3 approches majeures à mettre en œuvre en R&D pour mettre fin à l’expérimentation animale dans l’industrie pharmaceutique

Approche n°1 : utilisation de technologies innovantes pour les essais in vitro

Dans l’ère actuelle des progrès technologiques, des méthodes alternatives aux études sur les animaux sont développées grâce à des technologies innovantes pour les essais in vitro, telles que les cultures cellulaires tridimensionnelles (3D), les organoïdes et les systèmes Organ-on-a-Chip (Organes sur une puce).

En cultivant des cellules dans une matrice 3D qui peut mieux imiter un environnement in vivo qu’une culture cellulaire traditionnelle en deux dimensions (2D), les scientifiques disposent d’un environnement plus réaliste pour étudier les cellules. L’utilisation de modèles de culture cellulaire en 3D, qui représentent un environnement in vivo plus physiologiquement pertinent de tissus complexes, est aujourd’hui de plus en plus répandue pour permettre une plus grande précision lors de la découverte de médicaments. En outre, les modèles de culture cellulaire en 3D utilisant des cellules humaines permettent de contourner les inconvénients liés à l’utilisation de modèles de souris, qui sont moins précis, et réduisent une fois de plus le recours à l’expérimentation animale.

Pour un système plus complexe, des cultures de tissus ont été réalisées en utilisant des cellules souches pluripotentes génétiquement modifiées pour créer des organoïdes. Grâce à l’architecture détaillée et à la physiologie des organes humains, les organoïdes humains peuvent offrir des modèles quasi-physiologiques pour étudier le développement et les maladies humaines. Avec un organoïde humain complexe, il est possible de développer une plateforme de criblage pour la découverte de médicaments qui est plus rentable et plus précise pour l’étude des maladies humaines que l’utilisation de modèles animaux, réduisant ainsi leur nécessité. Au cours des dernières années, des organoïdes ont été décrits pour divers organes, notamment le tube digestif, la prostate, les poumons, les reins et le cerveau.

En outre, les innovations en matière de biologie synthétique et de microfabrication ont été fusionnées pour créer des systèmes d’organes sur puce (OoC) qui imitent la structure et la fonction des organes humains. Bien que les systèmes OoC puissent simplifier la complexité d’un organe par rapport à un organoïde, ils simulent mieux les conditions physiologiques car ils sont capables de fournir des interactions entre les organes du corps. Néanmoins, les deux technologies peuvent être combinées pour se compléter en tant qu’outils de traitement des maladies en se concentrant sur la prévisibilité de l’efficacité clinique. En fait, ces technologies sont de plus en plus acceptées dans la recherche préclinique, car les études in vitro deviennent de plus en plus prédictives.

Pour aller plus loin, il a été démontré que les modèles de patients sur puce combinent plusieurs systèmes d’organes sur puce afin de modéliser les interactions entre différents organes. Ces puces multi-organes ont été créées dans le but d’établir des communications physiologiques entre des tissus artificiels afin de simuler le métabolisme complexe et multiforme et les effets des médicaments sur le corps humain.

Approche n°2 : utilisation de la modélisation informatique et des simulations dans les essais in silico

Au cours des 20 dernières années, la recherche sur l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle a connu un essor fulgurant. Plusieurs nouvelles technologies sont apparues dans le domaine des essais in silico, notamment l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle (IA), la métabolomique et le criblage à haut débit. Les algorithmes informatiques ont commencé à jouer un rôle clé dans l’optimisation des coûts, l’augmentation de la productivité et la simplification générale des processus de R&D, ouvrant ainsi la voie à l’innovation. En outre, compte tenu de la nécessité de réduire ou de remplacer les essais sur les animaux, les essais in silico constituent également une méthode d’essai utile dans laquelle les expériences biologiques sont réalisées à l’aide de simulations informatiques.

Les études informatiques représentent une nouvelle approche de la recherche et ne reproduisent pas d’organismes vivants, mais contribuent néanmoins à la découverte de médicaments et à la recherche biomédicale. Ces dernières années, les technologies de l’IA gagnent en importance tout au long du cycle de vie de la découverte et du développement des médicaments.

La modélisation informatique peut être utilisée comme outil prédictif pour modéliser les effets des médicaments sur le corps humain. Il s’agit notamment de simuler les interactions entre les molécules, de prédire la toxicité des médicaments et de concevoir de nouveaux médicaments. Les scientifiques sont ainsi en mesure de maximiser l’efficacité du processus de développement des médicaments et d’éliminer les substances potentiellement nocives avant même d’effectuer des tests sur les animaux et les humains.

Par exemple, la modélisation informatique peut être utilisée pour les simulations pharmacocinétiques qui prédisent la biodisponibilité orale des composés médicamenteux sur la base de leur structure chimique et de leur comportement de dissolution in vitro, ce qui permet de réduire les tests nécessaires sur les animaux et les humains au cours des premiers essais cliniques.

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Approche n°3 : combiner l’IA et l’in-vitro

Bien qu’une seule méthode alternative ne soit pas en mesure de remplacer à elle seule les évaluations toxicologiques réalisées à l’aide de modèles animaux, la combinaison de différentes techniques issues des technologies in-vitro et de la modélisation in-silico peut permettre à la communauté scientifique d’aller de l’avant et de s’éloigner de l’expérimentation animale.

Des approches innovantes combinant des essais in vitro de pointe et des méthodes in silico ont été étudiées ces dernières années. Par exemple, en combinant des approches de type « patient sur puce » avec des outils prédictifs d’IA, les scientifiques ont pu effectuer une modélisation physiologique de l’absorption de premier passage, du métabolisme et de l’excrétion de médicaments spécifiques chez l’homme en utilisant des données à l’échelle de calcul provenant de plusieurs organes sur une puce pour prédire les paramètres pharmacocinétiques.

Ces modèles et simulations peuvent être utilisés pour créer des jumeaux numériques. Les jumeaux numériques des essais cliniques peuvent être utilisés comme des patients virtuels qui reflètent des caractéristiques personnelles afin de simuler divers résultats pour le patient dans différentes conditions, comme par exemple avec différents médicaments à des concentrations variables, afin de déterminer lequel serait le plus efficace pour une maladie donnée.

L’industrie pharmaceutique explore de nouvelles technologies d’essais in vitro et de technologies in silico pour réduire ou remplacer les essais sur les animaux. Bien que l’expérimentation animale ne puisse pas être entièrement remplacée à l’heure actuelle, des technologies telles que les cultures de cellules ou de tissus et les simulations informatiques peuvent réduire efficacement les essais inutiles sur les animaux.  Ces approches peuvent répondre aux préoccupations concernant la sécurité des patients, les coûts élevés et les problèmes éthiques rencontrés dans le développement des médicaments.

Bien que la route vers les essais sans animaux soit encore longue, les organismes de réglementation ont commencé à ouvrir la voie en élaborant des cadres, en créant des visions à long terme, en assurant une harmonisation mondiale et en améliorant l’information en vue d’une recherche plus durable. En 2022, la FDA et l’EMA ont mis en œuvre de nouvelles mesures et propositions visant à minimiser les tests sur les animaux pour le développement médical en encourageant l’industrie pharmaceutique à adopter des approches alternatives telles que celles que nous avons mentionnées ci-dessus. Alcimed est heureux d’accompagner ses clients dans le décryptage du potentiel de ces technologies pour leur activité ! N’hésitez pas à contacter notre équipe !

A propos de l’auteur, 

Sandra, Consultant au sein de l’équipe Sciences de la vie d’Alcimed en Allemagne