Par Philip Fine
Un ingénieur biomédical de l’Université McGill s’emploie à concevoir une plateforme d’essai de médicaments destinés à traiter la fibrose kystique en tentant de résoudre une énigme : comment observer la réaction d’une cellule humaine dans son habitat naturel, lorsqu’on la cultive sur la surface en plastique d’une plaque à cupules?
Le professeur Christopher Moraes, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur la conception de microenvironnements cellulaires avancés, explique le défi fondamental qui se pose aux spécialistes des cellules : « Les cellules interprètent des facteurs physiques et chimiques dans leur environnement », dont des caractéristiques comme la rigidité mécanique, l’architecture tissulaire et les signaux chimiques sécrétés. Dès lors, les réactions des cellules peuvent être différentes si elles sont observées au fond d’une cupule de plastique rigide ou dans un environnement comme un organe.
Ce problème systémique lié à l’observation des cellules rend inefficace l’essai de composés en vue de possibles médicaments, puisque bien souvent, les cellules cultivées réagissent
autrement que dans l’organisme, indique le Pr Moraes. Professeur au Département de génie chimique, il est également membre associé au Département de génie biomédical et au Centre de recherche sur le cancer Goodman de la Faculté de médecine.
Depuis six mois, le Pr Moraes collabore avec le Pr John Hanrahan, directeur du Centre de recherche translationnelle sur la fibrose kystique de McGill. Leur objectif est d’améliorer l’essai de multiples composés en vue de médicaments potentiels, un processus appelé criblage à haut débit. Le Pr Moraes formule ainsi le principal défi de leur projet : « Pouvons-nous améliorer les systèmes de découverte en rendant l’environnement plus réaliste? »
Cela implique de troquer le plastique durable pour un milieu mou, humide et poreux.
Le Pr Moraes a examiné la matrice ou structure naturelle de la cellule, qui est très molle. « Dans le corps, cette matrice est surtout composée d’hydrogels naturels. Nous fabriquons donc des hydrogels synthétiques et semi-synthétiques afin de reproduire cet aspect du microenvironnement cellulaire. » Analogues à un amas de cheveux dans la vidange d’une baignoire, les hydrogels sont surtout liquides, mais assez fibreux pour procurer à une cellule des points de fixation et de croissance.
Les technologies du Pr Moraes, qualifiées de « poumon sur une puce », font partie d’un groupe croissant de techniques appelées « organe sur une puce ». Ces systèmes imitent en miniature l’environnement de l’organe au moyen de structures à échelle micrométrique fabriquées avec des outils employés dans l’industrie du semiconducteur. Le Pr Moraes combine des cellules, des hydrogels et des micropuces en vue de la découverte de médicaments par criblage à haut débit. « Si nous parvenons à reproduire les paramètres environnementaux importants pour la cellule dans nos puces et sur nos systèmes microfabriqués, nous devrions pouvoir faire en sorte qu’une cellule se comporte comme elle le ferait dans l’organe même. »
Le Pr Moraes, qui travaille à l’Université McGill depuis 2014, avait passé les quatre années précédentes en postdoctorat au Biointerfaces Institute de l’Université du Michigan, où les échanges entre microbiologistes et ingénieurs biomédicaux sont encouragés. Il se réjouit de voir que les ingénieurs sont de plus en plus souvent les bienvenus dans les laboratoires de génétique, ainsi que de sa collaboration avec le Pr Hanrahan, du Département de physiologie de l’Université McGill.
Le Pr Moraes anticipe l’expansion du domaine : « Nous ne pouvons plus envisager les systèmes biologiques sous le seul angle des gènes et des protéines. À mes yeux, la structure, la fonction, la mécanique, l’architecture et l’ingénierie jouent un rôle considérable dans la façon dont nous devrions comprendre la biologie. »
Le 26 mai 2017