Crédit : UC Riverside

Des chercheurs de l’Université de Californie, Riverside, font partie d’un plan ambitieux de l’Agence américaine de protection de l’environnement, ou EPA, visant à éliminer l’expérimentation animale d’ici 2035. Leur contribution : développer un moyen de tester si les produits chimiques causent des anomalies congénitales musculo-squelettiques en utilisant des tissus humains cultivés en laboratoire, et non des animaux vivants.

Nicole zur Nieden, professeur agrégé de biologie moléculaire, cellulaire et systémique, et David Volz, professeur agrégé de toxicologie environnementale, sont tous deux experts des alternatives aux tests de toxicité réglementaires et de la politique et de la réglementation des produits chimiques. Ils ont reçu 849 811 dollars pour cultiver des cellules souches humaines en tissu osseux afin de tester les produits chimiques industriels et environnementaux qui pourraient interférer avec la croissance du fœtus.

Les malformations congénitales qui affectent les tissus musculo-squelettiques peuvent être causées par des ingrédients chimiques présents dans les pesticides, les fongicides, les peintures et les additifs alimentaires. Les produits chimiques nocifs doivent être identifiés par des tests afin d’être réglementés. Actuellement, ces tests sont effectués sur des animaux vivants, généralement des rongeurs comme les souris.

Le projet de l’UC Riverside, dirigé par zur Nieden, stimulera les cellules souches pluripotentes humaines, qui ont la capacité de se développer en n’importe quel type de cellule, avec des agents qui les dirigent vers la formation de cellules osseuses. Les cellules passeront par les mêmes étapes de développement et seront soumises aux mêmes signaux moléculaires que dans un embryon humain. Les chercheurs exposeront les cellules à des produits chimiques sélectionnés à des moments critiques, puis les évalueront à l’aide de techniques avancées d’imagerie et de séquençage de nouvelle génération.

Les cellules osseuses peuvent se développer par trois voies différentes. zur Nieden utilisera des produits chimiques connus pour affecter des voies spécifiques du développement osseux afin de rechercher des modèles dans la façon dont les produits chimiques affectent ces origines. Ces schémas serviront de modèles pour tester des produits chimiques inconnus. Ensuite, les chercheurs testeront des produits chimiques inconnus et les compareront à des bibliothèques de composés précédemment compilés qui ont déjà été testés sur des animaux pour voir dans quelle mesure les tests en boîte de Pétri, ou in vitro, sont précis pour évaluer le risque.

Une caractéristique caractéristique des cellules formant les os est qu’elles fabriquent une matrice osseuse à partir de petits cristaux appelés hydroxyapatite, qui finissent par former du phosphate de calcium, la substance blanche à la surface de tous les os. Une analyse visuelle peu coûteuse peut aider à identifier les défauts de calcium.

« Les cristaux de calcium apparaissent blancs lorsqu’on les regarde avec les yeux », a déclaré zur Nieden. « Mais lorsque vous regardez les cultures en utilisant la microscopie à contraste de phase, elle inverse la lumière de sorte que les cristaux normaux apparaissent noirs. Les cristaux anormaux auront plus de blanc et de nuances de gris. Vous pouvez utiliser un algorithme d’analyse d’image pour mesurer le noir dans les images afin de déterminer si le calcium s’est formé correctement ou non. »

Les tests non animaux sont déjà courants

Les scientifiques savent depuis longtemps que les animaux diffèrent des humains sur des points importants du développement et de la physiologie, et que les résultats des tests sur les animaux ne sont pas toujours fiables pour les personnes. En outre, la recherche sur les animaux est coûteuse, prend du temps et est de plus en plus intenable pour des raisons éthiques. Des alternatives non animales sont en cours de développement depuis près de 25 ans, et certaines sont déjà standard.

« Pour le grand public, l’annonce de l’EPA semblait sortir de nulle part », a déclaré Volz, dont le laboratoire séquencera l’ARN messager dans les cellules osseuses exposées aux produits chimiques du laboratoire de zur Nieden pour rechercher des changements dans l’expression des gènes. « Cela ne s’est pas produit du jour au lendemain. Ce train a déjà quitté la gare. »

Volz a déclaré que le programme Science to Achieve Results de l’EPA, grâce auquel l’UC Riverside a reçu la nouvelle subvention, finance la recherche sur les alternatives animales depuis plus de 10 ans.

Le plan de l’EPA visant à mettre fin aux tests sur les animaux d’ici 2035 fait suite à des modifications antérieures de la loi sur le contrôle des substances toxiques, ou TSCA, promulguée en 1976. La TSCA autorise l’EPA à réglementer les produits chimiques présents dans les produits de consommation tels que les produits de nettoyage, les meubles, la peinture, les moquettes, les vêtements et d’autres biens de consommation. La réglementation en vertu de la TSCA ne s’applique pas aux produits chimiques présents dans les aliments, les médicaments, les cosmétiques et les pesticides, qui sont réglementés par des lois différentes.

Même après la TSCA, des milliers de produits chimiques courants utilisés dans tout, du plastique à la crème solaire, n’ont jamais été testés pour leur sécurité chez l’homme. En 2016, le Congrès a adopté la loi Lautenberg sur la sécurité chimique, modifiant la TSCA pour combler cette lacune pour les produits chimiques industriels. La loi a mandaté l’EPA pour évaluer les produits chimiques existants avec des délais clairs et exécutoires, et pour développer des évaluations chimiques basées sur les risques. Elle a encouragé l’utilisation de méthodes d’essai non animales, une mesure recherchée à la fois par l’industrie et les groupes de défense des droits des animaux.

Les alternatives animales pourraient avoir des limites

Le nouveau plan de l’EPA introduit un calendrier agressif pour accélérer le développement de tests non animaux qui peuvent prédire avec précision la toxicité chez les humains. M. Volz a déclaré que les États-Unis sont à la traîne par rapport à certains autres pays du monde, qui ont déjà fortement réduit les tests sur les animaux. Il a dit qu’il interagit avec de moins en moins d’étudiants intéressés par des recherches impliquant des expériences sur les animaux, et que notre culture évolue vers un désir de réduire la souffrance animale.

Mais ni Volz ni zur Nieden ne sont sûrs que les tests sur les animaux pourront un jour être complètement remplacés, une position reprise par le mémo de l’EPA, qui indique qu’après 2035, les tests sur les animaux seront approuvés au cas par cas. Certains produits chimiques, par exemple, ne sont pas directement toxiques pour les cellules mais le deviennent après avoir été métabolisés dans l’organisme.

« Si votre résultat est que le produit chimique n’interfère pas avec une cellule souche humaine qui se développe dans un plat, comment pouvez-vous être sûr que cela ne se produit pas réellement chez les humains ? Le meilleur moyen dont nous disposons pour évaluer cela est l’expérimentation animale », a déclaré M. zur Nieden. « En même temps, nous voulons procéder de manière appropriée. Nous devons nous demander si cela est vraiment nécessaire. Pouvons-nous examiner la question d’une autre manière ? »

Zur Nieden pense que nous avons besoin d’un système à plusieurs niveaux, avec des tests in vitro éliminant d’abord les produits chimiques les plus toxiques, et des tests sur les animaux utilisés lorsque les tests in vitro ne révèlent pas de toxicité.

« Si vous ne pouvez pas remplacer complètement un test sur les animaux par une méthode in vitro, vous pouvez au moins diminuer la souffrance de l’animal. Si vous pensez à un produit chimique hautement toxique qui a des effets sur la maman lorsqu’elle est exposée pendant la grossesse ainsi que sur les embryons en développement, si vous pouvez utiliser un système de test in vitro pour trouver tous ces produits chimiques fortement toxiques, vous n’aurez pas besoin de les tester sur un animal », a-t-elle déclaré.

Les versions précédentes du système de test que zur Nieden utilisera pour la nouvelle recherche musculo-squelettique ont été capables d’identifier les produits chimiques embryotoxiques pour d’autres tissus, comme le tissu cardiaque, avec une précision de presque 100 %.