Fin de la souffrace animale ?

Mercredi 10 juin 2009

Le génie tissulaire viendra remplacer l'utilisation d'animaux de laboratoire en recherche biomédicale ?

Les 1er et 2 avril 2009 s'est tenue à Londres une conférence internationale intitulée "Tissue engineering: a new dimension to animal replacement". Organisée par le NC3Rs (National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of animals in Research) et le Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC, conseil de recherche pour les biotechnologies et les sciences biologiques), cette conférence visait à rassembler des chercheurs travaillant dans cette discipline en plein essor. Elle a ainsi permis d'évaluer les avancées scientifiques ayant pour but de réduire le nombre d'animaux utilisés dans les laboratoires à des fins de recherche biomédicale.

La culture in vitro de cellules de mammifères permet aux chercheurs d'étudier leur activité, de modéliser et d'évaluer leurs orientations biologiques, de tester de nouvelles molécules et ainsi de faire avancer le développement de nouvelles approches thérapeutiques. Bien entendu, les conditions environnementales, qui jouent un rôle crucial sur la structure, la physiologie et le comportement cellulaire, sont largement différentes in vitro ou in vivo. Le plus grand défi de l'ingénierie tissulaire est donc de mimer ou recréer in vitro les modèles qui puissent être représentatifs de la situation existant in vivo.

Au total, près de 150 délégués se sont retrouvés, représentant 59 institutions britanniques. Le compte-rendu de ces deux journées de conférences, où se sont succédés 22 orateurs, présentera un état des lieux de l'ingénierie tissulaire : sa capacité à modéliser les pathologies humaines accompagnée d'exemples d'applications déjà existantes, ses applications commerciales, l'utilisation des cellules souches en augmentation, et finalement les défis auxquels elle doit encore faire face aujourd'hui pour remplir les promesses qui ont été placées en cette nouvelle technologie.

1. Modélisation de pathologies

1.1 L'animal de laboratoire : un modèle mal adapté aux pathologies humaines

La création du Centre NC3Rs était importante non seulement parce qu'il existe un fort lobby pour la protection des animaux au Royaume-Uni, mais aussi parce que les modèles animaux utilisés sont trop souvent peu ou mal appropriés aux pathologies humaines étudiées. Il est donc toujours plus pressant de développer et d'optimiser des modèles alternatifs qui soient plus adaptés que les modèles animaux existants. Parmi de nombreux exemples, notons celui de l'utilisation de chevaux et/ou de chiens pour l'étude de la dégénérescence des cartilages du genou : ces animaux, quadrupèdes, ne peuvent reproduire les forces exercées sur le genou qui existent chez l'Homme...

1.2 Le génie tissulaire : vers le développement de nouveaux modèles plus adaptés?

L'alternative actuelle provient du génie tissulaire, une discipline à l'interface entre les sciences de l'ingénieur et les sciences biologiques qui présente un double objectif : d'une part, celui d'obtenir des cultures cellulaires en 3D, qui sont de meilleurs modèles in vitro que leurs équivalents en 2D (monocouches) encore utilisés dans la majorité des cas, et, d'autre part, celui de maintenir, réparer ou reconstruire des tissus ou organes, en particulier lorsque des cellules souches sont utilisées comme matériel de départ. Les cultures cellulaires en 3D pourraient être de bons modèles tissulaires, utilisés par exemple à des fins pharmacologiques ou toxicologiques pour tester de nouveaux agents thérapeutiques. Dans l'exemple ci-dessus de la dégénérescence du cartilage du genou, un tel système in vitro ne reproduit bien entendu pas les forces physiques exercées sur le genou, mais il présente l'avantage d'expérimenter directement sur du tissu humain. A l'heure actuelle, il existe plusieurs modèles viables à petite échelle mais qui doivent toutefois être améliorés, démontrer leur fiabilité et devenir bon marché pour entrer dans les laboratoires de recherche.

Ces nouvelles techniques et ces nouveaux produits présentent de nombreux intérêts. D'une part ils viennent minimiser les inconvénients présentés par les cultures cellulaires en monocouche, qui n'acquièrent jamais le phénotype ou le comportement des mêmes cellules in vivo. D'autre part ils permettent de réduire, raffiner et remplacer le nombre d'animaux utilisés à des fins de recherche. Le génie tissulaire est donc un domaine prioritaire et, à ce titre, a reçu près de 50% des grants distribuées en 2008 par le NC3Rs.

1.3 Quelques exemples d'applications existantes

- Modélisation des atteintes de moelle épinière conduisant à des paralysies à l'aide de cultures mixtes de neurones du système nerveux central (SNC, glie et axones) ayant développé des couches de myéline, et capables de mimer le tissu intact in vivo. Ces cultures seront utilisées pour tester des agents thérapeutiques visant à réparer la moelle épinière en favorisant l'élongation des axones dans la zone endommagée.

- Les problèmes d'arthrose sont causés principalement par la perte et la dégénérescence du cartilage articulaire, pour lesquelles la meilleure thérapie est une greffe autologue (du patient lui-même) de chondrocytes, ces cellules formant le cartilage. Les scientifiques s'attèlent donc à créer des cultures en 3D, à l'aide de cellules provenant des abattoirs voisins de leur laboratoire.

- Les infections généralisées, ou septicémies, ont toujours un mauvais pronostic de rétablissement avec près de 45% des patients qui décèdent à l'hôpital (chiffres NHS, 2004). Un nouveau système 3D de tubules rénaux permet aujourd'hui d'étudier le tissu rénal et les dommages occasionnés en réponse à un épisode de septicémie. Ce système repose sur une matrice contenant du collagène et les cellules en croissance développent et s'arrangent en kystes creux et tubules, mimant les fonctionnalités observées in vivo.

- Pour les plaies chroniques touchant 15 à 20% des patients diabétiques (plaies qui peuvent rester à vif durant plusieurs années), qui ne peuvent être reproduites chez un modèle animal, une approche par ingénierie tissulaire offrirait la possibilité de développer un système à haut débit pour comprendre les mécanismes défaillants. De tels systèmes n'ont pas encore été développés mais les systèmes de cultures en 2D sont aujourd'hui relativement avancés et faciliteront leur développement : il a notamment été découvert que les fibroblastes provenant de plaies chroniques ne présentent pas le même phénotype que des fibroblastes normaux, et que leur capacité à migrer est très diminuée.

- Afin de pouvoir remplacer la muqueuse buccale de patients atteints de cancers de la tête et du cou, des scientifiques ont mis au point un modèle de culture tissulaire en 3D contenant de l'épithélium oral stratifié, qui repose sur une matrice de tissu conjonctif, elle-même faite de fibroblastes buccaux. Ce modèle est utilisé pour tester la réponse de la muqueuse à des attaques variées (infections, tabac, matériel dentaire, etc.) ou à l'introduction de cellules cancéreuses malignes. Ces expériences ont permis notamment de répliquer des tumeurs solides de la tête et du cou et d'étudier de tels cancers à toutes les étapes de leur développement.

- Le tassement des disques intervertébraux conduit à des douleurs dorsales importantes, et aucune approche thérapeutique n'est entièrement satisfaisante à l'heure actuelle. Des scientifiques tentent de recréer, par génie tissulaire, ces disques intervertébraux pour d'une part restaurer la hauteur de disques nécessaire au soutien de la colonne vertébrale et d'autre part tester de nouveaux agents thérapeutiques.

- Des études sont en cours pour développer un modèle humain de barrière hémato-encéphalique pour améliorer les connaissances et la compréhension de la migration des cellules cancéreuses passant dans le cerveau.

- Etude du SNC : plusieurs compagnies de Biotech. utilisent des cultures de tranches de cerveau organotypique (cultures n'ayant pas besoin de support solide). Si les résultats obtenus sont satisfaisants à petite échelle, le débit de ces systèmes est encore restreint et devra être très largement amélioré pour qu'ils soient adoptés comme un outil incontournable dans l'étude du cerveau et le développement à grande échelle de nouveaux médicaments du SNC.

- Régénération du foie : bien que le foie soit l'organe présentant la plus grande capacité de régénération, il a été impossible jusqu'alors de reproduire cette caractéristique in vitro, car elle est régulée par des voies de signalisation impliquant non seulement des hépatocytes mais également des cellules endothéliales et de nombreux facteurs solubles transportés par la circulation sanguine. Un système test en 3D et vascularisé a donc été créé : dans les vaisseaux circule le milieu de culture dont la pression, le flux et la pulsation sont régulés par modélisation informatique pour simuler la circulation sanguine. Ce système a démontré la capacité du tissu in vitro à fonctionner comme le foie pour un certain nombre de caractéristiques et peut donc être utilisé pour tester la pharmacologie et la toxicologie de nouvelles molécules, à petite échelle.

En raison de l'entrée en vigueur de la directive européenne sur les cosmétiques en 2013 qui interdira les tests répétés sur animaux à des fins de recherche en cosmétique, des laboratoires travaillent au développement in vitro de tissus en 3D qui seront utilisés pour les tests toxicologiques. Certains systèmes sont d'ores et déjà satisfaisants et miment correctement les réponses biologiques observées dans le poumon chez l'Homme.

L'utilisation des microplaques de cultures en 2D est largement acceptée par la communauté scientifique et pharmaceutique. Seuls des progrès considérables en termes de développement de nouveaux systèmes plus appropriés viendront supplanter les cultures en 2D qui offrent une faible valeur prédictive dans les expériences de pharmacologie, de toxicologie et de développement. Des sociétés de Biotech. travaillent au développement de bioréacteurs à plusieurs compartiments qui permettront le transfert direct des protocoles depuis les microplaques, sans nécessiter de modification des conditions de cultures.

Par roselyne - Publié dans : science et nature
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