Les limites du cerveau
Lorsque je me rends au travail à vélo, je porte un casque. C'est logique, car je veux protéger mon cerveau. Mais même le meilleur des casques ne peut rien contre les virus, bactéries ou polluants. Si ces petites bêtes pénètrent dans mon système sanguin, elles peuvent faire beaucoup de dégâts dans mon cerveau.
Heureusement, le cerveau dispose d'une défense naturelle: la barrière hémato-encéphalique. Les vaisseaux sanguins de notre cerveau et la fine couche de cellules qui l'entoure agissent comme un filtre perfectionné. Les nutriments et l'oxygène passent à travers, mais les substances et particules nocives se heurtent à une paroi biologique.
Non seulement les substances nocives sont arrêtées, mais aussi les médicaments. Cela rend le traitement des troubles cérébraux très difficile. Récemment, un médicament prometteur de Biogen contre la maladie d'Alzheimer s'est vu refuser l'approbation de l'EMA, l'autorité européenne des médicaments, en raison de ses nombreux effets secondaires et de sa faible efficacité. Le problème sous-jacent est que ce médicament - basé sur des anticorps - n'est pas conçu pour traverser la barrière hémato-encéphalique. Il faut donc administrer de grandes quantités de médicament, ce qui augmente les coûts. En outre, seul 0,1% du médicament atteint le cerveau, de sorte que l'effet thérapeutique reste relativement faible.
Le Saint-Graal de la recherche sur les médicaments pour les troubles cérébraux est un médicament ciblé qui traverse la barrière hémato-encéphalique et peut traiter les maladies plus efficacement. Le premier défi consiste à développer un modèle permettant de tester si une molécule ou un médicament peut atteindre le cerveau.
De la difficulté de développer un modèle
Le Saint-Graal de la recherche sur les médicaments pour les troubles cérébraux est un médicament ciblé qui traverse la barrière hémato-encéphalique et peut traiter les maladies plus efficacement. Le premier défi consiste à développer un modèle permettant de tester si une molécule ou un médicament peut atteindre le cerveau. Les modèles animaux sont souvent utilisés à cette fin, mais ils ne constituent pas une bonne représentation du cerveau humain. De plus, le processus dans les modèles animaux prend beaucoup de temps. Il existe donc un besoin énorme de meilleures méthodes de criblage, plus proches de l'homme.
À l'imec, nous essayons pour le moment d'imiter la barrière hémato-encéphalique sur une puce. À cette fin, nous avons mis au point une puce dotée de minuscules trous et de capteurs sur lesquels les cellules qui constituent la barrière hémato-encéphalique peuvent être cultivées. Les capteurs indiquent lorsqu'un médicament ou une molécule passe à travers les trous, atteignant ainsi le cerveau.
Les cellules cérébrales sur la puce sont contenues dans un gel aqueux qui ressemble à la consistance du vrai cerveau. Le gel est en contact avec une seconde puce qui peut lire les signaux électriques des cellules cérébrales et mesurer ainsi l'effet du médicament. Toutes les cellules sont d'origine humaine afin de reproduire le plus fidèlement possible la biologie. Il s'agit de cellules souches (provenant de cellules de la peau ou du sang, par exemple) qui sont génétiquement reprogrammées en cellules cérébrales et en cellules de la barrière hémato-encéphalique. De plus, la barrière hémato-encéphalique sur puce est potentiellement une technique très évolutive pour tester différentes molécules ou médicaments en parallèle.
Des cellules saines, avant des cellules de patients
Dans un premier temps, le modèle de puce fonctionne avec des cellules provenant de cerveaux de personnes en bonne santé. Cela nous permettra de mieux comprendre le fonctionnement de cette couche protectrice biologique. À l'avenir, des cellules de patients pourraient ajouter une dimension supplémentaire au modèle de la puce. En effet, certains éléments indiquent que la barrière hémato-encéphalique fonctionne différemment ou moins bien chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, de la maladie de Parkinson ou de la sclérose en plaques, par exemple. Un modèle de puce serait idéal pour tester ces hypothèses et voir comment cela affecte le traitement.
Autre avantage de la barrière hémato-encéphalique sur puce: les données générées. Pour chaque médicament, il faut constituer un ensemble de données. Aujourd'hui, il s'agit principalement d'informations provenant d'expérimentations animales. C'est en partie pour réduire l'expérimentation animale qu'a été adoptée en 2022 aux États-Unis la loi de modernisation 2.0 de la FDA, qui permet de démontrer qu'un médicament est sûr et efficace chez l'homme par des méthodes autres que l'expérimentation animale. Cette loi constitue une avancée importante dans le développement de médicaments, car des technologies telles que la barrière hémato-encéphalique sur puce peuvent désormais générer des ensembles de données pertinents, qui non seulement réduisent le recours à l'expérimentation animale, mais fournissent également des données plus précises et spécifiques à l'homme.
Grâce à l'interaction entre la nouvelle législation et les nouvelles technologies, nous pouvons réduire le besoin d'essais sur les animaux et introduire plus rapidement de nouveaux traitements spécifiques au fonctionnement complexe du cerveau humain, ce qui se traduit par des traitements plus ciblés et plus efficaces.