Des scientifiques australiens cultivent des répliques de poumons humains et demandent la fin des tests sur les animaux | Science

Le professeur de nanomédecine Wojciech Chrzanowski trouve « navrant » de rappeler certains de ses premiers travaux scientifiques, où la recherche impliquant des tests sur les animaux était inévitable.

“Dès que vous commencez à travailler dans un laboratoire et que vous devez commencer à serrer et à couper des animaux, vous vous sentez désolé pour eux”, a déclaré Chrzanowski.

« Dans le passé, j’ai participé à un procès avec des babouins, et ils sont vraiment intelligents. Au moment où vous commencez à vous approcher de leur cage, ils commencent à crier, à frapper des objets et à se cacher. Ils savent que quelque chose de mal va leur être fait. C’est déchirant.

Chrzanowski a semblé bouleversé lorsqu’il s’est rappelé avoir travaillé avec un scientifique végétalien qui a commencé à vomir en laboratoire après avoir été impliqué dans la recherche sur les animaux. Plutôt que d’accepter de telles expériences comme une réalité du travail en médecine, il a décidé qu’il devait y avoir un meilleur moyen.

Outre les problèmes de bien-être animal, les résultats des études sur les animaux ne sont souvent même pas applicables ou reproductibles chez l’homme, en raison de différences de biochimie et d’anatomie. Pourtant, il est difficile d’obtenir une approbation éthique et un financement pour des essais cliniques chez l’homme afin de tester l’innocuité et l’efficacité des médicaments et des traitements sans d’abord prouver l’innocuité chez les animaux.

Lorsque Chrzanowski a déménagé de Pologne en Australie pour créer un groupe de nano-bio-ingénierie à l’Université de Sydney il y a 13 ans, il a organisé un séminaire sur la bio-impression, un concept similaire à l’impression 3D où les cellules sont prélevées sur un patient puis cultivées pour produire suffisamment « d’encre » pour imprimer des modèles de tissus pour la recherche médicale. Les médicaments et les mécanismes de la maladie peuvent être étudiés et testés dans ces modèles imprimés en laboratoire, plutôt que sur des animaux.

“Peut-être que trois personnes sont venues à ce séminaire”, a déclaré Chrzanowski. “Tout le monde m’a dit que ça ne marcherait jamais.”

Mais plus tard en avril, Chrzanowski et ses collègues auront publié un article dans la revue à comité de lecture Recherche sur les biomatériaux sur une technologie qui va encore plus loin que la bio-impression.

Ils ont réussi à cultiver des répliques de poumons humains dans leur laboratoire du Nano Institute de l’Université de Sydney, où Chrzanowski est maintenant directeur adjoint. Leur article scientifique comprend même des instructions sur la façon de les cultiver.

Mesurant à peine quelques millimètres de large, les « poumons » ont peu de ressemblance avec ceux des humains. Ils sont contenus dans un tube en plastique, et lorsque vous regardez dans le tube d’en haut, les poumons ressemblent à une petite goutte de gelée étalée sur une fine membrane.

“Ces cages en plastique sont placées dans un incubateur où les poumons sont entièrement surveillés tout le temps”, a déclaré Chrzanowski.

«Nous devons savoir que les poumons ont suffisamment grandi pour être prêts et mûris pour les tests. Nous avons donc développé ce que nous appelons une « électrode intelligente » avec des électrodes, qui se trouve en permanence au-dessus des modèles pulmonaires et surveille les signaux bioélectriques des poumons.

« Sur la base de ces signaux, nous pouvons dire quand les poumons sont complètement matures et prêts à commencer le traitement. C’est la même chose que de brancher un moniteur à un patient et de vérifier son rythme cardiaque. Ainsi, ce biocapteur que nous avons développé nous aide également à observer quand, par exemple, un traitement fonctionne et que le poumon blessé se régénère.

Il y a eu d’autres tentatives pour construire des poumons de laboratoire. Mais ils sont trop simples, a déclaré Chrzanowski, et trop statiques. Les poumons humains changent, se dilatent et bougent constamment en raison, par exemple, de l’impact du système circulatoire et des battements du cœur.

La différence entre ces modèles simples et les poumons créés par Chrzanowski, qui a proposé le concept, et son doctorant Thanh Huyen Phan, qui a fait partie intégrante de leur conception et de leur construction, est qu’ils incluent cette perfusion physiologique, ou mouvement, de fluide à travers les cellules.

“Nous avons commencé à construire ces poumons littéralement cellule par cellule, en essayant de les rapprocher le plus possible de la physiologie humaine”, a déclaré Chrzanowski.

« C’est ce qui rend nos modèles uniques. Les deux autres particularités de nos modèles dont nous sommes fiers sont de pouvoir prélever des cellules de différents patients et recréer chaque individu sur ces petites coupelles pour tester des traitements personnalisés.

« L’autre aspect dont nous sommes fiers est la taille. Beaucoup de modèles sont si petits que vous ne pouvez pas faire beaucoup d’expériences sur le même modèle, mais les nôtres, à quelques millimètres de long, sont relativement grands et cela signifie que nous pouvons mesurer les réponses immunologiques, regarder le battement des cils, la sécrétion de mucus tout sur un modèle.

Cependant, il y a des limites aux poumons modèles de Chrzanowski. Lors du test d’un médicament ou d’un traitement sur un être humain, le médicament peut affecter diverses parties du corps, telles que les poumons, l’intestin, le cœur et le cerveau. Cette réponse du corps entier est impossible à étudier en utilisant uniquement les poumons modèles. Chrzanowski espère construire plusieurs organes, les connecter et les faire communiquer et fonctionner ensemble. Mais ce travail est dans des décennies, avec même l’utilisation à grande échelle de poumons modèles pour la recherche encore au moins cinq ans plus tard, a déclaré Chrzanowski.

Chaque poumon met 28 jours à se développer en laboratoire. “Cela n’a pas été simple d’en arriver là, et il nous a fallu des années pour arriver là où nous en sommes, et concevoir par exemple les pistes intelligentes”, a-t-il déclaré.

«Mais en termes de construction des poumons, toute personne ayant des compétences de base en culture cellulaire sera capable de le faire. Les étudiants de premier cycle pourraient diriger un laboratoire de ces poumons. Nous entrons dans une ère de remplacement de la recherche animale et nous allons assister à une accélération rapide de celle-ci. Les gens, les gouvernements, les sociétés pharmaceutiques se rendent compte de la nécessité d’investir là-dedans.

D’autres pays sont plus avancés dans l’utilisation de modèles d’organes humains développés en laboratoire que l’Australie, a déclaré Chrzanowski. En janvier, une loi a été introduite aux États-Unis qui signifie ce n’est plus nécessaire que les sociétés pharmaceutiques testent de nouveaux médicaments sur des animaux avant que des essais humains puissent avoir lieu. En Europe, des fonds dédiés sont alloués vers la production de technologies innovantes non animales pour tester des médicaments et étudier des maladies.

Mais des développements se produisent en Australie. L’année dernière, le gouvernement de la Nouvelle-Galles du Sud a mené une enquête sur l’utilisation de primates et d’autres animaux dans la recherche médicale. Chrzanowski a présenté à l’enquête, soulignant l’incohérence des résultats des animaux, en particulier lorsque les conditions de laboratoire varient.

Mais le rapport final de l’enquête n’a fait aucune recommandation pour arrêter l’expérimentation sur les primates et a constaté que les technologies actuelles n’étaient pas encore prêtes à remplacer les tests sur les animaux. Le rapport dit: “À ce stade, il semble qu’il soit plus juste de décrire les méthodes émergentes comme des compléments plutôt que comme des alternatives ou des substituts à l’utilisation des animaux dans la recherche médicale.”

Le comité a appelé à l’élimination rapide de deux expériences de recherche médicale spécifiques – l’utilisation de rongeurs dans les tests de nage forcée et dans les tests de tour de fumage. Et des subventions ont depuis été mises en place pour soutenir des alternatives à la recherche animale.

“En collaboration avec le CSIRO, nous développons une stratégie pour l’Australie vers la recherche non animale”, a déclaré Chrzanowski. «Chaque université devrait développer des laboratoires et des centres pour des modèles non animaux. Ils sont fiables. Ils sont rapides et accélèrent la découverte et l’application de la recherche. Les résultats sont reproductibles. Et ces modèles sont également moins chers que les tests sur les animaux.

« Donc, avec cela à l’esprit, pourquoi n’investissons-nous pas déjà dans ces modèles et ne les utilisons-nous pas ? Le reste du monde galope devant l’Australie dans cet espace.