Microfluidique comme un nouvel outil pour les essais biologiques et toxicologiques dans les processus de découverte de médicaments : focus sur l'électrophorèse sur microchip

Les dernières décennies de recherche biologique, toxicologique et pharmacologique ont profondément changé la manière dont les chercheurs sélectionnent le modèle 'pré-clinique' le plus approprié. L'absence de modèles animaux pertinents pour de nombreuses maladies humaines, ainsi que la mauvaise précision des pronostics provenant des modèles pré-cliniques 'conventionnels', sont parmi les principales raisons des échecs observés dans les essais cliniques. Cette réalité a poussé plusieurs groupes de recherche à passer plus souvent d'une approche classique de modélisation cellulaire ou animale à une vision alternative et plus large qui inclut l'implication des technologies basées sur la microfluidique. L'utilisation de dispositifs microfluidiques offre plusieurs avantages, y compris des temps d'analyse rapides, une haute sensibilité et une reproductibilité, la capacité de quantifier plusieurs espèces chimiques et la simulation de la réponse cellulaire mimant le milieu in vivo humain le plus proche. Par conséquent, ils représentent un moyen utile d'étudier les interactions médicament-organe et la sécurité et toxicité associées, ainsi que de modéliser le développement des organes et diverses pathologies 'dans une assiette'. La présente revue traitera de l'applicabilité des technologies basées sur la microfluidique dans différents systèmes (2D et 3D). Nous concentrerons notre attention sur les applications de l'électrophorèse sur microchip (EM) aux études biologiques et toxicologiques ainsi qu'aux processus de découverte et de développement de médicaments. Celles-ci incluent le profilage de l'expression génique à haut débit à cellule unique, la détermination simultanée des antioxydants et des espèces réactives de l'oxygène et de l'azote, l'analyse de l'ADN et la détermination sensible des neurotransmetteurs dans les fluides biologiques. Nous discuterons de nouvelles données obtenues par EM couplée à la fluorescence induite par laser (EM-FIL) et à la détection électrochimique (EM-EC) concernant la production et la dégradation de l'oxyde nitrique, une molécule de signalisation fondamentale régulant pratiquement toutes les fonctions cellulaires critiques. Enfin, l'intégration de la microfluidique avec des technologies innovantes récentes – telles que les organoïdes, l'organe sur puce et l'impression 3D – pour la conception de nouveaux dispositifs expérimentaux in vitro sera présentée avec une attention particulière aux applications de développement de médicaments. Cette revue 'composite' souligne l'impact potentiel des systèmes microfluidiques 2D et 3D comme un outil rapide, peu coûteux et hautement sensible pour le dépistage de médicaments à haut débit et les études toxicologiques précliniques.