Remplacement des tests sur les animaux - désormais sans aucune souffrance animale

"En Allemagne, il est en fait interdit d'abattre les vaches gestantes", explique le professeur Jens Kurreck, directeur du département de biochimie appliquée à l'Université technique de Berlin. Si une gestation n'est pas détectée avant l'abattage, il est courant de prélever du sang sur le fœtus. Celui-ci contient en effet de nombreuses substances qui stimulent la croissance et sont donc idéales pour la multiplication des cellules dans la recherche biologique. Le "sérum de veau fœtal" prélevé dans le sang est un produit standard dans chaque laboratoire de culture cellulaire.

Probablement plus de deux millions de fœtus de veaux par an

"Il n'existe que des estimations approximatives du nombre de fœtus de veaux nécessaires à cet effet. Une publication de 2021 estime qu'il y en aura deux millions dans le monde, et depuis, la consommation de sérum fœtal de veau a plutôt augmenté", explique Kurreck. Une grande partie provient d'abattages dans des pays non membres de l'UE et ne peut donc que difficilement être surveillée par les institutions allemandes ou européennes. "Comme le sérum de veau se prête si bien à la culture de cellules, il est naturellement aussi utilisé par les chercheurs* qui veulent remplacer les expériences sur animaux à l'aide de cultures cellulaires. Donc jusqu'à récemment aussi par nous".

Des souris avec des tumeurs d'un cinquième de leur poids corporel

Comme le groupe de travail de Jens Kurreck utilise le procédé de la bio-impression 3D, particulièrement prometteur pour la fabrication de modèles d'organes destinés à remplacer les expériences sur animaux, les scientifiques* devaient jusqu'à présent également recourir à un deuxième produit animal, obtenu à partir d'animaux élevés spécialement à cet effet. "Grâce à l'impression 3D, nous pouvons fabriquer à partir de cellules humaines de petits modèles d'organes en trois dimensions, qui peuvent même contenir des vaisseaux sanguins artificiels. Mais pour cela, nous avons besoin de substances telles que les laminines et les collagènes, qui donnent à ces structures la structure plus solide nécessaire que celle des cultures cellulaires normales", explique le chercheur. Ces substances se trouvent en forte concentration dans une forme spéciale de matrice extracellulaire qui entoure les cellules du corps humain et animal à la manière d'un tressage et assure le contact entre elles.

Cette substance, dont l'abréviation est BME (pour "Basement Membrane Extract"), est extraite de tumeurs que l'on fait croître chez des souris. "Au final, une telle tumeur pèse environ quatre grammes, pour un poids corporel de la souris de peut-être vingt grammes. Rien qu'avec ce rapport, on voit que ce procédé représente un préjudice non négligeable pour l'animal". Comme les substances favorisant la structure issues du BME sont également utilisées de manière routinière dans d'autres laboratoires de culture cellulaire pour diverses applications, le nombre d'animaux utilisés pour la production se chiffrerait certainement en milliers, affirme Jens Kurreck.

Les composants animaux rendent la recherche moins fiable

Des cellules humaines nourries à l'aide de sérum sanguin de veaux et stimulées pour se multiplier, à partir desquelles des modèles d'organes humains sont ensuite imprimés à l'aide de substances favorisant la structure de tumeurs de souris : "Si l'on se représente ces étapes de production, on reconnaît en fait déjà qu'il y a là un potentiel d'erreurs si l'on veut déduire les processus réels dans le corps humain à partir d'expériences réalisées avec ces modèles d'organes", explique Jens Kurreck. Et pourtant, la force prédictive des modèles d'organes issus de cellules humaines est en principe déjà bien meilleure que celle des expériences correspondantes sur les animaux, lorsqu'il s'agit de la même question. Certes, des cellules tumorales humaines sont déjà introduites dans des animaux. Mais ces cellules humaines se trouvent toujours dans un environnement de tissus animaux et communiquent également avec ces cellules animales, ce qui rend très difficile la transposition des connaissances à l'homme.

De plus, selon Kurreck, la composition exacte des produits animaux, comme le sérum fœtal de veau, varie toujours. On ne peut donc pas être sûr qu'un lot stimule par exemple la croissance des cellules de la même manière qu'un autre. "90 pour cent de tous les candidats prometteurs pour des médicaments en laboratoire et dans les essais sur les animaux, et même 97 pour cent de tous les candidats pour des médicaments contre le cancer, échouent finalement lors des essais sur les humains. Si l'on veut s'améliorer dans ce domaine, l'objectif doit être de parvenir un jour à se passer totalement d'expériences sur les animaux et aussi totalement d'additifs et d'adjuvants d'origine animale".

Des milieux de culture chimiquement bien définis et des substances structurelles de source humaine

Avec le premier modèle de tissu du foie sans aucun matériau d'origine animale, le doctorant Ahmed Ali et d'autres membres du groupe de travail de Jens Kurreck ont fait un grand pas dans cette direction. Ils ont remplacé le sérum fœtal de veau par un milieu nutritif chimiquement bien défini composé de facteurs de croissance, d'insuline, de sélénium ainsi que de sucres et de sels. "Nous avons dû non seulement adapter ce milieu de culture au type particulier de cellules hépatiques humaines que nous avons utilisé, mais aussi habituer les cellules à leur nouvel environnement par un lent processus", raconte Kurreck. Car les cellules de départ pour le début de l'expérience ont bien sûr encore été fournies par une entreprise qui avait utilisé du sérum de veau pour leur multiplication.

Pour remplacer le mélange structurant BME issu des tumeurs de souris, les scientifiques* ont utilisé du collagène humain provenant de placentas qui auraient autrement été jetés comme déchets dans les hôpitaux viennois après les accouchements. "Ce qui semble si simple a été dans la pratique un processus d'adaptation complexe, qui a nécessité beaucoup d'essais et aussi une recherche bibliographique approfondie", explique Jens Kurreck. Par exemple, les plateaux en plastique dans lesquels les cellules ont été cultivées ont dû être enduits spécialement de collagène humain provenant des placentas afin d'obtenir une adhérence aussi bonne qu'avec la méthode traditionnelle.

Les résultats des tests confirment l'équivalence de la méthode sans souffrance animale

Pour tester leur nouveau modèle de foie sans souffrance animale, les chercheurs* l'ont mis en contact avec une substance toxique, l'acide okadaïque, qui est produite par des algues, s'accumule dans les coquillages et peut provoquer de graves intoxications des poissons. Il s'est avéré que les structures imprimées bidimensionnelles des cellules présentaient la même sensibilité à la substance toxique, qu'elles aient été cultivées et imprimées avec les anciennes ou les nouvelles substances sans origine animale. Un modèle tissulaire tridimensionnel du foie présentait également la sensibilité attendue par les chercheurs dans ce cas.

Passage à la pratique grâce à une approche interdisciplinaire

Les scientifiques impliqués* sont optimistes quant au fait que leur nouvelle méthode sans souffrance animale ne trouvera pas seulement rapidement une voie vers la pratique, mais aussi une large application. En effet, avec Albert Braeuning de l'Institut fédéral d'évaluation des risques (BfR) en tant qu'autorité nationale pour la sécurité alimentaire, ce n'est pas seulement un utilisateur potentiel de la méthode qui a été directement impliqué dans la publication actuelle. Le département de biotechnologie et de technologie des processus alimentaires de l'Université technique de Berlin, dirigé par le professeur Cornelia Rauh, a également contribué à l'étude en mesurant les paramètres mécaniques de la nouvelle encre de bio-impression 3D. En collaboration avec le groupe de travail de Jens Kurreck, les scientifiques de ce centre font également des recherches sur la viande cultivée destinée à l'alimentation humaine, pour laquelle des méthodes de culture sans sérum de veau fœtal sont également nécessaires. Une optimisation future de la méthode sans souffrance animale est envisagée en collaboration avec le département de technique des bioprocédés de l'université technique de Berlin du professeur Peter Neubauer. Ainsi, les quantités nécessaires de collagène humain pourraient éventuellement être produites à l'avenir par des cellules de levure - ou même, dans un avenir plus lointain, directement par des cultures de cellules humaines.