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Les chercheurs de Bernese développent une poumon-sur-frite de seconde génération

Le poumon est un organe complexe dont le fonctionnement principal est de mélanger des gaz. C'est le plus grand organe au corps humain et joue une fonction clé dans l'oxygénation de tous les organes. En raison de sa structure, composition cellulaire et micro-environnement dynamique, il est difficile imiter in vitro.

Un laboratoire spécialisé du centre d'ARTORG pour la recherche en matière de génie biomédical, université de Berne, dirigée par Olivier Guenat a développé un rétablissement neuf d'organe-sur-frite appelée de modèles in vitro pendant plus de 10 années, se concentrant sur modéliser le poumon et ses maladies.

Après un premier système couronné de succès de poumon-sur-frite montrant des caractéristiques essentielles du poumon, le laboratoire (OOC) de technologies d'Organe-sur-Frite a maintenant développé une poumon-sur-frite de la deuxième génération purement biologique en collaboration avec le centre de Helmholtz pour la recherche d'infection en Allemagne et les services thoraciques de chirurgie et de pneumologie chez Inselspital.

Un air-sang-barrage grandeur nature entièrement biodégradable

Pauline Zamprogno, qui a développé le modèle neuf pour sa thèse de PhD à l'OOC, récapitule ses caractéristiques : « La poumon-sur-frite neuve reproduit un choix d'alvéoles avec des cotes in vivo pareilles. Elle est basée sur une membrane mince et étirable, effectuée avec des molécules naturellement trouvées dans le poumon : collagène et élastine. La membrane est stable, peut être cultivée des deux côtés pendant des semaines, est biodégradable et ses propriétés élastiques laissent imiter des mouvements respiratoires en étirant mécaniquement les cellules. »

En revanche à la première génération, qui a été également établie par l'équipe autour d'Olivier Guenat, le système développé reproduit des aspects clé de la matrice extracellulaire de poumon (ECM) : Sa composition (support de cellules fait de protéines de contre-mesure électronique), sa structure (choix d'alvéoles avec la cote assimilée à ceux trouvées in vivo + structure de fibre) et ses propriétés (biodégradabilité, un aspect clé au barrage vérifiant transformant pendant les affections pulmonaires telles qu'IPF ou BPCO). Supplémentaire, le procédé de fabrication est simple et moins encombrant que celui d'une membrane poreuse étirable de polydimethylsiloxane de la poumon-sur-frite de première génération.

Applications cliniques potentielles grandes

Des cellules à cultiver sur la frite neuve pour la recherche sont actuel obtenues à partir des malades du cancer subissant des résections de poumon au Service de Chirurgie Thoracique d'Inselspital. Le chef de service Ralph Schmid voit un double avantage dans le système : « La poumon-sur-frite de seconde génération peut être injectée avec les cellules alvéolaires de poumon sain ou malade. Ceci fournit à des cliniciens en meilleure compréhension de la physiologie du poumon et outil prévisionnel pour le dépistage des drogues et potentiellement également pour le médicament de précision, recensant le traitement spécifique le meilleur potentiel d'aider un patient particulier. »

Les demandes de telles membranes sont grandes, des recherches de la science fondamentale sur des fonctionnalités et des pathologies de poumon, à recenser des voies neuves, et à une découverte plus efficace des traitements neufs potentiels. »

Thomas Geiser, chef, service de pneumologie, Inselspital et directeur, enseignement et recherche de l'Insel Gruppe

Alternative puissante aux modèles animaux dans la recherche

En tant que complémentaire plus, la poumon-sur-frite neuve peut réduire le besoin de recherche pneumological basée sur des modèles animaux. « Beaucoup de candidats prometteurs de médicament avec succès examinés dans les modèles précliniques sur des rongeurs ont échoué une fois vérifiés chez l'homme dus aux différences entre la substance et dans l'expression d'une affection pulmonaire, » explique Olivier Guenat. « C'est pourquoi, à long terme, nous visons à réduire l'expérimentation animale et à fournir à des systèmes patient-appropriés pour le dépistage des drogues la possibilité de concevoir en fonction des modèles les patients spécifiques (en injectant l'organe-sur-frite avec leurs propres cellules). »

La poumon-sur-frite biologique neuve sera encore développée par Pauline Zamprogno et ses collègues du groupe de technologies d'OOC pour imiter un poumon avec la Fibrose pulmonaire idiopathique (IPF), une maladie chronique du poumon menant au marquage graduel du tissu de poumon dans le cadre d'un projet de recherche financé par le centre de compétence du Suisse 3R (3RCC). « Mon projet neuf consiste en développement d'IPF-sur le modèle de frite basé sur la membrane biologique. Jusqu'ici, nous avons pour développer un barrage sain d'air-sang. Maintenant il est temps de l'employer pour vérifier une question biologique réelle, » dit Zamprogno.

Technologies d'Organe-sur-Frite d'organisme de recherche du centre d'ARTORG

Ce groupe spécialisé du centre d'ARTORG pour la recherche en matière de génie biomédical développe l'organe-sur-frite, se concentrant sur le poumon et ses maladies, en collaboration avec les services du médicament pulmonaire et de la chirurgie thoracique de l'Inselspital. Le groupe combine le bureau d'études, en particulier microfluidics et microfabrication, méthodes de génie industriel de biologie cellulaire et de tissu, sciences des matériaux et médicament.

Leur premier développement d'une poumon-sur-frite de respiration est encore développé en collaboration avec l'AlevoliX de démarrage, dans l'objectif pour révolutionner la recherche préclinique. Récent le groupe a développé une poumon-sur-frite de la seconde génération entièrement biologique se concentrant sur recréer le barrage d'air-sang du poumon. Un deuxième sens de recherches vise à développer une microvascularisation fonctionnelle de poumon. Ici, des cellules endothéliales de poumon sont injectées dans un environnement micro-conçu, où elles auto-montent pour établir un réseau des microvessels perfusable et contractiles de quelques dizaines seulement de micromètres de diamètre.

À côté des applications pharmaceutiques, l'organe-sur-frite sont vues en tant qu'ayant le potentiel d'être employé en médicament de précision pour examiner les propres cellules du patient afin de régler le meilleur traitement. En outre, de tels systèmes ont le potentiel significatif de réduire l'expérimentation animale dans la recherche médicale et des sciences de la vie. Le groupe d'OOC fait fonctionner l'installation d'Organe-sur-Frite, fournissant les scientifiques à partir de l'université de Berne, le centre hospitalier universitaire de Berne et au delà de l'infrastructure et du matériel pour produire les dispositifs et les organe-sur-frites microfluidic de test.

Source:
Journal reference:

Zamprogno, P., et al. (2021) Second-generation lung-on-a-chip with an array of stretchable alveoli made with a biological membrane. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-021-01695-0.