Faites confiance à votre instinct : dépistage de médicaments à l’aide de nouveaux modèles intestinaux

Une image microscopique de cryptes intestinales dans des tissus humains.

Situées à la base des cryptes intestinales, les cellules souches régénèrent les différents types cellulaires qui composent l’épithélium intestinal.

DLors du développement de médicaments, les chercheurs doivent effectuer des tests non cliniques adéquats pour garantir la sécurité et l’efficacité d’un médicament avant de commencer les essais cliniques. Un aspect important qu’ils doivent évaluer sont les propriétés pharmacocinétiques d’un médicament, qui expliquent comment le composé voyagera à travers le corps pour exercer son activité, notamment son absorption, sa distribution, son métabolisme et son excrétion (ADME).

Le tractus gastro-intestinal (GI) est un système important pour étudier les caractéristiques ADME d’un médicament, car il constitue le principal site d’absorption de médicaments administrés par voie orale.¹ En conséquence, les cliniciens observent généralement événements gastro-intestinaux indésirables d’origine médicamenteuse chez les patients inscrits à des essais cliniques.² Bien que les scientifiques utilisent des modèles animaux et in vitro au cours du développement non clinique pour évaluer les événements indésirables, la plupart des événements indésirables gastro-intestinaux ne sont découverts qu’après des essais cliniques sur l’homme.

Difficultés avec les modèles intestinaux non cliniques actuels

Modèles animaux

Les chercheurs s’appuient principalement sur modèles animaux y compris les rongeurs, les chiens, les porcs et les primates non humains pour les évaluations ADME et de toxicité, car ils permettent aux scientifiques d’évaluer l’effet d’un médicament dans un système complexe qui intègre plusieurs organes et types de tissus.³ Cependant, les chercheurs sont souvent incapables d’extrapoler avec précision les données ADME et de toxicité acquises à l’aide de modèles animaux aux humains en raison de différences d’anatomie, de physiologie, de régime alimentaire et de microbiome. Cet inconvénient majeur a conduit les scientifiques à développer de meilleurs modèles humains in vitro.

Modèles in vitro

Dans le tractus gastro-intestinal humain, les cellules souches situées dans les cryptes intestinales reconstituent les différents types de cellules qui composent la couche épithéliale. tous les trois à quatre jours.⁴ Les cellules intestinales différenciées ayant une durée de vie courte, il est difficile pour les chercheurs de culture de cellules épithéliales primaires matures in vitro.⁵ Au lieu de cela, beaucoup utilisent des lignées cellulaires humaines immortalisées, telles que Caco-2, pour étudier l’intégrité de la barrière et le transport des médicaments à travers les épithéliums intestinaux. Cellules Caco-2 ressemblent à des entérocytes matures lorsqu’ils sont cultivés en monocouche en raison de leur polarité, de leurs capacités d’absorption et de l’expression de certaines des jonctions serrées, des transporteurs et des enzymes trouvés in vivo.⁶ Cependant, les scientifiques ont dérivé la lignée cellulaire Caco-2 d’une tumeur de carcinome du côlon et, par conséquent, le modèle présente des propriétés non associées à des épithéliums intestinaux sains. De plus, les monocultures de Caco-2 empêchent les chercheurs d’évaluer l’effet du médicament sur d’autres types de cellules intestinales, telles que les cellules caliciformes ou les cellules entéroendocrines.

Lorsque les scientifiques cultivent des cellules souches intestinales isolées de cryptes intestinales natives en présence de protéines de la matrice extracellulaire et de facteurs de croissance, les cellules se différencient et former des organoïdesoù leur cavité interne représente la lumière intestinale.⁷ Ces modèles tridimensionnels in vitro reproduisent mieux la fonctionnalité et la structure des intestins in vivo que les monocultures Caco-2 et permettent aux chercheurs de tester l’effet d’un médicament sur plusieurs types de cellules. Cependant, la surface apicale de l’organoïde fait face à la cavité interne, ce qui oblige les scientifiques à compromettre la couche épithéliale lors de l’injection de médicaments dans sa lumière. Cela les empêche de tester l’intégrité des barrières et d’effectuer des analyses à haut débit. Les chercheurs peuvent contourner ces problèmes en inversant la polarité de l’organoïde, de telle sorte que la surface apicale soit tournée vers le milieu de culture. Néanmoins, les scientifiques ne peuvent pas accéder facilement simultanément aux surfaces apicales et basolatérales lorsqu’ils utilisent des organoïdes dans l’une ou l’autre des confirmations.

Génération d’un modèle intestinal in vitro avancé

Malgré l’utilisation de ces modèles disponibles lors des tests non cliniques, les scientifiques sont souvent incapables de détecter la toxicité gastro-intestinale induite par les médicaments ou d’évaluer avec précision son absorption jusqu’à ce qu’ils effectuent des essais cliniques, probablement parce que les modèles ne sont pas physiologiquement pertinents, ne prédisent pas la réaction humaine ou ne sont pas propices. au criblage à haut débit. En conséquence, les chercheurs sont toujours à la recherche de meilleurs systèmes modèles pour éviter les échecs cliniques à un stade avancé.

Le Systèmes RepliGut® d’Altis Biosystems sont un groupe de modèles in vitro non cliniques qui reproduisent l’épithélium intestinal humain. Comme les organoïdes, ces systèmes utilisent des cellules souches intestinales extraites de donneurs humains, qui sont ensemencées sur des membranes semi-perméables recouvertes d’un échafaudage pour former des monocouches. Lors de la différenciation, les chercheurs obtiennent les principales lignées de cellules intestinales dans la même proportion que celles trouvées dans le corps. Grâce à la configuration expérimentale des systèmes, les scientifiques peuvent facilement accéder à la fois aux surfaces basolatérales et apicales de l’épithélium intestinal, ce qui constitue une limitation majeure des cultures organoïdes 3D.⁸ De plus, Altis Biosystems a extrait des cellules souches de plusieurs régions du tractus gastro-intestinal et de plusieurs donneurs. Cela permet aux chercheurs d’étudier la toxicité et l’absorption des médicaments, ainsi que l’intégrité de la barrière cellulaire épithéliale, dans différentes régions et donneurs. Ces modèles in vitro physiologiquement pertinents sont simples à utiliser, compatibles avec l’analyse à haut débit et permettent aux scientifiques de gagner du temps et de l’argent, accélérant ainsi la recherche non clinique.