Découvrez les start-ups qui tentent de concevoir une machine de fertilité de bureau.
Au printemps dernier, des ingénieurs de Barcelone ont emballé le robot d’injection de sperme qu’ils avaient conçu et l’ont envoyé par DHL à New York. Ils l’ont suivi jusqu’à la clinique New Hope, où ils ont remonté l’instrument en assemblant un microscope, une aiguille mécanisée, une minuscule boîte de Petri et un ordinateur portable.
L’un des ingénieurs, qui n’avait pas d’expérience réelle en médecine de la fertilité, a ensuite utilisé une manette de PlayStation 5 de Sony pour positionner une aiguille robotisée. En observant un ovule humain à l’aide d’une caméra, l’aiguille s’est ensuite déplacée toute seule, pénétrant l’ovule et déposant un seul spermatozoïde. Au total, le robot a été utilisé pour fertiliser plus d’une douzaine d’ovules.
Selon les chercheurs, ces procédures ont permis d’obtenir des embryons sains et, aujourd’hui, deux petites filles qui, selon eux, sont les premières personnes nées après une fécondation par un « robot ».
« J’étais calme. À ce moment précis, je me suis dit : « Ce n’est qu’une expérience de plus » », raconte Eduard Alba, l’étudiant ingénieur en mécanique qui a commandé le dispositif d’injection de sperme.
La startup qui a développé le robot, Overture Life, affirme que son dispositif constitue une première étape vers l’automatisation de la fécondation in vitro, ou FIV, et qu’il pourrait rendre la procédure moins coûteuse et beaucoup plus courante qu’elle ne l’est aujourd’hui.
À l’heure actuelle, les laboratoires de FIV sont des entreprises de plusieurs millions de dollars où travaillent des embryologistes qualifiés qui gagnent plus de 125 000 dollars par an pour manipuler délicatement les spermatozoïdes et les ovules à l’aide d’aiguilles creuses ultrafines sous un microscope.
Mais certaines start-ups affirment que l’ensemble du processus pourrait être réalisé automatiquement, ou presque. Overture, par exemple, a déposé une demande de brevet décrivant une « biopuce » pour un laboratoire de FIV en miniature, avec des réservoirs cachés contenant des fluides de croissance et de minuscules canaux dans lesquels les spermatozoïdes peuvent se faufiler.
« Imaginez une boîte dans laquelle les spermatozoïdes et les ovules entrent et d’où sort un embryon cinq jours plus tard », explique Santiago Munné, généticien primé et directeur de l’innovation de la société espagnole. Il pense que si la FIV pouvait être réalisée à l’intérieur d’un instrument de bureau, les patientes n’auraient plus besoin de se rendre dans une clinique spécialisée, où une seule tentative de grossesse peut coûter 20 000 dollars aux États-Unis. Au lieu de cela, les ovules d’une patiente pourraient être introduits directement dans un système de fertilité automatisé dans le cabinet d’un gynécologue. « Cela doit être moins cher. Et si n’importe quel médecin pouvait le faire, ce serait le cas », affirme Santiago Munné.
La MIT Technology Review a recensé une demi-douzaine de start-ups ayant des objectifs similaires, avec des noms comme AutoIVF, IVF 2.0, Conceivable Life Sciences et Fertilis. Certaines sont issues de laboratoires universitaires spécialisés dans la technologie des laboratoires sur puce miniaturisés.
Jusqu’à présent, c’est Overture qui a levé le plus de fonds : environ 37 millions de dollars auprès d’investisseurs tels que Khosla Ventures et Susan Wojcicki, l’ancienne PDG de YouTube.
Plus de bébés
Selon les entrepreneurs, l’objectif principal de l’automatisation de la FIV est simple : il s’agit de faire beaucoup plus de bébés. Chaque année, environ 500 000 enfants naissent grâce à la FIV dans le monde, mais la plupart des personnes qui ont besoin d’aide pour avoir des enfants n’ont pas accès à la médecine de la fertilité ou ne peuvent pas la payer.
« Comment passer d’un demi-million de bébés par an à 30 millions », se demande David Sable, un ancien médecin spécialiste de la fertilité qui dirige aujourd’hui un fonds d’investissement. « C’est impossible si l’on gère chaque laboratoire comme une cuisine artisanale sur mesure, et c’est le défi auquel est confrontée la FIV. Cela fait 40 ans que la science est exceptionnelle et que l’ingénierie des systèmes est médiocre ».
Bien qu’il n’existe pas encore de machine de fertilité tout-en-un, l’automatisation de certaines parties du processus, comme l’injection de sperme, la congélation d’ovules ou l’élevage d’embryons, pourrait rendre la FIV moins coûteuse et, à terme, favoriser des innovations plus radicales, comme l’édition de gènes ou même l’utérus artificiel.
Mais il ne sera pas facile d’automatiser complètement la FIV. Imaginez que vous essayiez de fabriquer un dentiste robot. La conception en éprouvette implique une douzaine de procédures, et le robot d’Overture n’en réalise pour l’instant qu’une seule, et encore, partiellement.
Vidéo montrant la fécondation « robotisée » d’un ovule chez Overture Life Sciences. Une aiguille vibrante perce l’ovule et y dépose un seul spermatozoïde. OVERTURE
« Le concept est extraordinaire, mais il s’agit d’un petit pas », déclare Gianpiero Palermo, médecin spécialiste de la fertilité au Weill Cornell Medical Center, à qui l’on doit la mise au point de la procédure de fécondation connue sous le nom d’injection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI) dans les années 1990. Gianpiero Palermo note que les chercheurs d’Overture s’appuient encore sur une certaine assistance manuelle pour des tâches telles que le chargement d’un spermatozoïde dans l’aiguille de l’injecteur. « À mon avis, il ne s’agit pas encore d’une ICSI robotisée.«
D’autres médecins sont sceptiques quant à la possibilité ou à la nécessité pour les robots de remplacer les embryologistes dans un avenir proche. « On prélève un spermatozoïde, on l’introduit dans un ovule avec un minimum de traumatisme, aussi délicatement que possible », explique Zev Williams, directeur de la clinique de fertilité de l’université de Columbia. Pour l’instant, « l’homme est bien meilleur qu’une machine », ajoute-t-il.
Son centre a bien mis au point un robot, mais son objectif est plus limité : distribuer de minuscules gouttelettes de milieu de croissance pour que les embryons s’y développent. « Il n’est pas bon pour les embryons que la taille des gouttes diffère », explique Zev Williams. « Créer les mêmes gouttes encore et encore, c’est là que le robot peut briller ». Selon lui, il s’agit d’un moyen « peu risqué » d’introduire l’automatisation dans le laboratoire.
Micro berceaux
L’un des obstacles à l’automatisation de la conception est que la microfluidique – autre nom de la technologie des laboratoires sur puce – n’a pas été à la hauteur de ce qu’on attendait d’elle.
Jeremy Thompson, embryologiste basé à Adélaïde, en Australie, explique qu’il a passé sa carrière à chercher « comment améliorer la vie des embryons » pendant qu’ils grandissent en laboratoire. Mais jusqu’à récemment, dit-il, ses travaux sur les systèmes microfluidiques aboutissaient à un résultat sans ambiguïté : « Foutaises. Cela n’a pas fonctionné ». Jeremy Thompson explique que la FIV reste un processus manuel, en partie parce que personne ne veut confier un embryon – une personne potentielle – à un microdispositif où il pourrait être piégé ou endommagé par quelque chose d’aussi minuscule qu’une bulle d’air.
Un micro-berceau imprimé en 3D et développé par Fertilis est conçu pour transporter un seul ovule humain.
FERTILIS
Il y a quelques années, Jeremy Thompson a vu des images d’une tour Eiffel minuscule, d’à peine un millimètre de haut. Elle avait été fabriquée à l’aide d’un nouveau type d’impression 3D additive, dans lequel des faisceaux lumineux sont dirigés pour durcir des polymères liquides. Il a décidé qu’il s’agissait de la percée nécessaire, car elle lui permettrait de construire « une boîte ou une cage autour d’un embryon ».
Depuis lors, une startup qu’il a fondée, Fertilis, a levé quelques millions de dollars pour imprimer ce qu’elle appelle des « pods » (nacelles) ou des « micro-cradles (micro-berceaux) » transparents. L’idée est qu’une fois qu’un œuf est placé dans l’une d’entre elles, il peut être manipulé plus facilement et connecté à d’autres dispositifs, tels que des pompes pour ajouter des solutions en quantités infimes.
À l’intérieur d’une des nacelles de Fertilis, un œuf est placé dans une chambre qui n’est pas plus grande qu’une goutte de brume, mais le récipient lui-même est suffisamment grand pour être saisi avec une petite pince. Fertilis a publié des articles montrant qu’elle peut congeler les œufs à l’intérieur des berceaux et les fertiliser là aussi, en introduisant un spermatozoïde à l’aide d’une aiguille.
Un ovule humain mesure environ 0,1 millimètre de diamètre, à la limite de ce que l’œil humain peut voir sans aide. À l’heure actuelle, pour déplacer un ovule, un embryologiste doit l’aspirer dans une aiguille creuse et l’expulser ensuite. Mais JeremyThompson explique qu’une fois dans les berceaux de la société, les œufs peuvent être fécondés et se transformer en embryons, passant par les stations d’un laboratoire robotisé comme s’il s’agissait d’un tapis roulant. « Toute notre histoire consiste à minimiser le stress subi par les embryons et les ovules », explique-t-il.
Jeremy Thompson espère qu’un jour, lorsque les médecins prélèveront des ovules sur les ovaires d’une femme, ils les déposeront directement dans un micro-cradle et, de là, seront pris en charge par des robots jusqu’à ce qu’ils deviennent des embryons sains. « C’est ma vision », déclare-t-il.
Une vidéo prise au microscope montre une micro-aiguille pénétrant dans des œufs placés dans des nacelles ou berceaux imprimés en 3D. Un œuf mesure environ 0,1 mm de diamètre.
La MIT Technology Review a trouvé une entreprise, AutoIVF, issue d’un laboratoire de microfluidique du Massachusetts General Hospital et de l’université de Harvard, qui a obtenu plus de 4 millions de dollars de subventions fédérales pour développer un tel système de collecte d’ovules. Cette technologie est appelée « OvaReady ».
Le prélèvement d’ovules a lieu après que la patiente a été traitée avec des hormones de fertilité. Le médecin utilise alors une sonde sous vide pour aspirer les ovules qui ont mûri dans les ovaires. Comme ils flottent dans des débris liquides et sont enveloppés dans des tissus protecteurs, un embryologiste doit les trouver manuellement et les « dénuder » en les nettoyant délicatement avec une paille en verre.
Un cadre d’AutoIVF, Emre Ozkumur, a refusé de parler du projet – la société veut « rester sous le radar un peu plus longtemps », dit-il – mais ses documents de subvention et de brevet suggèrent qu’elle teste un dispositif capable de repérer et d’isoler les ovules, puis de les débarrasser automatiquement des tissus environnants, peut-être en les passant dans un appareil qui ressemble à une râpe à fromage microscopique.
Traqueur de spermatozoïdes
Une fois l’ovule en main, les médecins doivent l’associer à un spermatozoïde. Pour les aider à choisir le bon, Alejandro Chavez-Badiola, un médecin spécialiste de la fertilité basé au Mexique, a créé une société, IVF 2.0, qui a développé un logiciel permettant de classer et d’analyser les spermatozoïdes nageant dans un récipient. Ce logiciel s’apparente aux programmes de vision par ordinateur qui suivent les joueurs de sport lorsqu’ils courent, se heurtent et changent de direction sur un terrain.
Il s’agit d’identifier les spermatozoïdes sains en évaluant leur forme et leur capacité à nager. « La motilité, explique Alejandro Chavez-Badiola, est l’expression ultime de la santé et de la normalité des spermatozoïdes. Alors qu’une personne ne peut surveiller que quelques spermatozoïdes à la fois, un ordinateur n’est pas confronté à cette limite. « Nous, les humains, sommes capables de concentrer notre attention sur un seul point. Nous pouvons évaluer cinq ou dix spermatozoïdes, mais pas 50 », assure Alejandro Chavez-Badiola.
Sa clinique de fécondation in vitro mène une étude comparative entre les spermatozoïdes sélectionnés par l’homme et ceux sélectionnés par l’ordinateur, afin de déterminer lesquels conduisent à la naissance d’un plus grand nombre d’enfants. Jusqu’à présent, l’ordinateur détient un léger avantage.
« Nous ne prétendons pas qu’il est meilleur qu’un humain, mais nous affirmons qu’il est tout aussi bon. Et il ne se fatigue jamais. Un humain doit être bon à 8 heures du matin, après un café, après une dispute au téléphone », explique-t-il.
M. Chavez-Badiola estime que ces logiciels seront « les cerveaux qui commanderont les futurs laboratoires automatisés ». Cette année, il a vendu les droits d’utilisation de son programme de suivi des spermatozoïdes à Conceivable Life Sciences, une autre start-up spécialisée dans l’automatisation de la FIV en cours de création à New York, où M. Chavez-Badiola exercera les fonctions de chef de produit. Jacques Cohen, embryologiste réputé qui a travaillé dans la clinique britannique où est né le premier bébé issu d’une FIV en 1978, rejoint également la société.
Un système informatique mis au point par IVF 2.0 suit et classe les spermatozoïdes pendant qu’ils nagent, à l’aide d’un logiciel de reconnaissance d’images.
CONCEIVABLE
Conceivable prévoit de créer une station de travail robotisée « autonome » capable de fertiliser les ovules et de cultiver les embryons, et espère démontrer toutes les étapes clés cette année. Toutefois, Mme Cohen admet que l’automatisation pourrait prendre un certain temps avant de devenir une réalité. « Cela se fera étape par étape », explique-t-il. « Même les choses qui semblent évidentes mettent 10 ans à s’imposer, et 20 ans à devenir une routine.
Les investisseurs à l’origine de Conceivable pensent qu’ils peuvent gagner de l’argent en élargissant l’utilisation de la FIV. Il est presque certain que le secteur de la FIV pourrait être multiplié par cinq ou dix par rapport à sa taille actuelle. Aux États-Unis, moins de 2 % des enfants naissent de cette manière, mais au Danemark, où la procédure est gratuite et encouragée, ce chiffre avoisine les 10 %.
« C’est là que se situe la véritable demande », déclare Alan Murray, un entrepreneur ayant une expérience dans le domaine des logiciels et des espaces de travail en commun, qui a fondé Conceivable avec son partenaire commercial, Joshua Abram. « Le problème, c’est que ces merveilleux pays riches et excentriques peuvent le faire, mais pas le reste du monde. Pourtant, ils ont démontré le véritable besoin humain », explique-t-il. « Ce qu’ils ont fait avec de l’argent, nous devons le faire avec la technologie.
M. Murray estime que le coût moyen d’un bébé issu d’une FIV aux États-Unis s’élève à 83 000 dollars, si l’on tient compte des échecs, qui sont fréquents. Il explique que l’objectif de son entreprise est de réduire le coût de 70 %, ce qui, selon lui, est possible si les taux de réussite augmentent.
Mais il n’est pas certain que les robots réduiront le coût de la FIV ou que les économies réalisées seront répercutées sur les patients. Rita Vassena, conseillère auprès de Conceivable et directrice scientifique de Fecundis, une société spécialisée dans les sciences de la fertilité, explique que l’introduction d’innovations dans ce domaine s’est toujours faite sans que les taux de grossesse n’augmentent sensiblement. « La tendance est à l’accumulation de tests et de technologies (…) plutôt qu’à un véritable effort pour abaisser les barrières d’accès », dit-elle.
Les mondes du futur
À l’automne dernier, les chercheurs d’Overture et les médecins de New Hope ont publié une description de leur travail avec le robot, affirmant que deux patientes étaient tombées enceintes. Ces deux enfants sont maintenant nés, explique Jenny Lu, coordinatrice des dons d’ovules à New Hope. MIT Technology Review a pu s’entretenir avec le père de l’un des enfants.
« C’est fou, n’est-ce pas ? », a déclaré le père, qui a demandé à rester anonyme. « Ils ont dit que jusqu’à présent, cela avait toujours été fait manuellement.
Il a précisé que sa compagne et lui avaient déjà essayé la FIV à plusieurs reprises, sans succès. Dans les deux cas d’injection robotisée, il s’agissait d’ovules de donneuses, qui ont été fournis gratuitement aux patients (ils peuvent coûter 15 000 dollars dans le cas contraire). Dans chaque cas, après avoir été fécondés et transformés en embryons, ils ont été implantés dans l’utérus de la patiente.
Les ovules de donneurs sont le plus souvent utilisés lorsqu’une patiente est plus âgée, dans la quarantaine, et qu’elle ne peut pas tomber enceinte autrement.
Étant donné que l’automatisation ne résoudra pas directement le problème du vieillissement des ovules, un laboratoire de FIV en boîte ne résoudra pas cette raison insoluble pour laquelle les traitements de fertilité échouent. Toutefois, l’automatisation pourrait permettre aux médecins de commencer à mesurer précisément ce qu’ils font, ce qui leur permettrait d’affiner leurs procédures. Une augmentation, même minime, des taux de réussite pourrait se traduire par des dizaines de milliers de bébés supplémentaires chaque année.
Kathleen Miller, scientifique en chef d’Innovation Fertility, une chaîne de cliniques du sud des États-Unis, explique que ses centres utilisent désormais des systèmes de vision par ordinateur pour étudier des vidéos en accéléré d’embryons en croissance et essayer de voir si des données expliquent pourquoi certains deviennent des bébés et d’autres non. « Nous intégrons ces données dans des modèles, et la question est de savoir ce que je ne sais pas », explique-t-elle.
« Nous allons assister à une évolution du rôle de l’embryologiste », prédit Mme Miller. « Pour l’instant, ce sont des techniciens, mais ils deviendront des scientifiques de l’information.
Pour certains partisans de l’automatisation de la FIV, un avenir encore plus sauvage les attend. En confiant la conception à des machines, l’automatisation pourrait accélérer l’introduction de techniques encore controversées telles que l’édition du génome ou les méthodes avancées de création d’ovules à partir de cellules souches.
Bien que M. Munné affirme qu’Overture Life n’a pas l’intention de modifier le patrimoine génétique des enfants, il estime qu’il serait facile d’utiliser le robot injecteur de sperme à cette fin, puisqu’il pourrait introduire des quantités précises de produits chimiques d’édition du génome dans un ovule. « Cela devrait être très facile à ajouter à la machine », ajoute-t-il.
Une technologie encore plus spéculative se profile à l’horizon. Les machines de fertilité pourraient progressivement se transformer en utérus artificiels, avec des enfants en gestation dans des centres scientifiques jusqu’à leur naissance. « Je suis persuadé que nous allons y arriver », affirme M. Thompson. « Il existe des preuves crédibles que ce que nous pensions impossible ne l’est pas tant que cela.
D’autres imaginent que des robots pourraient un jour être envoyés dans l’espace, chargés d’ovules et de sperme maintenus dans un état de stase vitreuse. Après un voyage de mille ans sur une planète lointaine, ces machines pourraient démarrer et créer une nouvelle société humaine.
Tout cela s’inscrit dans l’objectif de créer davantage d’êtres humains, et pas seulement sur Terre. « Certains pensent que l’humanité devrait être une espèce interplanétaire, et que la durée de vie humaine ne suffira pas pour atteindre ces mondes », explique M. Chavez-Badiola. « Une partie du travail d’un scientifique consiste à continuer à rêver.
https://www.massgeneral.org/surgery/cems/research-thrusts/biomems-and-nanoscale-engineering
