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Ceux qui défendent l’utilisation des animaux dans la recherche soutiennent que les animaux non humains sont suffisamment semblables aux humains pour en faire des modèles scientifiquement adéquats, mais suffisamment différents pour qu’il soit moralement acceptable de faire des expériences sur eux. Outre les objections éthiques à l’idée de faire souffrir d’autres espèces sensibles, les problèmes inhérents aux modèles animaux – y compris les différences par rapport aux humains en termes de taille et de physiologie, les différences génétiques et les variations des cibles biologiques – limitent la capacité des données recueillies à partir d’un modèle animal à être transposées à l’homme.
En outre, lorsque des animaux sont utilisés dans des études sur les maladies humaines, la manière artificielle dont la maladie est induite chez l’animal est très éloignée de la manière dont les maladies se produisent naturellement chez l’homme, ce qui limite la valeur de ces études. La validité, l’utilité, les dépenses et l’éthique des expériences scientifiques qui reposent sur des modèles animaux sont de plus en plus remises en question – non seulement par les défenseurs des animaux, mais aussi par les membres de la communauté scientifique – c’est pourquoi il est essentiel que les chercheurs développent et utilisent des modèles qui reflètent mieux la biologie humaine et nous donnent la meilleure chance possible d’améliorer la santé et le bien-être des humains.
La section suivante décrit les alternatives traditionnelles et de pointe qui sont prometteuses pour réduire, affiner et finalement remplacer l’utilisation des animaux dans la science.
Culture cellulaire in vitro
La culture cellulaire fait référence à la croissance de cellules prélevées sur un animal ou une plante dans un environnement artificiel approprié contenant des composants essentiels tels que des nutriments, des facteurs de croissance et des gaz. La culture cellulaire peut être utilisée pour des études sur le fonctionnement normal des cellules, pour le dépistage et le développement de médicaments, et pour la production de composés biologiques tels que les protéines thérapeutiques. Les cellules en culture sont plus faciles à manipuler au niveau moléculaire, plus rapides, moins chères et plus reproductibles que les modèles animaux. Fait important, les cellules humaines peuvent être étudiées in vitro et offrent la possibilité de réduire l’utilisation d’animaux dans plusieurs domaines d’étude.
Plusieurs types de cellules sont disponibles pour être utilisées dans la recherche, y compris les lignées cellulaires établies et les cellules souches. Comme les cellules souches ont la capacité de se différencier en de nombreux types de cellules, les chercheurs sont enthousiasmés par leur utilisation comme modèles de recherche. Les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) sont en train de devenir un outil très précieux en laboratoire, car les progrès des techniques cellulaires permettent aux chercheurs de prélever des cellules corporelles adultes sur des personnes, de les reprogrammer dans un état semblable à celui des cellules souches embryonnaires et, finalement, de différencier les cellules en un type de cellule d’intérêt. Ces cellules sont déjà utilisées pour le développement de médicaments et la modélisation de maladies. Parce qu’elles peuvent être dérivées de patients atteints de différentes maladies, les iPSC jouent un rôle important dans la médecine personnalisée.
De nombreuses études s’appuient sur des cellules cultivées sur des plats en plastique dans une monocouche plate, tandis que d’autres tentent d’étudier les cellules en trois dimensions pour mieux imiter le scénario in vivo.
« Organoïdes »
Les progrès de la biologie des cellules souches ont facilité la génération de modèles complexes appelés « organoïdes », des organes miniatures in vitro qui imitent une partie de la structure et de la fonction des organes réels. Ces modèles se forment lorsque les cellules s’auto-assemblent et s’organisent en structures complexes en trois dimensions. Les organoïdes peuvent être utilisés comme modèles de maladies, dans les études de toxicologie et de découverte de médicaments, et dans les études sur le développement des organes, entre autres domaines de recherche. De nombreux organoïdes ont déjà été générés, notamment le rein, le foie, le cœur et le poumon.
« Organes sur puces »
D’autres modèles développés pour simuler la fonctionnalité au niveau des tissus et des organes sont les « organes sur puces », des dispositifs microfluidiques de culture cellulaire dont les canaux sont tapissés de cellules vivantes. Ils sont conçus pour imiter l’architecture multicellulaire et le microenvironnement biochimique et mécanique observés in vivo. Ces « mini-organes » contiennent des cellules cultivées sur des plates-formes flexibles qui leur permettent de changer de forme et de répondre à des signaux physiques d’une manière impossible avec les cultures traditionnelles en deux ou trois dimensions. Ces outils peuvent aider les chercheurs à mieux comprendre les activités génétiques, biochimiques et métaboliques des cellules dans le contexte de tissus et d’organes fonctionnels.
Un certain nombre de modèles d’organes microgéniques ont déjà été générés et continuent d’être optimisés, notamment des modèles de foie, de poumon, de rein, d’intestin, d’os, de sein, d’œil et de cerveau. L’espoir est que ces microsystèmes, développés à partir de cellules humaines, puissent remplacer les tests coûteux et peu prédictifs sur les animaux, rendant ainsi le processus de développement des médicaments et les tests toxicologiques plus précis et plus pertinents pour l’homme. Ces modèles pourraient être conçus pour imiter des états pathologiques spécifiques et pour étudier le développement des tissus et la physiologie des organes, réduisant potentiellement le besoin de tests sur les animaux dans ces domaines de recherche et dans d’autres.
« Human-on-a-Chip »
La Food and Drug Administration (FDA) a récemment collaboré avec la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et les National Institutes of Health (NIH) pour travailler sur un projet appelé Human-on-a-Chip. S’appuyant sur l’approche décrite ci-dessus pour les organes individuels sur puce, l’objectif de l’homme sur puce est de générer un modèle miniature en 3D comprenant 10 mini-organes humains différents reliés entre eux pour former un système physiologique. Comme ces organes individuels seraient reliés entre eux et fonctionneraient comme un système complet, l’homme sur puce serait plus susceptible d’imiter les activités et les processus biologiques du corps humain. Si ce nouvel outil peut révolutionner les tests toxicologiques, il peut également être modifié de manière à faciliter l’étude de différents états pathologiques. L’espoir est que cet outil, en raison de sa complexité et de sa pertinence pour l’homme, pourra remplacer ou réduire le nombre d’animaux impliqués dans l’expérimentation.
Les premières tentatives pour connecter différents organes ensemble sur la même puce ont déjà été faites. Bien que des défis restent à relever, les modèles actuels ont fourni une preuve solide du concept selon lequel les interactions fonctionnelles entre différents organes peuvent être analysées dans ces dispositifs.
Simulation par ordinateur
Les progrès de la technologie de simulation facilitent le développement de modèles complexes et sophistiqués de systèmes biologiques. En plus de modéliser des occurrences dans la science que nous comprenons déjà et pour lesquelles nous avons recueilli des données, les simulateurs font progresser notre compréhension en nous permettant de tester de nouvelles idées et d’essayer différentes conditions expérimentales. La simulation peut servir d’alternative à la science expérimentale traditionnelle et présente l’avantage supplémentaire que les expériences qui pourraient être peu pratiques ou trop coûteuses à réaliser de manière traditionnelle peuvent être réalisées à l’aide de la technologie de simulation.
Études d’autopsie et étude des spécimens post-mortem
Les autopsies sont des procédures médicales réalisées par des médecins dans lesquelles le corps d’un individu est examiné minutieusement après sa mort. En plus d’acquérir des informations sur la cause et la manière de la mort d’un individu, de nombreuses informations sur les maladies et les blessures peuvent également être recueillies. Au cours de la procédure, les médecins peuvent déterminer la cause du décès d’un individu, apprendre comment une maladie progresse et si des traitements spécifiques pour les maladies ont été efficaces et collecter des spécimens de tissus et de fluides corporels pour des études supplémentaires.
Etudes épidémiologiques
L’épidémiologie est un domaine de recherche axé sur l’étude de l’incidence, de la distribution et du contrôle des maladies dans une population, permettant aux scientifiques de mieux comprendre comment, quand et où les maladies se produisent. Les épidémiologistes jouent un rôle important dans l’avancement de la science et l’amélioration de la santé et du bien-être de l’homme, car leurs enquêtes sur les causes des maladies et d’autres problèmes de santé humaine peuvent prévenir la propagation des maladies et empêcher que les problèmes de santé publique ne se reproduisent. L’une des tâches importantes d’un épidémiologiste est d’essayer de déterminer les facteurs de risque (par exemple, les facteurs environnementaux et le mode de vie) associés à la maladie ainsi que les facteurs qui peuvent aider à se protéger contre la maladie.
Les études épidémiologiques ont démontré la relation entre le tabagisme et le cancer et ont dévoilé l’association entre l’exposition chimique et la maladie dans le secteur professionnel. Bien que les études épidémiologiques ne prouvent pas que des facteurs de risque spécifiques causent réellement la maladie étudiée, elles montrent la corrélation entre ces facteurs et l’incidence de la maladie.
Imagerie non invasive
L’utilisation de technologies médicales qui fournissent des images du corps, notamment l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomodensitométrie (CT) et les ultrasons, a considérablement amélioré notre compréhension du fonctionnement du corps et joue un rôle important dans la médecine diagnostique. L’utilisation de ces techniques peut servir d’alternative de remplacement, car des données significatives peuvent être dérivées directement des populations de patients.
Bien que NAVS estime que l’objectif global des 3R est le remplacement de l’utilisation des animaux, les techniques d’imagerie peuvent également jouer un rôle important dans la réduction et le raffinement de l’utilisation des animaux dans l’expérimentation. Par exemple, s’ils étudient la progression d’une maladie dans un modèle animal, les chercheurs peuvent sacrifier des animaux chaque semaine pour recueillir des données. Mais si l’imagerie est utilisée à la place, ils peuvent réaliser des études en série sur le même animal et suivre les animaux tout au long de leur vie, ce qui réduit considérablement le nombre d’animaux utilisés. L’imagerie peut également servir d’alternative de raffinement, permettant de réaliser moins de procédures invasives.
Microdosage
Les essais cliniques de « phase zéro », également connus sous le nom de microdosage, sont une approche qui peut réduire le nombre de médicaments passant par des tests de sécurité et de toxicologie chez les animaux, ce qui réduirait le nombre d’animaux utilisés dans les tests.
Dans les essais de phase zéro, un très petit nombre de volontaires humains, une ou deux personnes, recevraient une très faible quantité d’un nouveau médicament, une dose si faible qu’elle ne produira pas d’effet pharmacologique ou de réaction indésirable. Ces études permettent de déterminer le devenir du composé dans le corps humain, y compris les informations sur la façon dont le corps absorbe, distribue et métabolise le médicament. Comme la microdose du nouveau composé est très faible, le risque pour le volontaire humain est très faible. Ce type de paradigme d’essai offre un grand potentiel pour réduire considérablement le nombre d’animaux utilisés dans les études de sécurité, de pharmacologie et de toxicité des nouveaux composés, car si un nouveau composé n’a pas l’effet désiré chez l’homme, il n’est pas nécessaire de soumettre le composé à des études de sécurité supplémentaires chez l’animal.