Un modèle de poumon vient remplacer les tests sur les animaux dans l’expérimentation

Ce que nous respirons – toutes les nanoparticules présentes dans l'air, et donc aussi celles qui nous sont nuisibles – se déplace jusqu'aux alvéoles pulmonaires, c’est-à-dire jusqu'aux vésicules pulmonaires situées au fond de nos voies respiratoires. Pour déterminer la dangerosité de substances pour la santé, il faut les tester en amont. Le groupe de recherche sur la santé environnementale du Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) se consacre précisément à cette question. L'équipe d'Arno Gutleb a conçu un modèle de poumon qui permet de ne plus avoir recours aux animaux. Comme l'explique le chercheur, les problèmes liés aux tests sur les animaux dans ce domaine ne sont pas seulement d’ordre éthique et social.

Arno, grâce à vos recherches, les souris et les défenseurs des droits des animaux peuvent être soulagés, n'est-ce pas ?

Tout à fait. Des différences majeures existent entre les souris et les hommes. Ainsi, si nous comparons nos poumons à ceux d'une souris et si nous tenons en plus compte du fait que nous sommes bipèdes et que nous marchons debout, l’aérodynamique d'un poumon humain est complètement différente de celle d'une souris qui se déplace à quatre pattes penchée vers l'avant. Par conséquent, les nanoparticules empruntent un chemin complètement différent suivant qu’elles se trouvent dans un poumon de souris ou dans un poumon humain. Si vous étudiez l'asthme chez la souris, vous avez une idée de ce que vous pourriez rechercher chez l'homme, mais guère plus. Nous avons donc voulu développer un modèle de culture de cellules pulmonaires pour les alvéoles.

Quelle est la particularité de ce modèle ?

Des modèles commerciaux sont disponibles depuis longtemps pour les bronches (les conduits des poumons qui acheminent l'air jusqu'aux alvéoles), mais pour les alvéoles, il n'en existe pratiquement pas à ce jour. C'est donc précisément dans cette niche que nous venons de nous développer et que nous détenons déjà un brevet. Aline Chary, une doctorante de notre équipe, a même reçu le prix Lush pour cette belle réussite. L'année dernière, elle a également été mandatée pour un projet du PETA International Science Consortium, la branche scientifique de l'organisation de protection des animaux PETA. L'objectif de ce projet est de passer à une production de cultures cellulaires sans sérum. 

Le recours aux animaux n'est donc pas encore complètement abandonné, même avec des modèles cellulaires ?

Bien qu'aucun animal ne soit utilisé dans les cultures cellulaires, presque toutes les cultures cellulaires contiennent du sérum de veau, un composant du sang. Et les animaux ne donnent pas ce sang volontairement. Au contraire : les veaux sont retirés du ventre de leur mère au moment de l'abattage de cette dernière. On prélève ensuite leur sang, et le sérum est fabriqué à partir de ce sang. La culture cellulaire n'utilise donc peut-être pas l'expérimentation animale, mais elle n'est pas exempte de produits d'origine animale. PETA nous soutient dans la prochaine étape, qui consiste à mettre au point une culture cellulaire sans produits d’origine animale. 

Comment fonctionne une culture cellulaire ?

Dans les cultures cellulaires, on différencie cellules primaires et lignées cellulaires. Les cellules primaires proviennent du patient. Si, par exemple, une partie du poumon est prélevée au cours d'une opération en raison d’une tumeur pulmonaire, la partie enlevée n’est pas affectée en totalité par la tumeur. Et cette partie constitue une matière première accessible. Certaines entreprises l’utilisent pour créer des modèles de cultures de cellules bronchiques, par exemple. L'avantage réside justement dans le fait qu’une cellule primaire se comporte exactement de la même manière que dans nos poumons.

Cependant, nous utilisons des lignées de cellules tumorales à cette fin. Une telle lignée cellulaire vit pratiquement à l'infini, car elle se divise sans cesse. Nous n’avons donc aucun problème d'approvisionnement ou d’éthique. Nous n'avons pas besoin de patients ou d'hôpitaux et nous n'avons pas à nous soucier du sida ou de l'hépatite. Génétiquement parlant, bien sûr, chaque cellule tumorale est un peu différente d'une cellule non tumorale. C'est un inconvénient de nos lignées cellulaires. Toutefois, la réponse que vous obtenez est toujours la même, alors que n'est précisément pas toujours le cas avec les cellules primaires. 

Quelle est la prochaine étape avec ces lignées cellulaires ?

Notre modèle de culture cellulaire comporte jusqu'à cinq lignées cellulaires différentes. Elles se développent dans de petits paniers. Et comme les cellules pulmonaires de notre corps ne se développent pas non plus dans le sang, mais dans l'air, il n'y a pas d'autre milieu non plus au-dessus de ces lignées cellulaires, seulement de l'air. Les cultures cellulaires reposent sur une membrane percée de fins trous sous laquelle se trouvent les nutriments.

Les cellules pulmonaires produisent, comme dans le poumon, la substance tensioactive qui empêche les cellules pulmonaires de se coller les unes aux autres. Au-dessus, on trouve des macrophages, les cellules dites « mangeuses ». Sous la membrane, nous avons les cellules des capillaires sanguins, puis enfin les cellules dendritiques. Ce sont des globules blancs qui recherchent dans les vésicules pulmonaires tout ce qui pourrait déclencher une allergie sous quelque forme que ce soit. Et s'il y a quoi que ce soit, ils le signalent. 

Ces cellules sont donc également concernées ?

Absolument. Nous examinons ces cellules après avoir ajouté des produits chimiques bien définis. Les cellules nous indiquent ensuite si cette substance ajoutée a le potentiel de provoquer des symptômes de type asthmatique ou non.

Quelles sont les substances testées à cet effet ?

Pour l'instant, nous utilisons principalement des substances connues pour voir si notre système fonctionne correctement. Par exemple, nous recourons à des produits chimiques industriels auxquels le consommateur moyen n'est jamais exposé et qui sont utilisés dans des zones séparées en usine avec une hotte aspirante de laboratoire ou une protection respiratoire. Nous testons ces substances pour voir comment notre système réagit. Dans le même temps, nous examinons également des substances inoffensives qui ne doivent déclencher aucune réaction positive.

Une fois que nous aurons effectué tous ces tests, nous pourrons dire : donnez-nous les nouveaux produits chimiques industriels du futur et nous essaierons de prédire leurs effets possibles. Ces tests sont donc très importants, car les entreprises doivent également fournir des informations sur les effets possibles sur les voies respiratoires lorsqu'elles fabriquent ou importent de grandes quantités de substances. Toutefois, de nombreuses entreprises n'ont pas la moindre possibilité d’effectuer des tests d’une manière fiable – même en ayant recours à des tests sur les animaux. 

Il y a donc un marché…

Absolument. Et nous voulons le conquérir. Au fond, nous pouvons tester tout ce que vous inhalez en utilisant ce modèle, qu'il s'agisse de produits chimiques ou de nanomatériaux. Par exemple, nous avons actuellement un projet dans le cadre duquel nous testons des huiles à base d'algues qui seront utilisées dans le futur comme huiles lubrifiantes pour remplacer l’huile minérale. Une boîte de vitesses est un système fermé, mais lorsqu’un mécanicien doit l’ouvrir, il s’expose à une possible inhalation d'huile. Les entreprises viennent donc nous voir et nous demandent si nous pouvons réaliser des tests en la matière. 

Et combien de temps faut-il pour un tel test ?

Nous commençons la culture cellulaire le vendredi et elle est prête le mardi suivant. Ensuite, les cellules sont assemblées et s'agitent. Le mercredi, nous ajoutons le produit chimique, et nous récoltons les cellules un jour plus tard. Ensuite, il nous faut encore une semaine environ pour effectuer toutes les mesures. Lorsque tout est préparé et que nous recevons ensuite le produit chimique, nous pouvons établir dans un délai d'une semaine à dix jours si la substance a de graves répercussions sur les voies respiratoires ou non. Tout va donc assez vite.

Interview : Uwe Hentschel

Und um diese Zellen geht es dann auch?

Genau. Diese Zellen untersuchen wir, nachdem wir bestimmte Chemikalien zugeführt haben. Die Zellen geben uns dann die Antwort darauf, ob dieser zugefügte Stoff das Potenzial hat, um asthmaähnliche Symptome hervorzurufen oder eben nicht.

Welche Stoffe werden dabei getestet?

Im Moment setzen wir hauptsächlich bekannte Stoffe ein, um zu sehen, ob unser System auch richtig funktioniert. Wir verwenden also zum Beispiel Industriechemikalien, denen der normale Konsument nie ausgesetzt ist und die in einer Fabrik in abgetrennten Bereichen, mit Abzug oder Atemschutz verwendet werden. Diese Stoffe testen wir, um zu sehen, wie unser System anschlägt. Gleichzeitig prüfen wir auch harmlose Stoffe, bei denen dann keine positive Meldung kommen darf. 

Wenn wir das alles durchgetestet haben, dann können wir sagen: Okay, gebt uns die neuen Industriechemikalien der Zukunft, und wir versuchen dann, die möglichen Wirkungen vorherzusagen. Das ist deshalb so wichtig, weil Firmen bei der Herstellung oder aber auch beim Import größerer Mengen von Stoffen auch Informationen über mögliche Auswirkungen auf die Atemwege vorlegen müssen. Viele Firmen haben aber gar keine Möglichkeit, das verlässlich zu testen. Auch nicht mit Hilfe von Tierversuchen. 

Es gibt also einen Markt dafür…

Durchaus. Und den wollen wir abdecken. Wir können im Grunde alles, was man inhaliert, in diesem Modell testen. Ganz egal ob das jetzt Chemikalien oder aber Nanomaterialien sind. Wir haben aktuell zum Beispiel ein Projekt, in dem wir algenbasierte Öle testen, die in der Zukunft als Getriebeöl als Ersatz für Mineralöl verwendet werden sollen. Ein Getriebe ist zwar ein geschlossenes System, aber wenn ein Mechaniker das Getriebe öffnen muss, dann wird er dort möglicherweise Öl einatmen. Die Firmen kommen also auf uns zu und fragen uns, ob wir das testen können. 

Und wie viel Zeit benötigt man für einen solchen Test?

Wir beginnen am Freitag mit der Zellkultur und am Dienstag darauf ist sie dann fertig. Dann sind die Zellen zusammengebaut und leben. Mittwochs kommt schließlich die Chemikalie drauf und einen Tag später ernten wir dann die Zellen. Dann brauchen wir ungefähr noch mal eine Woche, bis wir alles gemessen haben. Wenn alles vorbereitet ist und wir dann die Chemikalie bekommen, können wir innerhalb von einer Woche bis zehn Tagen sagen, ob der Stoff bedenkliche Auswirkungen auf die Atemwege hat oder nicht. Es geht also recht schnell. 

Interview: Uwe Hentschel