In vitro
Le terme in vitro, littéralement "dans le verre", désigne tout dispositif expérimental réalisé en dehors d'un organisme vivant entier : en éprouvette, en plaque de culture, en puits microplaque, dans un dispositif microfluidique ou sur un organoïde isolé. C'est le socle de la recherche préclinique en biologie, biochimie, pharmacologie et toxicologie.
Les systèmes expérimentaux in vitro couvrent un spectre très large. À l'échelle moléculaire, on trouve les essais biochimiques sans cellule (enzymologie cinétique, binding sur récepteur purifié en solution, ITC, SPR, cristallographie). À l'échelle cellulaire, les lignées immortalisées (HEK293, HeLa, CHO, COS-7 pour le screening de récepteurs recombinants), les cellules primaires (hépatocytes, myoblastes, neurones murins, cellules endothéliales), les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) différenciées en type cellulaire d'intérêt. Plus récemment, les cultures 3D (sphéroïdes, organoïdes intestinaux, hépatiques, cérébraux) et les organes sur puce (organ-on-chip, avec perfusion microfluidique) rapprochent l'in vitro de la complexité tissulaire.
Les avantages du in vitro sont nombreux : contrôle précis des conditions (concentration, température, composition du milieu, absence d'interférence métabolique systémique), reproductibilité supérieure, coûts réduits, débit élevé (criblage haut débit en plaques 384 ou 1536 puits), éthique (alternative ou réduction du recours à l'animal conformément au principe des 3R). Le screening initial de bibliothèques de peptides (phage display, mRNA display, peptide arrays) est systématiquement in vitro.
Les limites sont tout aussi importantes à connaître. L'absence de physiologie intégrée supprime les boucles de rétroaction endocrines, l'immunité adaptative, la dynamique circulatoire, la distribution tissulaire réelle, et la barrière hémato-encéphalique. Un peptide très actif en in vitro peut se révéler décevant in vivo en raison d'une mauvaise pharmacocinétique, d'une dégradation plasmatique rapide, d'une non-pénétration de la barrière cible, ou d'une métabolisation hépatique/rénale imprévue. Les modèles cellulaires peuvent aussi diverger des phénotypes primaires : surexpression artificielle de récepteurs, perte de régulation transcriptionnelle, transformations oncogéniques des lignées immortalisées qui altèrent les réponses.
Dans le pipeline de recherche peptidique, l'in vitro joue plusieurs rôles successifs : validation d'identité et pureté (HPLC, MS), évaluation de la liaison à la cible (SPR, fluorescence), tests fonctionnels cellulaires (AMPc, Ca²⁺, phosphorylation, prolifération), profilage de sélectivité hors-cible, évaluation de la stabilité métabolique (microsomes hépatiques humains, plasma humain/rongeur), étude de la perméabilité (Caco-2 pour la voie orale, MDCK-MDR1 pour la barrière hémato-encéphalique), puis ultimement études de toxicité cellulaire (cytotoxicité, hERG cardiaque, génotoxicité in vitro Ames).
Les résultats in vitro sont ensuite triangulés avec des données in vivo sur modèles animaux et, éventuellement, des données ex vivo sur tissus humains (biopsies, organoïdes patient-dérivés) pour consolider le profil préclinique avant tout essai clinique.