Il n'en reste pas moins que des données issues d'études animales sont nécessaires pour évaluer l'innocuité d'une substance pour l'homme. Cependant, l'Institut Fraunhofer de toxicologie et de médecine expérimentale ITEM s'est associé à 39 partenaires de 13 pays sur une série de projets, qui ont toutes un objectif commun :provoquer un changement de paradigme, s'éloigner de l'expérimentation animale et aller vers une compréhension plus approfondie du fonctionnement des substances chimiques.

En Allemagne, le nombre d'animaux d'expérimentation est resté globalement le même depuis plusieurs années maintenant. Selon le ministère fédéral allemand de l'Alimentation et de l'Agriculture (BMEL), un total de 2, 825, 066 animaux ont été utilisés dans des expérimentations animales en 2018. Dr. Sylvia Escher, chef du département de toxicologie in-silico du Fraunhofer ITEM à Hanovre, cherche à développer des alternatives à l'expérimentation animale. « Dans notre institut, nous travaillons avec différents groupes sur de nouveaux concepts pour l'évaluation des risques chimiques, " explique la chimiste. Les deux exemples qu'elle cite sont les projets EXITOX et EU-ToxRisk. Tous deux visent à développer des stratégies de test basées sur des lignées cellulaires humaines et des coupes d'organes, qui visent à réduire et, à long terme, remplacer les expérimentations animales.

Une alternative meilleure et plus conservatrice

L'objectif est de développer une alternative non seulement plus conservatrice mais aussi meilleure. Dans l'expérimentation animale conventionnelle, les scientifiques observent l'apparition d'effets toxiques, comme une inflammation ou des modifications tissulaires dans l'organe concerné, après l'administration de la substance d'essai. En particulier, ils cherchent à déterminer si l'exposition continue à une substance endommage l'organisme ou si une faible concentration, telle que celle absorbée quotidiennement par l'air, reste sans critique. « Dans EU-ToxRisk et EXITOX, nous étudions le mode d'action qui conduit à l'effet toxique observé. Et étant donné que nous utilisons des systèmes de tests humains plutôt que des tests sur les animaux, nous espérons vivement que les résultats seront plus pertinents pour les humains, " dit Escher, en soulignant les avantages de cette approche.

Un certain nombre de groupes de travail de Fraunhofer ITEM sont impliqués dans trois des neuf études de cas menées dans le cadre du projet EU-ToxRisk. Dr Tanja Hansen, chef du groupe de travail sur les systèmes d'essais in vitro, étudie actuellement la toxicologie des composés volatils, en utilisant les dicétones comme exemple. Le représentant le plus connu de ce groupe de substances est le diacétyle, un composé chimique naturellement présent dans le beurre. Une version produite industriellement est utilisée pour donner une saveur de beurre au pop-corn, par exemple.

Simulations avec des tissus humains

Que se passe-t-il lorsque les gens inhalent du diacétyle ? Peut-il endommager les poumons ? Pour répondre à ces questions, Escher et Hansen utilisent un appareil développé chez Fraunhofer ITEM :le P.R.I.T. ExpoCube. Cela leur permet de simuler l'effet des substances volatiles sur les cellules et les tissus.

Afin de simuler la situation dans le poumon, les scientifiques utilisent des cellules épithéliales bronchiques humaines qui sont cultivées sur des membranes à l'interface air-liquide. Le diacétyle gazeux est passé à la surface de ces cellules au moyen du système P.R.I.T. ExpoCube. Des méthodes biochimiques sont ensuite employées pour examiner l'effet sur les cellules. Après une analyse complète de l'expression des gènes, les chercheurs peuvent identifier les gènes que les cellules ont activés ou désactivés. Ils utilisent ensuite ces données pour déterminer quelles voies de signalisation ont été activées dans la cellule. Il pourrait s'agir de voies de signalisation qui conduisent à la production de substances messagères qui provoquent l'inflammation.

A l'étape suivante, l'enquête progresse jusqu'au niveau de l'organe. Ici, les chercheurs utilisent des coupes de tissus vivants cultivés à partir de poumons humains, qui possèdent de nombreuses fonctions de l'organe réel. Comme pour les cultures cellulaires, les sections pulmonaires sont maintenant exposées au diacétyle dans le P.R.I.T. ExpoCube puis analysé.

Pour simuler le comportement des substances inhalées dans le corps, les partenaires du projet utilisent des modèles de calcul complexes appelés « méthodes in silico ». Ces modèles assistés par ordinateur sont capables de reproduire avec une grande précision comment un organisme absorbe, distribue et excrète une substance inhalée. "En combinaison, les données in vitro et in silico fournissent une image plus précise de la façon dont des substances telles que le diacétyle endommagent les poumons, " explique Escher.

Utilisation des données de substances similaires

Une première étape vers l'intégration de méthodes alternatives dans l'évaluation des risques est l'approche des références croisées. Si un nouveau produit chimique doit être approuvé conformément à cette méthode, la première tâche consiste à rechercher des substances similaires pour lesquelles des données toxicologiques issues d'expérimentations animales existent déjà. Dans l'approche de lecture croisée, ces données sont ensuite appliquées au nouveau produit chimique. « Cette approche est déjà utilisée. En pratique, cependant, il s'avère encore difficile de démontrer que deux produits chimiques sont si similaires qu'ils ont effectivement la même toxicité, " explique Escher. " C'est pourquoi les approches de références croisées ne sont souvent pas acceptées par les autorités de régulation. "

Dans les études de cas, les équipes du projet ont étudié des groupes de substances étroitement apparentées et rassemblé des données complètes in vitro et in silico. Fort de ces enquêtes, ils ont pu montrer que les méthodes alternatives sont parfaitement capables de déterminer la toxicité de matériaux structurellement apparentés.

Consultation avec les autorités réglementaires

Le projet EU-ToxRisk implique non seulement des universités, les instituts de recherche et les entreprises mais aussi les autorités de régulation. Une consultation étroite avec les toxicologues travaillant pour les organismes de réglementation est vitale pour que ces nouvelles stratégies de tests intégrés soient un succès. Car ce n'est que si les autorités nationales et européennes approuvent ces nouveaux processus d'évaluation de la toxicité que l'expérimentation animale pourra être remplacée.