Organes et organoïdes sur puces (MED-OOC)

Le Programme et équipement prioritaire de recherche (PEPR) exploratoire Organes et organoïdes sur puces (MED-OOC) s'inscrit dans un domaine à fort potentiel d'innovation en médecine personnalisée, en santé publique, en recherche pharmacologique et en essais cliniques : les organes et organoïdes sur puces basée sur des cellules dérivées de patients.

Budget alloué : 48,4 M€ alloués sur une durée de 6 ans

Appels à venir : Un appel à projets à venir

Pilotes du programme :
   

Direction de programme :

  • Xavier Gidrol, directeur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
  • Anne-Marie Gué, directrice de recherche CNRS
  • Jean Rosenbaum, directeur de recherche à l’INSERM

À l'heure actuelle, le taux de réussite global des essais cliniques de nouveaux médicaments n'est que d'environ 10 %. En outre, les modèles animaux ne permettant pas de prédire la toxicité pour l'humain dans au moins 50 % des cas. Les organes et organoïdes sur puce (O&OoC) apparaissent comme une innovation clé qui permettra de disposer  de modèles humains in vitro se rapprochant des conditions in vivo et de la réalité physiologique des organes humains. Au confluent de l'ingénierie cellulaire et tissulaire et de la microfluidique, les OoCs sont des dispositifs miniaturisés contenant des sous-structures d'organes vivants dans un micro-environnement contrôlé. Ils peuvent reproduire un ou plusieurs aspects de l'architecture, de la dynamique et des fonctions de l'organe, voire de plusieurs organes reliés entre eux, avec la possibilité de contrôler en temps réel différentes fonctions.

L'objectif principal du programme Organes et organoïdes sur puces (MED-OOC) sera de promouvoir une nouvelle génération d'OoCs basée sur des cellules dérivées de patients et des précurseurs de tissus tels que les organoïdes, dans le but de récapituler la réalité (patho)physiologique de l'organe du patient, combinée à des capacités avancées de surveillance "sur puce".

Ces organes et organoïdes sur puces offriront :

  • aux chercheurs, aux médecins et à l'industrie, une alternative aux modèles animaux et aux modèles conventionnels in vitro, représentatifs de la diversité phénotypique humaine ;
     
  • aux cliniciens, l'accès à des puces standardisées "mono-organe" ou "multi-organes" fabriquées avec les propres cellules des patients, servant de "jumeaux cliniques", compléments indispensables et dynamiques des "jumeaux numériques" en cours de développement.

Responsable d’Action ANR : Luc Pénicaud

Date du lancement : à venir

Projets ciblés : 4 projets ciblés ont d’ores et déjà été contractualisés

ENVie : Technologies pour l'ingénierie des microenvironnements et l'imagerie pour les organes sur puce

Le projet ENVie vise à développer une technologie de culture modulaire et standardisée impliquant un contrôle microfluidique des conditions environnementales, des technologies de biofabrication innovantes pour soit reconstituer une architecture d'organe et ses principales fonctions (reconstruction tissulaire, illustrée par une technologie colon-sur-puce), soit permettre l’intégration et le maintien d’un explant tissulaire (intégration tissulaire, illustrée par l'intégration d'un explant d'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) sur puce). Cette technologie garantira l’établissement, la survie et le maintien des tissus pendant des semaines, et intégrera des capacités d’imagerie et de détection 3D profondes en direct et à haute résolution pour la caractérisation et la surveillance du devenir des tissus et de leur réponse aux traitements. Une première considération est le choix d’une source de cellules/tissus appropriée. Comme les autres TPP MED-OOC, ENVie est basé sur l’utilisation de tissus du patient et de cultures de cellules primaires. Une deuxième considération sera l'organisation des types cellulaires en régions distinctes qui rappellent la structure tissulaire in vivo et qui reposent principalement sur le choix des biomatériaux et des approches de biofabrication. Ceci sera réalisé grâce à un réglage approprié des propriétés poroélastiques de la matrice extracellulaire ainsi qu'à l'intégration de canaux microfluidiques pour assurer le transport à la fois par convection et par diffusion des espèces dans le modèle tissulaire. Une troisième considération est la maintenance et la surveillance en temps réel des tissus pendant des jours, voire des semaines, afin d'élucider les fonctions dynamiques des tissus et l'étiologie des maladies. Cela repose sur l’intégration microfluidique et de détection ainsi que sur des approches d’imagerie. Nous mettrons en œuvre de nouvelles stratégies entièrement optiques pour mieux comprendre la structure des tissus à des longueurs méso et microscopiques in situ, permettant ainsi l'observation en temps réel de la dynamique aux niveaux tissulaire et cellulaire, ainsi qu'une cartographie mécanique précise du tissu. Compte tenu du développement des O&OoC pour la médecine personnalisée, ENVie générera des côlons sur puce et des explants d’adénocarcinome pancréatique sur puce innovants basés sur les tissus des patients atteints de maladies inflammatoires chroniques intestinales (MICI) ou de PDAC, qui serviront à mieux comprendre ces pathologies, mais également à identifier les paramètres clés ( biologiques et physiques) pour mieux tester et concevoir des traitements et un suivi personnalisés pour les patients atteints de MICI et de PDAC.

MAGIC : T1DOC Diabète de type 1 organoïde sur puce. Système microfluidique pour le monitoring des greffons d’îlots de Langerhans

Après des années d’investigations, la transplantation d’îlots pancréatiques a été approuvée en 2021comme standard de soins pour certains patients souffrant de diabète de type 1. Cette thérapie cellulaire deremplacement consiste à administrer des îlots fonctionnels issus de donneurs cadavériques dans la veineporte du patient où ils se retrouvent repartis dans le foie. Ainsi le suivi du devenir du greffon demeure à cejour un besoin clinique non satisfait, en particulier pour anticiper une réaction immunitaire pouvant provoquer le rejet de cette greffe. Pour répondre à ce défi majeur, le projet MAGIC vise à concevoir, réaliser des prototypes et valider fonctionnellement un avatar biologique de la réaction entre la greffe d’îlots et les cellules immunitaires issus du patient. Cet avatar biologique reposera en particulier sur des puces microfluidiques permettant de piéger, perfuser, vasculariser et suivre les îlots puis d’étudier les interactions cellulaires et moléculaires entre les îlots et les cellules immunitaires du patient, en particulier les lymphocytes T. A noter que les îlots étudiés dans l’avatar biologique seront issus des mêmes lots d’îlots qui auront été utilisés pour la greffe du patient concerné. Pour faciliter le suivi de paramètres morphologiques et fonctionnels des îlots cultivés sur puce, des capteurs miniaturisés seront intégrés aux puces microfluidiques. En outre, des méthodes d’imagerie 3D spécifiques des organoïdes sur puce seront mis au point. A l’issu de ces développements technologiques, nous visons à établir un score d’évaluation de l’auto-immunité provoquant le rejet de greffe et venir ainsi compléter les données de suivi pour le médecin pour une meilleure prise en charge des patients transplantés. En cas de succès, ce projet ouvre la voie à des modèles in vitro complexes à base d’organoïdes sur alisés pour le suivi des rejets de greffe, également pour d’autres indications thérapeutiques.

MSY-OOC : Couplage multi-organes sur puce pour le suivi du syndrome métabolique

Le syndrome métabolique touche environ un tiers de la population dans les pays développés. Son évolution est variable, avec plusieurs types d’atteintes notamment au niveau hépatique (allant de la stéatose à la cirrhose) et cardiovasculaire. Il est également associé à une insulino-résistance pouvant conduire au diabète de type 2. Pour bien stratifier les patients, et leur proposer des traitements adaptés, il convient de mieux comprendre le dialogue inter-organes et ses dysfonctionnements.

Dans le respect de la règle des 3R (Remplacer, Réduire, Raffiner l’expérimentation animale), nous proposons de développer des méthodes avancées de culture cellulaire dans des micro-dispositifs pour fabriquer différents organes/tissus sur puce (foie, tissu adipeux, vaisseau sanguin). Une plateforme microfluidique dédiée assurera leur couplage afin de mimer in vitro la physiologie, et de perturber leur environnement biochimique ou mécanique pour représenter les différents stades de la pathologie. Ces modèles seront mis en oeuvre en associant les spécialistes cliniques, qui pourront comparer les données générées in vitro avec celles des cohortes de patients qu’ils suivent, et pour lesquels des échantillons in vivo sont collectés (biopsies, prises de sang…). Cette vision croisée permettra de définir de nouveaux biomarqueurs de suivi de la progression de la pathologie, et de valider les modèles d’organes sur puce afin, par la suite, d’évaluer l’efficacité de régimes alimentaires ou de nouveaux médicaments.

TME on Chip : Microenvironnement sur puce, tumeur sur puce pour une meilleure prise en charge des patients

Le projet TME on Chip vise à explorer le potentiel des ToC (tumeur sur puce ou tumor on chip) dérivés de patients pour les mettre en oeuvre dans les parcours de soin des patients, valider ces nouveaux modèles en oncologie et permettre leure utilisation prayique en clinique en tant qu’outils de prise de décision, bénéficiant finalement aux patients et à la société. Plus précisèment, grâce à notre forte expérience interdisciplinaire et à la richesse scientifique et clinique de notre consortium, nous visons à développer la prochaine génération d’avatar de patient qui ne nécessitera aucune expérimentation animale. 

Nous évaluerons tout d’abord le potentiel clinique des ToC à prédire l’efficacité du traitement chez des patients atteinds de cancer du sein ce avec différents types de médicaments. Pour évaluer la fiabilité des ToC par rapport aux xénogreffes de patients dérivés de cancer du sein conventionnelles (BC-PDX), nous allons ensemencer des cellules dérivées de BC-PDX dans des tumor-on-chip et mesurer et comparer leurs répionses aux traitements. Cette comparaison sera réalisée pour différents types de traitement (chimiothérapie, hormonothérapie et thérapie ciblée) pour lesquelles les modèles BC-PDX ont déjà été largement caractérisés. Ensuite pour développer une nouvelle génération de ToC dérivés du cancer du sein de patients, nous nous concentrerons sur une développement technologique majeur permettant de rendre les ToC compatibles avec différents types d’échantillons, notamment les biopsies de patients. Enfin, nous évaluerons comment ces ToC dérivés de patients peuvent être utilisés pour prédire l’efficacité du traitement, déterminer les nouvelles thérapies efficaces dans le cancer du sein triple négatif précoce et avancé et dans le cancer du sein avancé ou résistant à l’hormonothérapie.

En savoir plus :

Vers des organes sur puce au chevet des patients - cnrs.fr

Organoïdes : silence, ça puce ! - radiofrance.fr

Les organoïdes et organes sur puces, accélérateurs du développement des médicaments - lemonde.fr

Mis à jour le 28 juin 2024
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