Bilan

Le rat électronique qui remplace l’expérimentation animale

Dans le cadre d’un projet international, une équipe d’experts en microtechnique crée à Neuchâtel des systèmes pour tester des cultures de cellules. Un dispositif qui réduirait les expériences in vivo.

Un défi de taille pour le Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) à Neuchâtel. Une équipe de huit scientifiques développe actuellement une puce électronique et des membranes microporeuses afin de remplacer le rat de laboratoire. Ce substitut électronique est conçu dans le cadre du projet de recherche européen InLiveTox. L’objectif à terme: démontrer que la toxicité des nanoparticules peut être testée via un système de flux qui incorpore des dispositifs micro-électromécaniques (MEMS). Et non plus à travers des expérimentations sur les rongeurs.

Le CSEM, en charge de la coordination d’InLiveTox parmi les centres de recherche partenaires, travaille sur quelques-uns des aspects techniques. «En tant qu’ingénieurs, nous nous occupons du développement et de l’intégration d’un système capable de prendre des mesures électriques de couches cellulaires», expose le docteur en physique Martha Liley qui supervise le projet. Dans ce partenariat, les toxicologistes étudient comment le système peut être utilisé pour tester la toxicité des nanoparticules, bon nombre d’entre elles étant considérées comme potentiellement dangereuses pour la santé, une fois inhalées ou ingérées.  

Biopuces Les membranes de silicium sont intégrées dans un dispositif qui simule l’intestin et le circuit sanguin.

Tester les nanoparticules

Les ingénieurs du centre neuchâtelois mettent au point des membranes qui représentent deux cultures de cellules. Celles-ci simulent respectivement la paroi intestinale et le circuit sanguin (veines et artères). Ces différentes cultures sont reliées par un système fluidique. «Le toxicologiste travaille d’ordinaire en culture statique, c’est-à-dire sans aucun flux, précise Martha Liley, qui, au sein du CSEM, dirige la section BioMEMS (microsystèmes pour la biologie). Avec le système que nous concevons, le modèle se rapproche étroitement de l’environnement dans le corps.»

Démonstration avec le modèle de l’intestin, composé d’une membrane de silicium recouverte de cellules: de chaque côté, deux circuits de flux représentent l’intérieur de l’intestin pour l’un, le sang pour l’autre. «Notre but est de découvrir si les nanoparticules parviennent à traverser l’intestin et à pénétrer dans le sang, développe la Londonienne. Si c’est le cas, nous observons ensuite la réaction des vaisseaux sanguins.»

Le support sur lequel sont déposées les cellules doit par conséquent être microporeux afin de déterminer si les particules ultrafines traversent ou non la paroi intestinale. C’est au moyen d’électrodes que les chercheurs jugent de l’étanchéité des quelques modèles qui ont déjà été créés. L’équipe du CSEM examine aussi comment son modèle du foie, organe essentiel à la filtration du sang, se défend en présence des nanoparticules. «Nous étudions également la manière dont ces organes communiquent entre eux, poursuit la spécialiste. Car même si les nanoparticules n’atteignent pas le sang, par exemple, elles peuvent créer des inflammations qui seront ressenties par les organes.»

L’analyse de ces éléments infimes et de leur éventuelle toxicité représente un défi majeur pour InLiveTox: «La dangerosité d’une nanoparticule dépend de nombreux facteurs tels que sa forme. La compréhension de ces facteurs et de l’influence qu’ils peuvent exercer sur la toxicité nécessite de grands moyens. D’autant plus que les nanoparticules proviennent de tout type de substance, de l’air à la nourriture.»

Le système d’InLiveTox est mis en place pour faire le tri parmi les différents types de nanoparticules, de l’inoffensive à la plus toxique. «Seule une petite palette de nanoparticules sera étudiée, souligne la coordinatrice du projet. Nous voulons juste en tester suffisamment pour comparer les données avec celles recueillies in vivo. Et vérifier ainsi la fiabilité du modèle.» Dans le long terme, si une nanoparticule testée a un effet zéro in vitro, l’expérience in vivo n’apparaîtrait plus comme une nécessité. Cependant, si ses effets s’avèrent importants, l’expérimentation animale viserait essentiellement à confirmer les tests in vitro. Dans tous les cas, la présence constante des rats sur les tables de laboratoire serait de moins en moins justifiée.

La recherche d’alternatives à ces expériences constitue d’ailleurs un débat que le programme REACH (cadre réglementaire de gestion des substances chimiques) a ravivé. Ce règlement européen exige que la toxicité potentielle de toutes les substances soit analysée d’ici à 2018. Or ce sont plus de 100 000 molécules à étudier, ce qui implique une augmentation importante des tests in vivo. De plus, outre les enjeux éthiques, l’aspect financier constitue également un facteur à considérer. «Une expérience sur les rats pour mesurer la toxicité d’un produit peut coûter des centaines de milliers d’euros», assure Martha Liley, qui précise, sans avancer de chiffres, que les tests in vitro sont nettement moins chers.

Actuellement, la création d’un dispositif qui représente un rat dans son entier semble peu probable. Mais les chercheurs demeurent confiants. Ils souhaitent complexifier leurs modèles, en y joignant d’autres tissus et organes, afin de se rapprocher de la réalité du corps vivant: «Cela sera possible dans le futur, certifie le docteur en physique. On ne peut pas dire si cette méthode est meilleure que toutes les autres, mais nous avançons sans aucun doute dans la meilleure direction possible.»

 

Un programme ambitieux

La périodicité InLiveTox a été lancé en mai 2009 pour une durée de trois ans. «Ce projet progresse bien jusqu’à présent», se réjouit Martha Liley, docteur en physique au Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM). Le coût Il s’élève au total à 3,4 millions d’euros. Il est principalement financé par la Commission européenne. Les collaborations Le CSEM, coordinateur d’InLiveTox, compte parmi ses partenaires notamment des hautes écoles européennes comme l’Université de Pise en Italie, l’Université de Saarland en Allemagne, l’Université Napier d’Edimbourg en Ecosse ou encore le Helmholtz Zentrum de Munich. Tous développent ensemble une alternative à l’expérimentation sur les rats de laboratoire.

Dino Auciello

ANCIEN RÉDACTEUR EN CHEF ADJOINT À BILAN

Lui écrire

Dino Auciello a été rédacteur en chef adjoint à Bilan, responsable de bilan.ch, de novembre 2014 à juillet 2017. Il a rejoint Bilan en 2010, après avoir terminé ses études à l’Académie du Journalisme et des Médias de Neuchâtel.

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