Une micropuce de la taille d’un tampon qui imite le cerveau humain pourrait accélérer les traitements contre la maladie d’Alzheimer | Technologie

Parler de cerveaux humains sur une puce ressemble à un film de science-fiction, comme s’il s’agissait d’un appareil qui donne vie à un méchant cyborg. Cependant, le Dr Raquel Rodrigues, ingénieure chimiste et biologique au Laboratoire international ibérique de nanotechnologie (INL) de Braga, estime qu’un tel dispositif serait clé dans le développement de traitements plus efficaces contre des troubles neurologiques graves, comme la maladie d’Alzheimer. “Le cerveau est un organe très complexe et énigmatique”, a déclaré Rodrigues. “Des composants expérimentaux et une surveillance électronique des cellules sont nécessaires pour comprendre leur fonctionnement.”

Grâce au financement de la recherche de l’UE, Rodrigues et son équipe de chercheurs de l’INL ont pu créer une micropuce unique qui imite le cerveau dans le cadre de BrainChip4MED, un projet de deux ans qui s’est terminé en février 2024.

La recherche comprenait également un détachement de 12 mois au Brigham and Women’s Hospital de la Harvard Medical School, pionnier dans le développement d’organes sur puces (OoC) et de biocapteurs. Cet ingénieux et petit dispositif développé par les chercheurs ressemble aux puces des ordinateurs ou des smartphones, mais est bien plus complexe.

Le cerveau sur puce simule le fonctionnement du cerveau et combine la chimie, l’ingénierie et la biologie pour créer un système complexe de microbiocapteurs pour le criblage en temps réel de nouvelles nanothérapies.

La puce possède de nombreux microcanaux – dont la taille est comprise entre des dizaines et des centaines de micromètres – à travers lesquels peuvent passer les liquides et qui fonctionnent avec une technologie appelée microfluidique. Cela permet d’analyser de très petites quantités d’un produit et d’examiner de nombreux échantillons en même temps, réduisant ainsi le coût global des tests.

La barrière protectrice du cerveau

L’un des principaux objectifs des chercheurs était de développer des médicaments capables de traverser ce que l’on appelle la barrière hémato-encéphalique. Cette couche de cellules étroitement regroupées protège le cerveau des toxines, germes et autres substances nocives qui pourraient être présentes dans le sang. Seules les plus petites molécules peuvent traverser cette barrière qui sépare le tissu cérébral de la circulation sanguine. Sa fonction protectrice est très importante, mais elle a également fait échouer les tentatives de développement de médicaments pour traiter les troubles neurologiques.

Tout médicament destiné à traiter le cerveau doit traverser cette membrane pour atteindre sa cible. Mais en l’absence d’essais sur l’homme, il existe peu de méthodes adéquates pour déterminer si un médicament peut pénétrer dans le cerveau. “Actuellement, il n’existe que quatre médicaments disponibles sur le marché contre la maladie d’Alzheimer, et aucun d’entre eux ne traite réellement la maladie, seulement ses symptômes”, explique Rodrigues.

« En effet, l’industrie pharmaceutique devrait investir des sommes considérables dans des médicaments sans savoir avec certitude si ceux-ci franchiront la barrière hémato-encéphalique. Alors ils ne le font pas », dit-il. Les sociétés pharmaceutiques pourraient investir des millions dans le développement d’un médicament pour découvrir ensuite qu’il ne peut pas franchir cette barrière. Les fonds que l’UE a alloués à cette nouvelle puce de simulation cérébrale développée à l’INL résolvent ce problème.

Imitez la vie sur une puce

L’équipe de recherche a recréé la membrane de la barrière hémato-encéphalique sur la puce avec du matériel bioorganique. «C’est ce qui distingue notre travail», déclare Rodrigues. « Nous utilisons une biomembrane plus proche de la barrière de notre cerveau. D’autres dispositifs utilisent des barrières physiques constituées de composants polymères. Nous considérons qu’un biologique est meilleur.

Grâce à ce nouveau cerveau sur puce amélioré, les chercheurs pourront injecter des médicaments expérimentaux dans la puce pour analyser leurs effets et tester leur capacité à pénétrer dans le cerveau. L’objectif est de modifier la manière dont ces types de médicaments sont développés. Actuellement, ces tests sont effectués principalement sur des animaux, ce qui pose une série de problèmes éthiques et pratiques. Ces types d’organes sur puces présentent une alternative possible à l’expérimentation animale traditionnelle.

“Le cerveau animal est différent du cerveau humain”, a commenté Rodrigues. « Par conséquent, un grand nombre de médicaments en cours de développement échouent. Les résultats obtenus lors d’expériences sur des animaux ne sont pas toujours reproduits chez l’homme. Il y a beaucoup en jeu. Les troubles cérébraux constituent aujourd’hui l’un des problèmes de santé les plus graves. On estime qu’environ 165 millions d’Européens souffrent d’un trouble cérébral. Une personne sur trois souffrira d’un trouble neurologique ou mental à un moment de sa vie.

Le coût total du budget européen de la santé est estimé à 800 milliards d’euros par an et devrait augmenter avec le vieillissement de la population. Il s’agit de maladies neurodégénératives bien connues, comme la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson. Il couvre également des troubles tels que l’épilepsie, la dépression, les accidents vasculaires cérébraux, les migraines, les troubles du sommeil, les traumatismes crâniens, les syndromes douloureux et les addictions.

Un grand pas en avant

L’INL est un institut de recherche européen de premier plan cofinancé par les gouvernements du Portugal et de l’Espagne. Il est également financé par l’UE et l’industrie. Le Dr Manuel Bañobre López, directeur du groupe de recherche en nanomédecine à l’INL, supervise les travaux développés pour la nouvelle puce. “À l’INL, nous avons beaucoup d’expérience en microfluidique, le domaine qui étudie le type de puces que nous développons dans le projet BrainChip4MED”, a expliqué Bañobre López.

Cependant, Bañobre prévient qu’il faudra encore attendre encore un peu avant de pouvoir utiliser le cerveau sur une puce. Même si le prototype est déjà prêt, il reste encore à le perfectionner. Il doit également être soumis à des tests rigoureux pour garantir qu’il peut être utilisé avec des médicaments qui seront administrés à des patients humains. Ce processus à lui seul prend des années.

Cependant, les chercheurs sont optimistes. “Nous devons combattre la maladie d’Alzheimer, c’est l’une des maladies neurologiques qui cause le plus de problèmes dans le monde”, a déclaré Rodrigues. « Et pour cela, nous devons découvrir de nouveaux médicaments. « Notre technologie constitue un grand pas dans cette direction. »

Les recherches mentionnées dans cet article ont été financées par les Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA). Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.

Article initialement publié dans Horizonle magazine de l’Union européenne sur la recherche et l’innovation.