie ?

Est-il métabolisé dans le foie ?

Est-il excrété dans vos reins ?

Nous pouvons commencer
à étudier la réponse dynamique

de l'organisme à un médicament.

Cela pourrait vraiment être une révolution

et changer toute la donne,

non seulement pour l'industrie
pharmaceutique,

mais aussi pour bon nombre
d'autres industries,

dont l'industrie cosmétique.

Nous pourrions éventuellement utiliser
la peau sur une puce

que nous sommes en train de développer
au laboratoire

pour tester si les ingrédients
de ces produits

que vous utilisez
ne sont pas nocifs pour votre peau,

sans avoir recours
aux tests sur animaux.

Nous pourrions tester la nocivité

des produits chimiques
auxquels nous sommes quotidiennement exposés

dans notre environnement,

comme les produits chimiques
contenus dans les produits ménagers ordinaires.

Nous pourrions également
utiliser les organes sur des puces,

pour des applications dans le bioterrorisme,

ou l'exposition au rayonnement.

Nous pourrions les utiliser
pour en savoir plus

sur des maladies telles que l'Ebola

ou d'autres maladies mortelles
telles que le SRAS.

Les organes sur des puces
pourraient à l’avenir également changer

la manière dont nous faisons
des essais cliniques.

Aujourd'hui, le participant moyen

à un essai clinique
n'est que « moyen ».

Il a tendance à être d'âge moyen,
et de sexe féminin.

Vous ne trouverez pas
beaucoup d'essais cliniques

réalisés sur des enfants.

Pourtant, chaque jour,
nous donnons des médicaments aux enfants

et les seules données que nous avons
concernant la nocivité de ce médicament

sont basées sur des adultes.

Les enfants ne sont pas des adultes.

Ils peuvent ne pas répondre
de la même manière que les adultes.

Il y a d'autres choses,
comme les différences génétiques

entre populations

qui peuvent conduire
à des populations à risque,

susceptibles d'avoir une réaction indésirable
à un médicament.

Imaginez maintenant, si nous pouvions prendre
des cellules parmi ces différentes populations,

les mettre sur des puces,

et créer des populations sur une puce.

Cela pourrait vraiment changer la façon

dont nous faisons des essais cliniques.

Voici l'équipe,
et les gens qui réalisent tout cela.

On a des ingénieurs,
on a des biologistes cellulaires,

on a des cliniciens,
qui travaillent tous ensemble.

Nous assistons à quelque chose
de tout à fait incroyable

à l'institut Wyss.

C'est vraiment une convergence
des disciplines

où la biologie influe
sur note façon de concevoir,

de développer et de construire.

C'est assez enthousiasmant.

Nous établissons des collaborations importantes
avec l'industrie,

comme celle que nous avons
avec une entreprise

qui possède une expertise
dans la fabrication numérique à grande échelle.

Ils vont nous aider à réaliser,

au lieu d'une seule puce,

des millions de puces similaires,

de sorte que nous puissions les mettre

à la disposition
d'un maximum de chercheurs possible.

C'est essentiel
pour le futur de cette technologie.

Je vais vous montrer notre appareil.

C'est un instrument dont nos ingénieurs
réalisent actuellement

le prototype au laboratoire,

et qui va nous donner les moyens techniques

dont nous aurons besoin

pour relier 10 ou plus
puces d'organes ensemble.

Cet instrument fait autre chose
de très important.

Il offre une interface utilisateur simple.

Ainsi, un biologiste cellulaire comme moi
peut arriver,

prendre une puce,
la mettre dans une cartouche,

comme avec le prototype
que vous voyez là,

insérer la cartouche dans la machine,

comme vous le feriez avec un CD,

et c'est terminé.

Plug and play.
Facile.

Maintenant, imaginons un peu

à quoi l'avenir pourrait ressembler

si je pouvais prendre
vos cellules souches

et les mettre sur une puce,

ou vos cellules souches,
et les mettre sur une puce.

Ce serait une puce personnalisée,
rien que pour vous.

Nous tous, ici, sommes des individus,

et ces différences individuelles signifient

que nous pouvons
réagir très différemment

et parfois de façon imprévisible
aux médicaments.

Il y a quelques années de cela,
j'ai moi-même eu un terrible mal de tête,

je n'arrivais pas à m'en débarrasser,
et me suis dit « Je vais essayer autre chose».

J'ai pris quelques comprimés d’Advil,
et quinze minutes plus tard,

j'étais en route pour les urgences

avec une crise d'asthme aigue.

De toute évidence,
elle ne m'a pas été fatale,

mais malheureusement,

certains effets secondaires des médicaments
peuvent être mortels.

Comment faire pour les éviter ?

Eh bien, nous pourrions imaginer un jour

avoir Géraldine sur une puce,

avoir Danielle sur une puce,

vous avoir, vous, sur une puce.

Une médecine personnalisée.
Merci.

(Applaudissements)