Shuler avait espéré développer un modèle informatique d'un système multi-organes, mais il y avait trop d'inconnues. Le système de culture de cellules vivantes qu’il a imaginé était sa tentative de combler les vides. Pendant un moment, il a joué avec le concept, mais les matériaux n'étaient tout simplement pas assez bons pour construire ce qu'il imaginait.
« Vous pouvez forcer les souris à avoir leurs règles, mais ce ne sont pas vraiment des menstruations. Vous avez besoin de l’être humain.
Linda Griffith, professeur fondatrice de génie biologique au MIT et récipiendaire en 2006 d'une « bourse de génie » MacArthur
Il n'était pas le seul à travailler sur le problème. Linda Griffith, professeur fondatrice d'ingénierie biologique au MIT et récipiendaire d'une « bourse de génie » MacArthur en 2006, a conçu une première version rudimentaire d'une puce hépatique à la fin des années 1990 : une puce plate en silicium, haute de quelques centaines de micromètres seulement, avec cellules endothéliales, oxygène et liquide entrant et sortant via des pompes, des tubes en silicone et une membrane polymère avec des trous microscopiques. Elle a placé des cellules hépatiques de rats sur la puce, et ces cellules se sont organisées en tissus tridimensionnels. Ce n’était pas un foie, mais il modélisait certaines des choses qu’un foie humain fonctionnel pouvait faire. C'était un début.
Griffith, qui conduit une moto pour s'amuser et parle avec un doux accent du Sud, souffre d'endométriose, une maladie inflammatoire dans laquelle les cellules de la muqueuse de l'utérus se développent dans tout l'abdomen. Elle a enduré des décennies de nausées, de douleurs, de pertes de sang et d'opérations chirurgicales répétées. Elle n'a jamais pris de congé de maladie, mais a plutôt pris du Percocet, de l'Advil et des margaritas, gardant un coussin chauffant et un canapé dans son bureau – une stratégie nécessaire, car elle ne voyait pas d'autre choix pour un scientifique en activité. Surtout une femme.
Et en tant que scientifique, Griffith a compris que les maladies chroniques qui touchent les femmes ont tendance à être sous-étudiées, sous-financées et mal traitées. Elle s'est rendu compte que des décennies de travail avec les animaux n'avaient rien fait pour améliorer la vie des femmes comme elle. « Nous disposons de toutes ces données, mais la plupart d'entre elles ne mènent pas à des traitements pour les maladies humaines », dit-elle. « Vous pouvez forcer les souris à avoir leurs règles, mais ce ne sont pas vraiment des menstruations. Vous avez besoin de l’être humain.
Ou du moins les cellules humaines. Shuler et Griffith, ainsi que d'autres scientifiques en Europe, ont travaillé sur certaines de ces premières puces, mais les choses ont vraiment démarré vers 2009, lorsque le laboratoire de Don Ingber à Cambridge, dans le Massachusetts, a créé le premier organe entièrement fonctionnel sur une puce. Ce « poumon sur puce » était fabriqué à partir de caoutchouc de silicone flexible, tapissé de cellules pulmonaires humaines et de cellules de vaisseaux sanguins capillaires qui « respiraient » comme les alvéoles – de minuscules sacs aériens – dans un poumon humain. Quelques années plus tard, Ingber, un MD-PhD avec la beauté soignée d'un jeune Michael Douglas, a fondé Emulate, l'une des premières sociétés de biotechnologie à fabriquer des systèmes microphysiologiques. Depuis lors, il est devenu une sorte d'ambassadeur officieux des technologies in vitro en général et des organes sur puces en particulier, donnant des centaines de conférences, obtenant des millions de subventions, représentant le domaine auprès de scientifiques et de profanes. Stephen Colbert s'en est pris à lui une fois après le New York Times l'a cité décrivant une puce qui « marche, parle et cancane comme un vagin humain », une citation qui, selon Ingber, a été prise hors de son contexte.
Ingber a commencé sa carrière en travaillant sur le cancer. Mais il a eu du mal avec la recherche animale requise. « Je ne voulais vraiment plus travailler avec eux, parce que j'aime les animaux », dit-il. « C'était une décision consciente de se concentrer sur des modèles in vitro. » Il n'est pas seul ; un nombre croissant de jeunes scientifiques s'expriment sur la détresse qu'ils ressentent lorsque les protocoles de recherche provoquent des douleurs, des traumatismes, des blessures et la mort des animaux de laboratoire. « Je suis étudiant à la maîtrise en neurosciences et j'y pense constamment. J'ai fait des choses tellement indescriptibles et horribles à des souris, au nom du progrès scientifique, et je me sens coupable chaque jour », a écrit un étudiant anonyme sur Reddit. (Divulgation complète : j'ai abandonné mes études en psychologie à l'université parce que je ne voulais pas nuire aux animaux.)
IMITER
Suivre un cours d'art de premier cycle a conduit Ingber à une révélation : les forces mécaniques sont tout aussi importantes que les produits chimiques et les gènes dans la détermination du fonctionnement des créatures vivantes. Sur une étagère de son bureau, il expose encore un modèle qu'il a construit lors de ce cours d'art, une construction simple composée de bâtons et de lignes de pêche, qui l'a aidé à comprendre que les cellules tiraient et se tordaient les unes contre les autres. Cette prise de conscience préfigurait son travail actuel et l’a aidé à concevoir des dispositifs microfluidiques dynamiques intégrant le cisaillement et l’écoulement.
Ingber a co-écrit un article de 2022 qui est parfois cité comme un tournant dans le monde des organes sur puces. Les chercheurs ont utilisé les puces hépatiques d'Emulate pour réévaluer 27 médicaments qui avaient déjà été testés sur des animaux et qui avaient ensuite tué 242 personnes et nécessité plus de 60 greffes de foie. Les puces hépatiques ont correctement signalé les problèmes liés à 22 des 27 médicaments, soit un taux de réussite de 87 %, contre un taux de réussite de 0 % pour les tests sur les animaux. C’était la première fois que des organes sur puces étaient directement comparés à des modèles animaux, et les résultats ont suscité beaucoup d’attention de la part de l’industrie pharmaceutique. Dan Tagle, directeur du Bureau des initiatives spéciales du National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), estime que les échecs médicamenteux coûtent environ 2,6 milliards de dollars chaque année dans le monde. Plus tôt dans le processus, les composés défaillants peuvent être éliminés, plus il y a de chances que d’autres médicaments réussissent.
