Une collaboration dirigée par l’Institut Wyss couvrant quatre laboratoires de recherche et des centaines de kilomètres a utilisé la technologie d’organe sur puce (Organ Chip) de l’Institut pour identifier l’amodiaquine, un médicament antipaludique puissant, un inhibiteur puissant de l’infection par le SRAS-CoV-2, le virus qui trigger COVID-19.



L’écosystème de dépistage de drogues basé sur les puces d’organes, établi par la collaboration, rationalise considérablement le processus d’évaluation de l’innocuité et de l’efficacité des médicaments existants pour de nouvelles applications médicales, et fournit une preuve de concept pour l’utilisation des puces d’organes pour réutiliser rapidement les médicaments existants pour nouvelles applications médicales, y compris les futures pandémies. La recherche est rapportée dans Mother nature Biomedical Engineering.

Alors que de nombreux groupes à travers le monde ont testé l’efficacité des médicaments existants contre le COVID-19 en utilisant des cellules cultivées, il est bien connu que les cellules cultivées dans un plat ne se comportent pas comme les cellules d’un corps humain vivant, et de nombreux médicaments qui semblent efficaces dans les études de laboratoire ne fonctionnent pas chez les individuals. L’équipe de Wyss a examiné huit médicaments existants, y compris l’hydroxychloroquine et la chloroquine, qu’ils et d’autres avaient trouvé actifs contre le SRAS-CoV-2 dans des tests de tradition cellulaire conventionnels.



Lorsqu’ils ont été testés sur leur puce microfluidique plus sophistiquée des voies respiratoires pulmonaires, qui avait été infectée par un virus pseudotypé du SRAS-CoV-2, ils ont constaté que la plupart de ces médicaments, y compris l’hydroxychloroquine et la chloroquine, n’étaient pas efficaces. Cependant, un autre médicament antipaludique, l’amodiaquine, s’est avéré très efficace pour empêcher l’entrée virale. Ces résultats ont ensuite été validés dans des cellules cultivées et dans un petit modèle animal de COVID-19 à l’aide du virus SARS-CoV-2 infectieux. L’amodiaquine fait actuellement l’objet d’essais cliniques sur le COVID-19 sur plusieurs web sites en Afrique, où ce médicament est peu coûteux et largement disponible.

« La vitesse à laquelle cette équipe s’est réunie, a basculé vers COVID-19 et a produit des résultats cliniquement significatifs est étonnante », a déclaré Don Ingber, M.D. Ph.D. auteur principal et directeur fondateur du Wyss Institute. « Nous avons commencé à tester ces composés en février 2020, disposions de données en mars et avons publié une pré-impact en avril. Grâce à l’ouverture et à la collaboration que la pandémie a suscitées au sein de la communauté scientifique, notre médicament phare est actuellement testé chez l’homme. un puissant témoignage de la capacité des Organ Chips à accélérer les assessments précliniques.  »

De la maladie mystérieuse au composé principal en quelques mois

Au cours des premiers mois de la pandémie de COVID-19, alors que l’on en savait peu sur le nouveau virus SRAS-CoV-2, des efforts ont été déployés dans le monde entier pour identifier les médicaments existants qui pourraient être réutilisés pour traiter les clients qui tombaient malades. Alors que les premières données effectuées sur des cellules cultivées dans des plats de laboratoire semblaient suggérer que les médicaments antipaludiques chloroquine et hydroxychloroquine pouvaient traiter la maladie, des études ultérieures ont montré qu’ils ne sont pas actifs contre le SRAS-CoV-2 chez les animaux ou les individuals, et la recherche d’un Une thérapeutique orale efficace qui peut à la fois traiter et prévenir le COVID-19 se poursuit.

Heureusement, l’Institut Wyss avait une option toute faite à ce problème. Dans un mouvement qui semble aujourd’hui prémonitoire, il y a furthermore de trois ans, la Defense Sophisticated Investigate Initiatives Agency (DARPA) et les National Institutes of Overall health (NIH) ont accordé un financement à l’équipe d’Ingber pour explorer si sa technologie de lifestyle microfluidique à puce d’organe humaine, qui imite fidèlement la fonction d’organes humains in vitro, pourraient être utilisés pour faire facial area aux défis potentiels de la biothérapie, y compris les virus respiratoires pandémiques.

Deux ans après le début du projet, l’équipe progressait régulièrement en utilisant sa puce pulmonaire pour les voies respiratoires pour étudier des médicaments qui pourraient être réutilisés pour traiter les bacterial infections par le virus de la grippe. Puis, en janvier 2020, les premiers auteurs Longlong Si, Ph.D. et Haiqing Bai, Ph.D. entendu parler de cas de ce qu’on appelait une nouvelle pneumonie virale en Chine.

« Cela a retenu beaucoup l’attention des scientifiques, car or truck tout nouveau virus pourrait devenir une menace mondiale étant donné la facilité avec laquelle les bacterial infections se propagent à l’ère actuelle des voyages internationaux généralisés. Nous avons suivi de près les mises à jour parce que nous pensions que notre modèle de puce pour voies aériennes pourrait fournir un outil significant. pour avoir étudié ce virus « , a déclaré Si, un membre du Wyss Technology Progress Fellow et co-auteur principal. Une fois qu’il est devenu clair que les gens tombaient malades à result in du mystérieux COVID-19 et non de la pneumonie, l’équipe s’est rapidement concentrée sur le nouveau virus SRAS-CoV-2.

La puce des voies respiratoires humaines que l’équipe Wyss a développée pour ces études est un dispositif microfluidique de la taille d’une clé USB qui contient deux canaux parallèles séparés par une membrane poreuse. Les cellules des voies respiratoires pulmonaires humaines sont cultivées dans un canal qui est perfusé avec de l’air, tandis que les cellules de vaisseaux sanguins humains sont cultivées dans l’autre canal, qui est perfusé avec un milieu de tradition liquide pour imiter le flux sanguin. Les cellules cultivées dans cet appareil se différencient naturellement en plusieurs sorts de cellules spécifiques des voies respiratoires dans des proportions similaires à celles des voies respiratoires humaines, et développent des traits observés dans les poumons vivants tels que les cils et la capacité de produire et de déplacer du mucus. Les cellules de la puce des voies respiratoires ont également des niveaux moreover élevés de protéine réceptrice de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), qui joue un rôle central dans la physiologie pulmonaire et est utilisée par le SRAS-CoV-2 pour infecter les cellules.

« Notre as well as grand défi en nous concentrant sur le SRAS-CoV-2 était que nous ne disposions pas d’installations de laboratoire dotées de l’infrastructure nécessaire pour étudier en toute sécurité les agents pathogènes dangereux. Pour contourner ce problème, nous avons conçu un pseudovirus du SRAS-CoV-2 qui exprime la protéine de pointe du SRAS-CoV-2, afin que nous puissions identifier les médicaments qui interfèrent avec la capacité de la protéine de pointe à se lier aux récepteurs ACE2 des cellules pulmonaires humaines « , a déclaré Bai, boursier postdoctoral à l’Institut Wyss et co-auteur principal. « Un objectif secondaire était de démontrer que ces varieties d’études pouvaient être menées par d’autres chercheurs sur les puces d’organes qui possèdent également cette technologie, mais qui n’ont pas accès aux installations de laboratoire nécessaires pour étudier les virus hautement infectieux. »

Armée du pseudovirus qui leur a permis d’étudier l’infection par le SRAS-CoV-2, l’équipe a d’abord perfusé le canal vasculaire des Airway Chips avec plusieurs médicaments approuvés, notamment l’amodiaquine, le torémifène, le clomifène, la chloroquine, l’hydroxychloroquine, l’arbidol, le vérapamil et l’amiodarone, qui ont tous montré une activité contre d’autres virus apparentés dans des études antérieures. Cependant, contrairement aux études de lifestyle statique, ils ont pu perfuser le médicament à travers les canaux de la puce en utilisant une dose cliniquement pertinente pour imiter la façon dont le médicament serait distribué aux tissus de notre corps. Après 24 heures, ils ont introduit le pseudovirus SRAS-CoV-2 dans le canal aérien des puces des voies respiratoires pour imiter l’infection par des virus en suspension dans l’air, comme cela lors d’une toux ou d’un éternuement.

Seulement trois de ces médicaments ? amodiaquine, torémifène et clomifène ? empêché de manière significative l’entrée virale sans produire de dommages cellulaires dans les puces des voies respiratoires. Le médicament le moreover puissant, l’amodiaquine, a réduit l’infection d’environ 60%. L’équipe a également effectué des mesures de spectrométrie avec l’aide de Steve Gygi, groupe de doctorat à la Harvard Healthcare School pour évaluer l’impact des médicaments sur les cellules des voies respiratoires. Ces études ont révélé que l’amodiaquine produisait des changements protéiques distincts et plus larges que les autres médicaments antipaludiques.

Les chercheurs avaient un candidat-médicament principal.

Tout le monde sur le pont

Malgré la promesse de l’amodiaquine, l’équipe devait encore démontrer qu’elle fonctionnait contre le vrai virus infectieux du SRAS-CoV-2. Avec l’aide d’une nouvelle subvention de la DARPA axée sur le COVID-19, Ingber a fait équipe avec Matthew Frieman, Ph.D. à l’École de médecine de l’Université du Maryland et Benjamin tenOever, Ph.D. à l’école de médecine Icahn du mont Sinaï, qui avaient tous deux déjà mis en put des laboratoires de biosécurité pour étudier les brokers pathogènes infectieux.

Cette collaboration a créé un écosystème de découverte de médicaments qui combine la capacité d’émulation humaine des puces d’organes du Wyss Institute à l’expertise de Frieman et de tenOever dans les interactions entre les virus et leurs cellules hôtes. Le laboratoire Frieman a testé l’amodiaquine et son métabolite actif, la déséthylamodiaquine, contre le SRAS-CoV-2 natif by means of des dosages à haut débit dans des cellules in vitro, et a confirmé que le médicament inhibait l’infection virale.

En parallèle, le laboratoire tenOever a testé l’amodiaquine et l’hydroxychloroquine contre le SRAS-CoV-2 natif dans une comparaison directe dans un modèle COVID-19 pour petits animaux, et a constaté que le traitement prophylactique à l’amodiaquine entraînait une réduction d’environ 70% de la demand virale. lors de l’exposition, tandis que l’hydroxychloroquine était inefficace. Ils ont également constaté que l’amodiaquine empêchait la transmission du virus d’un animal malade à un animal sain plus de 90% du temps et qu’elle était également efficace pour réduire la demand virale lorsqu’elle était administrée après l’introduction du virus. Ainsi, leurs résultats suggèrent que l’amodiaquine pourrait fonctionner à la fois dans les modes de traitement et de prévention.

« Voir à quel level l’amodiaquine inhibait magnifiquement l’infection dans la puce des voies respiratoires était extrêmement excitant », a déclaré Frieman. « Et, le fait qu’il semble fonctionner à la fois avant et après l’exposition au SRAS-CoV-2 signifie qu’il pourrait potentiellement être efficace dans une grande variété de contextes. »

« Cette collaboration nous a permis de faire des choses que nous n’aurions jamais eu les ressources nécessaires pour faire autrement, y compris l’installation récente de puces d’organes dans notre propre laboratoire afin que nous puissions maintenant les utiliser pour étudier les interactions entre les virus infectieux et leurs hôtes. nous sommes fiers de ce que nous avons accompli jusqu’à présent pour COVID-19, nous sommes également impatients d’étudier d’autres dynamiques virus-hôte à l’aide des puces d’organes dans l’espoir que nous serons en mesure de prévenir ou de lutter contre de futures pandémies, « a déclaré tenOever, qui est professeur de microbiologie.

Une pré-effect des résultats de l’amodiaquine a été publiée en ligne le 15 avril 2020, ce qui a généré du buzz dans la communauté scientifique. Il a finalement attiré l’attention de Medications for Malaria Undertaking, un partenariat de développement de produits de leading plan dans la recherche sur les médicaments antipaludiques. Ces résultats, ainsi que des études de plusieurs autres groupes, ont contribué à l’inclusion de l’amodiaquine dans un essai clinique en collaboration avec l’Université de Witwatersrand en Afrique du Sud et Shin Poong Pharmaceutical en Corée du Sud l’automne dernier. Quelques mois in addition tard, l’Initiative Médicaments contre les Maladies Négligées (DNDi) a ajouté l’amodiaquine à l’essai clinique ANTICOV pour COVID-19, qui s’étend sur 19 internet sites dans furthermore de 13 pays différents en Afrique. L’amodiaquine est orale, extrêmement peu coûteuse et largement disponible en Afrique. S’il s’avère efficace dans ces essais cliniques, il pourrait fournir une arme indispensable contre le COVID-19 dans les pays à faibles ressources où l’accès aux vaccins et aux nouvelles thérapies coûteuses est limité.

Se préparer à la prochaine pandémie

Bien que l’identification de l’amodiaquine soit une aubaine majeure dans la lutte contre le COVID-19, l’équipe a déjà des vues sur de futures pandémies. En as well as du SRAS-CoV-2, leur publication récente détaille leur succès dans la recherche de médicaments qui pourraient protéger contre ou traiter plusieurs souches de virus de la grippe.

« Grâce à notre expérience dans l’utilisation de ce pipeline de développement de médicaments pour valider l’amodiaquine pour COVID-19, nous appliquons maintenant ce que nous avons appris à la grippe et à d’autres pathogènes à l’origine d’une pandémie », a déclaré le co-auteur Ken Carlson, Ph.D. Senior Senior Scientifique du staff qui aide à diriger l’équipe du projet thérapeutique sur le coronavirus à l’Institut Wyss. « Ce processus nous a donné l’assurance que les puces d’organes sont prédictives de ce que nous voyons dans des modèles vivants furthermore complexes d’infections virales, et ont aidé à exploiter le chaudron créatif de l’Institut Wyss pour consolider et renforcer notre moteur de découverte thérapeutique.

En in addition de la grippe, l’équipe examine maintenant des médicaments qui pourraient être utilisés contre les nouvelles souches mutantes du SRAS-CoV-2, pour supprimer la dangereuse « tempête de cytokines » qui conduit à de nombreuses hospitalisations et pour soulager les symptômes du COVID-19  » longs transporteurs.  »

« La pandémie a vraiment gélifié le programme de développement de bioinspired Therapeutics de l’Institut Wyss, et la liaison avec les laboratoires Frieman et tenOever a créé un pipeline de découverte et de développement de médicaments qui accélère considérablement l’ensemble du processus, guidant rapidement les médicaments COVID-19 à travers le développement préclinique. où ils peuvent être testés chez l’homme. Avec la technologie des puces d’organes en key, nous sommes désormais mieux placés pour faire facial area aux futures pandémies « , a déclaré Ingber, également professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Clinical School et au Boston Kid’s Hospital. et professeur de bioingénierie à la Harvard John A. Paulson University of Engineering and Applied Sciences.

Les autres auteurs de l’article comprennent Melissa Rodas, Wuji Cao, Crystal Oh, Mercy Soong, Atiq Nurani, Seong Min Kim, Danni Zhu, Girija Goyal, Rani Powers et Roberto Plebiani de l’Institut Wyss les anciens membres de l’Institut Wyss Rachelle Prantil-Baun, Kambez Benam et Sarah Gilpin Amanda Jiang de l’hôpital pour enfants de Boston et de la Harvard Health care School Rasmus Moller, Daisy Hoagland, Kohei Oishi, Shu Horiuchi, Skyler Uhl, Daniel Blanco-Melo, Tristan Jordan, Benjamin Nilsson-Payant, Ilona Golynker et Justin Frere de l’école de médecine Icahn du mont Sinaï James Logue, Robert Haupt, Marisa McGrath et Stuart Weston de la faculté de médecine de l’Université du Maryland Tian Zhang et Steve Gygi de la Harvard Health-related University

Cette recherche a été soutenue par le NIH (NCATS 1-UG3-HL-141797-01 et NCATS 1-UH3-HL-141797-01), DARPA (W911NF-12-2-0036 et W911NF-16-C-0050), la Fondation Monthly bill et Melinda Gates, la Fondation Marc Haas et le Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université Harvard.