Biologie 3D : Le changement de paradigme dans la découverte de médicaments de nouvelle génération [infographie interactive]
Publié à l’origine : 19 avril 2023
Le paysage de la découverte de médicaments évolue
19 avril 2023 La mise sur le marché d’un médicament a toujours été longue et coûteuse, de nombreux candidats ayant échoué dans la première phase des essais cliniques. De plus en plus de preuves suggèrent que le criblage des composés au début du processus en utilisant des modèles traditionnels, comme les cultures cellulaires et animales propagées en 2D, peut être un facteur contributif.
Les chercheurs s’orientent maintenant vers des systèmes 3D complexes, pertinents pour l’homme, tels que les organoïdes, car on pense qu’ils représentent mieux la façon dont l’organisme pourrait répondre au traitement.
Découvrez notre infographie interactive qui vous explique de manière approfondie pourquoi le secteur adopte cette nouvelle génération de découverte de médicaments et qui décrit les innovations qui vous aident dans votre parcours dans la biologie 3D.
Qu’est-ce que le Paradigme de découverte de médicaments ?
La biologie 3D est la prochaine génération de découverte de médicaments, une transition qui s’éloigne des cultures cellulaires 2D et des modèles animaux vers des modèles cellulaires 3D et des systèmes humains plus pertinents d’un point de vue biologique.
Commencez votre voyage de la biologie 2D à la biologie 3D dans notre dernier blog, car nous vous montrons ce qu’il faut pour entrer dans ce nouveau paradigme de découverte de médicaments et comment les chercheurs du monde entier font passer leurs criblages de composés des cultures cellulaires 2D et des modèles animaux à des systèmes 3D plus complexes et pertinents pour l’homme comme les organoïdes.
La promesse révolutionnaire de la biologie 3D
Les modèles pertinents pour l’homme fournissent des informations précoces sur les interactions médicamenteuses avec les cellules humaines, détectant les problèmes d’efficacité et de toxicité précliniquement. Le domaine émergent de la biologie 3D révolutionne le criblage des médicaments et la compréhension des maladies, offrant un avantage unique dans la prédiction des réponses humaines aux nouveaux traitements.
Le long et coûteux cheminement du développement de médicaments
Malgré des investissements de plusieurs milliards de dollars, l’approbation de nouveaux médicaments reste un processus long et coûteux, principalement en raison de taux d’attrition élevés. Les cultures cellulaires 2D traditionnelles et les modèles animaux ne permettent souvent pas de prédire la façon dont les médicaments fonctionneront chez l’homme, ce qui entraîne l’échec de nombreux médicaments potentiels au cours du développement.
Un 75pourcentage stupéfiant des coûts de recherche et de développement provient d'échecs, des fonds dépensés pour des projets qui semblent initialement prometteurs, mais qui se révèlent par la suite inefficaces, dangereux ou commercialement non viables pendant les essais chez l'homme. Il est évident que le processus de développement de médicaments nécessite une révolution, et les organoïdes peuvent être la clé pour y parvenir.
Limites des modèles cellulaires conventionnels
Outre l’aspect éthique, les modèles cellulaires traditionnels dans la recherche sur les médicaments, qu’il s’agisse de lignées cellulaires 2D, de petits modèles animaux ou de primates non humains, font face à des difficultés de translatabilité qui entravent leur succès dans le passage des agents thérapeutiques du laboratoire au chevet du patient.
Pour y remédier, le Paradigm de découverte de médicaments utilise des systèmes de modèles humains pertinents tout au long de la découverte de médicaments afin d’améliorer les taux de succès clinique et de réduire la dépendance aux modèles animaux. Les organoïdes réduisent l’écart de translatabilité en prédisant avec précision les résultats des médicaments. Les études indiquent que les médicaments dont les organoïdes sont défaillants dans les essais précliniques échoueront probablement chez les patients réels, tandis qu’un taux de succès élevé se traduira par des résultats efficaces pour les patients.
Malgré leur potentiel, la croissance des organoïdes peut être laborieuse et fastidieuse, ce qui affecte l’évolutivité. Toutefois, les technologies de culture cellulaire automatisée et les organoïdes prêts à l’emploi améliorent l’évolutivité pour rendre leur adoption plus possible.
Boost réglementaire pour les organoïdes
Technologie d’organoïdes
Ces versions miniatures des organes révolutionnent la recherche médicale grâce à leurs capacités uniques. Les organoïdes cérébraux, par exemple, fournissent des informations précieuses sur le développement du cerveau humain et les maladies neurologiques, ce qui les rend idéaux pour tester les médicaments et étudier les mutations génétiques. Les organoïdes intestinaux, avec leur réplication précise de l’épithélium intestinal, sont essentiels pour comprendre la biologie cellulaire, la régénération et les phénotypes de maladie liés à l’intestin. Les tumoroïdes, dérivés de tumeurs de patients, changent la donne dans la recherche sur le cancer, permettant la médecine personnalisée en permettant aux chercheurs d’analyser les biomarqueurs tumoraux et de cribler les médicaments anticancéreux les plus efficaces. Les organoïdes pulmonaires reproduisent la structure complexe et le fonctionnement des voies respiratoires, ce qui les rend parfaits pour le criblage de médicaments et la modélisation des maladies dans des conditions respiratoires.
Collectivement, ces différents types d’organoïdes ouvrent la voie à des avancées révolutionnaires dans la recherche médicale et le développement thérapeutique.
- Organoïdes cérébraux
- Tumoroïdes de cancer du sein
- Organoïdes cardiaques
- Organoïdes de cancer colorectal (CCR)
- Organoïdes intestinaux
- Organoïdes dérivés de patients (tumoroïdes)
- Organoïdes pulmonaires (poumon)
3 cas d’utilisation des organoïdes clés
Comme les organoïdes ressemblent si étroitement à leurs homologues d’organes internes, ils se sont avérés être un modèle cellulaire 3D précis pour étudier les maladies humaines, cribler les médicaments et tester les agents thérapeutiques potentiels. Ils constituent également un outil particulièrement utile pour la médecine de précision. Par exemple, les organoïdes dérivés de patients peuvent être générés à partir de personnes atteintes de maladies spécifiques et utilisés pour mieux comprendre la maladie, développer des médicaments et personnaliser les traitements personnalisés.
Modélisation de maladie
La modélisation des maladies est la pierre angulaire de la recherche biomédicale, offrant des systèmes qui imitent le comportement des maladies dans des environnements contrôlés pour découvrir leurs mécanismes sous-jacents et tester les traitements potentiels.
Alors que les modèles traditionnels comme les cultures cellulaires 2D et les animaux ont des limites, les organoïdes offrent une alternative fiable en répliquant la complexité des tissus humains. Cela les rend idéaux pour étudier des maladies telles que la maladie d’Alzheimer, l’insuffisance cardiaque et le cancer. Les organoïdes pourraient également fournir une solution plus accessible pour faire avancer la recherche sur les maladies rares, permettant potentiellement de mettre au jour le traitement des maladies 7 000 rares affectant des 400 millions de personnes dans le monde, dont seulement 500 sont activement étudiées.
Criblage de médicaments
Le criblage de médicaments à haut débit (HTS) a révolutionné les années 1990 en permettant de tester rapidement des banques de plusieurs millions de composés en utilisant des plaques multi-puits. L’approche visait à tester chaque composé d’une vaste bibliothèque pour en trouver quelques-uns actifs, mais le processus était fastidieux et a souvent échoué à produire des résultats cliniquement pertinents.
Aujourd’hui, le passage des modèles 2D aux modèles biologiques 3D avancés tels que les organoïdes, combinés à l’automatisation et à la technologie d’IA, améliore la précision et la pertinence du HTS, ce qui permet d’identifier plus rapidement les médicaments candidats les plus prometteurs.
PDO
Les organoïdes dérivés de patients (PDO), ou tumoroïdes, révolutionnent la découverte de médicaments et la recherche sur le cancer en offrant des modèles humains pertinents dérivés des tumeurs de patients individuels. Générées à partir de biopsies tumorales ou d’échantillons chirurgicaux, ces cultures 3D conservent les caractéristiques moléculaires des tumeurs d’origine et présentent des propriétés semblables à celles des cellules souches cancéreuses. Cela les rend inestimables pour comprendre les réponses aux médicaments spécifiques aux patients, analyser les biomarqueurs tumoraux et cribler les médicaments anticancéreux les plus efficaces. Dans les cancers difficiles comme le cancer du sein et le cancer colorectal, les PDO ont montré un potentiel supérieur dans les applications de médecine de précision et de découverte de médicaments à haut débit, en particulier lorsqu’ils sont soutenus par l’automatisation, l’imagerie haut contenu et l’analyse de données par IA.
Les défis posés par les organoïdes
L’adoption de la biologie 3D peut présenter des obstacles significatifs, malgré la promesse que les organoïdes offrent une plus grande prévisibilité et des données plus pertinentes d’un point de vue biologique que les modèles cellulaires 2D. Toutefois, la compréhension de ces défis est la première étape vers la recherche de solutions pour rationaliser les processus et fournir plus rapidement aux patients des traitements plus sûrs et indispensables.
Innovation radicale requise
Il est essentiel d’adopter l’innovation dans la technologie des organoïdes pour révolutionner la découverte de médicaments. En faisant progresser les protocoles, en tirant parti de l’automatisation et en intégrant la puissance de l’IA, nous pouvons améliorer la précision, réduire les coûts et accélérer les délais de découverte de médicaments.
Organoïdes prêts à l’emploi
Grâce à notre service d’organoïdes et d’expansion d’organoïdes 3D Readyκ, nous utilisons une technologie brevetée de bioréacteur et de bioprocédés pour produire des PDO fiables et de haute qualité à grande échelle. Cela inclut à la fois les organoïdes prêts à l’emploi issus de lignées sélectionnées et la possibilité d’élargir les lignées d’organoïdes propriétaires pour répondre aux besoins de recherche spécifiques, en fournissant des modèles humains pertinents de haute qualité et cohérents pour un grand nombre d’applications.
Imagerie haut contenu haut débit
Les imageurs haute performance jouent un rôle essentiel dans la recherche scientifique en fournissant les images haute résolution détaillées nécessaires pour une analyse et une découverte précises des données. Notre gamme croissante de systèmes d’imagerie haut contenu ImageXpress® offre une qualité d’image, une vitesse, une richesse des données et une précision analytique impeccables, afin que les chercheurs puissent clairement visualiser les processus biologiques complexes pour obtenir de meilleures informations.
Intelligence artificielle
Le logiciel d’analyse d’images IN Carta® est un logiciel puissant d’IA/ML qui révolutionne l’analyse d’images et l’efficacité du flux de travail pour la recherche scientifique. Intégré à notre système de culture cellulaire automatisé, il simplifie la prise de décision et améliore la précision des expériences en utilisant des images pour finalement permettre une automatisation homogène du flux de travail, une alimentation optimale de la culture cellulaire et des événements de passage en temps opportun. La capacité d’analyse transforme également les images complexes en résultats facilement interprétables, invitant les chercheurs à explorer les données, à identifier les changements phénotypiques et à découvrir de nouvelles connaissances sans effort sans avoir besoin d’une expertise approfondie en science des données.
Système automatisé de culture cellulaire
https://share.vidyard.com/watch/xgTqMVm4uWCZ4sfkPxycyE
Protocole de criblage des organoïdes
La mise en œuvre d’un flux de travail de bout en bout automatisé et efficace pour la découverte avancée de médicaments dépend de sa capacité à normaliser et rationaliser le processus de développement d’organoïdes, améliorant à la fois le débit et la précision. En intégrant des solutions matérielles et logicielles éprouvées, un flux de travail automatisé peut faciliter tout, de la pré-culture 2D des cellules à l’imagerie confocale haut contenu, en passant par l’analyse des données basée sur l’IA.
Notre solution de criblage haut débit automatisé offre des protocoles pour gérer le placage cellulaire, la surveillance des cultures, l’échange de milieux et le traitement des composés, couvrant à la fois les cultures d’organoïdes basées sur matrice et sans matrice. L’automatisation complète améliore non seulement la précision des tests d’organoïdes, mais permet également une analyse quantitative complexe du contenu cellulaire et des modifications phénotypiques, ce qui en fait un outil précieux pour le criblage des médicaments et la modélisation des maladies.
Visiter le centre d’innovation des organoïdes
Le centre va au-delà de l’imagerie pour démontrer une solution totalement intégrée qui permet de faire face aux difficultés associées à chaque étape du pipeline allant de la préparation des échantillons au rapport pour les tests réalisés sur des modèles biologiques 3D complexes. Une solution complète normalise le processus de développement des organoïdes avec la culture cellulaire, le traitement et l’incubation, en passant par l’imagerie, l’analyse et le traitement des données, ce qui permet d’obtenir des résultats cohérents, exacts et pertinents d’un point de vue biologique à grande échelle.
Est-ce que cela vous a inspiré à explorer une transition de la biologie 2D à la biologie 3D ? Pour trouver des solutions à vos problèmes d’organoïdes ? Ou pour faire évoluer le travail que vous faites déjà ?
Nos experts peuvent vous aider. Contactez-nous dès aujourd’hui pour commencer.