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Les médicaments doivent être sûrs non seulement pour les patientes et patients ; dans le cas des femmes enceintes, les médicaments doivent également être sûrs pour les enfants à naître encore dans l'utérus. C'est pourquoi, à un stade précoce du développement de nouveaux médicaments, les substances candidates sont testées en boîte de Pétri sur des cellules souches embryonnaires provenant de lignées cellulaires de souris. Ceci afin d'éviter qu'un effet néfaste pour l'embryon ne soit remarqué qu'à un stade ultérieur lors de tests sur des souris gravides.
Toutefois, ces tests en culture cellulaire sont une version très simplifiée de ce qui se passe dans l'utérus. Il suffit aux scientifiques d'ajouter le produit à tester à une culture de cellules souches embryonnaires dans une boîte de Pétri pour identifier les substances qui ont un effet négatif direct sur les cellules embryonnaires. En revanche, dans le corps d'une femme enceinte, les ingrédients pharmaceutiques actifs peuvent être modifiés par le métabolisme de la mère et pénétrer dans la circulation sanguine de l'embryon via le placenta. En outre, les tests standard de culture cellulaire ne peuvent pas détecter les substances qui ont des effets indirects sur l'embryon, par exemple en interférant avec le fonctionnement du placenta ou en générant des réactions de stress.
Une puce avec différents types de cellules
Des scientifiques du département de science et d'ingénierie des biosystèmes de l'ETH Zurich à Bâle ont mis au point un test de laboratoire qui intègre le rôle du placenta dans les évaluations de l'embryotoxicité. Pour ce faire, Julia Boos, doctorante dans le groupe du professeur Andreas Hierlemann, et ses collègues ont développé une nouvelle puce. Cette puce contient plusieurs compartiments, tous interconnectés par des canaux miniatures. Sur cette puce, les scientifiques ont combiné des cellules placentaires humaines prélevées dans des lignées cellulaires avec des sphéroïdes de micro-tissus dérivés de lignées de cellules souches embryonnaires de souris, appelés «corps embryoïdes», qui reflètent le développement précoce de l'embryon. Les substances testées rencontrent d'abord une couche de cellules placentaires, qu'elles doivent traverser avant d'atteindre les cellules embryonnaires, reproduisant ainsi la situation in utero.
Par ailleurs, ces expériences ne produisent pas d'embryons viables. Les cellules embryonnaires issues de lignées cellulaires ne subissent que les toutes premières étapes du développement embryonnaire sur une période de dix jours.
Le test détecte les dommages indirects
Pour démontrer le fonctionnement du nouveau test, les scientifiques ont utilisé des microparticules qui n'ont pas endommagé les corps embryonnaires en cas de contact direct. Avec le nouveau test, qui inclut également des cellules placentaires, les scientifiques ont toutefois observé un effet indésirable indirect potentiel. Bien que les cellules placentaires aient réussi à retenir les microparticules, ce qui signifie que les particules n'ont pas atteint les cellules embryonnaires, les cellules placentaires ont montré une réaction de stress détectable.
Les scientifiques aimeraient maintenant perfectionner leur système en utilisant des matières plastiques plus adaptées. Il est également envisageable d'utiliser des lignées de cellules souches humaines, au lieu de cellules de souris, pour former des corps embryoïdes à l'avenir. «Il existe des différences importantes entre les animaux de laboratoire et les humains, notamment en ce qui concerne le développement embryonnaire et les processus qui se déroulent dans le placenta», explique Boos, qui poursuit : «De tous les organes, le placenta est celui où les différences entre les espèces sont les plus prononcées».
Le groupe vise à créer un nouveau test qui soit également facile à utiliser pour l'industrie pharmaceutique. Le fait de pouvoir détecter – et éliminer – les substances nocives pour l'embryon à un stade précoce du développement des médicaments signifie que moins de substances seront ensuite testées sur des animaux dans le cadre d'études in vivo.