La neuroscience, qui étudie le cerveau et le système nerveux, est l'un des domaines de recherche en Suisse qui a largement recouru à l'utilisation d'animaux, comme le révèle notre analyse des tendances en matière d'utilisation d'animaux au cours des 27 dernières années.
À mesure que les méthodes scientifiques progressent, de nouvelles possibilités apparaissent pour remplacer les expériences sur les animaux et réduire le nombre d'animaux nécessaires. Au cœur de ces progrès se trouve le développement de modèles basés sur des cellules humaines qui offrent à la fois une pertinence biologique et une approche plus éthique pour étudier les maladies cérébrales complexes.
Nous partageons ci-dessous les travaux et avancées les plus récents de trois groupes de recherche. Ensemble, ils montrent comment de nouvelles méthodes in vitro sont utilisées pour répondre à des questions majeures de santé publique, qu'il s'agisse d'évaluer si les produits chimiques présents dans l'environnement peuvent nuire au développement du cerveau, de comprendre les troubles neurodéveloppementaux tels que le TDAH ou de trouver de meilleurs moyens d'étudier les cancers agressifs du cerveau chez l'enfant.
LE SAVIEZ-VOUS ?
Le corps humain est constitué de milliards de minuscules éléments appelés cellules. Les différents types de cellules ont des fonctions différentes, allant du transport de l'oxygène (cellules sanguines) à la transmission de signaux (cellules nerveuses).
Que signifie « in vitro » ?
In vitro (latin pour « dans le verre ») désigne les expériences menées en dehors d'un organisme vivant, généralement dans un laboratoire. Ces méthodes permettent aux chercheurs d'étudier les processus biologiques à l'aide de cellules et de tissus dans des conditions contrôlées.
Connaissez-vous les -oïdes ?
Les sphéroïdes, les tumoroïdes et les organoïdes sont de minuscules amas tridimensionnels de cellules cultivées artificiellement en laboratoire à partir de cellules humaines (ou non humaines). Contrairement aux cultures cellulaires plates traditionnelles, ces modèles 3D imitent mieux l'architecture et les interactions intercellulaires que l'on trouve dans les tissus humains vivants. Ils vont des modèles plus simples et plus faciles à produire (sphéroïdes) qui ne présentent pas de différenciation spatiale, à des structures plus complexes qui imitent plus fidèlement les parties fonctionnelles des organes (organoïdes).
- Les sphéroïdes sont des amas de cellules qui s'assemblent spontanément et reproduisent la structure et la fonction de petits fragments de tissu, comme une partie du cerveau.
- Les tumoroïdes sont cultivés directement à partir d'un échantillon de tumeur prélevé sur un patient, conservant ainsi la diversité cellulaire et les caractéristiques du cancer d'origine.
- Les organoïdes sont des versions simplifiées de parties fonctionnelles d'organes, souvent cultivées à partir de cellules souches (cellules pouvant se développer en de nombreux types cellulaires différents), permettant aux scientifiques d'étudier le développement humain et les maladies.
En fournissant de nouvelles technologies pertinentes pour l'être humain qui permettent aux chercheurs d'étudier des questions spécifiques relatives à la biologie humaine, ces modèles favorisent le remplacement de l'expérimentation animale et la réduction du nombre d'animaux utilisés dans la recherche biomédicale.
Remplacement de l'utilisation d'animaux dans les tests chimiques sur le développement cérébral
Recherche menée par le Dr David Pamies, directeur du Centre de recherche sur les cellules souches et les organoïdes de l'Université de Lausanne.
Il existe des preuves substantielles que les produits chimiques présents dans notre environnement peuvent nuire au développement du cerveau, en particulier pendant la période de développement cérébral qui s'étend du début de la grossesse jusqu'à environ 25 ans. Pourtant, la grande majorité des produits chimiques commercialisés n'ont jamais été testés pour ces effets.
Pourquoi ? Les tests traditionnels de neurotoxicité développementale (effets néfastes sur le cerveau en développement) nécessitent un grand nombre d'animaux et des ressources importantes. Cela constitue un obstacle majeur aux tests de sécurité de routine pour de nombreux produits chimiques.
Le défi
Les organismes de réglementation, tels que l'EFSA (Autorité européenne de sécurité des aliments), l'EPA (Agence américaine de protection de l'environnement) et l'OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques), encouragent fortement l'adoption de nouvelles méthodes alternatives (NAM). Il s'agit d'approches complémentaires à l'utilisation d'animaux dans la recherche, notamment des méthodes telles que les organes sur puce (petits dispositifs dotés de canaux permettant aux fluides de circuler à travers des cellules humaines, simulant ainsi certains aspects des organes), l'utilisation d'-oïdes et les modèles computationnels.
L'approche des 3R
Le Dr Pamies et son équipe ont mis au point des sphéroïdes cérébraux humains, de minuscules micro-tissus en 3D dérivés de cellules souches humaines. Après huit semaines de développement en laboratoire, ces sphéroïdes contiennent trois types de cellules cérébrales essentielles :
- Les neurones, qui transmettent les signaux électriques
- Les astrocytes, qui soutiennent et protègent les neurones
- Les oligodendrocytes, qui produisent la myéline (la couche isolante qui aide les signaux à se propager plus rapidement le long des fibres nerveuses)
La présence de myéline est particulièrement importante. La myélinisation, processus de formation de cette couche isolante, est une étape cruciale du développement cérébral. Si les animaux produisent naturellement de la myéline, la recréer in vitro dans des modèles de culture cellulaire est techniquement difficile, ce qui complique la vérification de l'impact des produits chimiques sur la myélinisation sans recourir à l'expérimentation animale.
Dans ce modèle sphéroïde, les chercheurs peuvent exposer les cellules cérébrales à des produits chimiques à des concentrations définies et mesurer les effets sur la santé, le fonctionnement et la myélinisation des cellules dans des conditions contrôlées.
Pertinence des 3R
Alors que les organismes de réglementation ont proposé une série de tests en laboratoire pour évaluer si les produits chimiques nuisent au développement du cerveau, il n'existe toujours pas de méthode fiable pour tester leurs effets sur la myélinisation. Le modèle sphéroïde de l'équipe du Dr Pamies, qui produit de la myéline, contribue à combler cette lacune.
Les sphéroïdes cérébraux humains favorisent la réduction en offrant une alternative qui permet de tester de nombreux produits chimiques avec moins d'animaux. Ces sphéroïdes sont particulièrement utiles pour les approches de remplacement dans la recherche sur la neurotoxicité développementale, où les différences entre les espèces en termes de calendrier et de processus de développement cérébral, tels que la myélinisation, peuvent rendre difficile l'application des résultats des études animales à l'être humain.
Remplacement de l'utilisation d'animaux dans la recherche sur le cancer du cerveau chez les enfants
Recherche menée par le Prof. Javad Nazarian, MD, professeur à l'Université de Zurich, directeur du centre de recherche DIPG/DMG à l'hôpital universitaire pédiatrique de Zurich.
Le défi
Le gliome diffus de la ligne médiane (DMG) est un type de tumeur cérébrale très agressif qui touche principalement les enfants âgés de 5 à 9 ans. Comme la tumeur se développe dans le tronc cérébral (la partie du cerveau qui contrôle les fonctions vitales telles que la respiration et le rythme cardiaque), il n'est pas possible de la retirer chirurgicalement.
Les approches traditionnelles reposent sur l'analyse d'un seul échantillon tumoral, l'examen de son ADN afin de détecter des mutations (modifications de l'ADN) qui pourraient être ciblées par des médicaments spécifiques, guidant ainsi le traitement. Cependant, ces tumeurs évoluent rapidement. En quelques mois, ces mutations peuvent changer radicalement, ce qui signifie que les décisions thérapeutiques basées sur l'échantillon initial peuvent ne plus être efficaces. Le développement de lignées cellulaires en laboratoire pour tester des médicaments à l'aide de méthodes traditionnelles prend entre 8 et 10 semaines, et les médicaments prometteurs sont ensuite généralement testés sur des modèles animaux en implantant des cellules tumorales chez des souris (xénogreffes). Ce processus est souvent trop long pour éclairer les décisions cliniques concernant les patients dont le temps est limité.
L'approche des 3R
Pour remédier à cela, le groupe du Dr Nazarian développe des tumoroïdes et des organoïdes dérivés de patients, cultivés à partir de petits échantillons prélevés lors d'une intervention chirurgicale. Ces mini-tumeurs en 3D conservent les caractéristiques clés du cancer d'origine, notamment la combinaison des types de cellules et leur vitesse de croissance. En 2 à 4 semaines, les chercheurs peuvent tester en parallèle de nombreux médicaments ou combinaisons sur les cellules d'un même patient et observer la réponse de la tumeur. Ils utilisent également des dispositifs microfluidiques (de petites plateformes qui traitent de minuscules quantités de liquide, permettant un contrôle précis de l'environnement cellulaire) qui cultivent les cellules des patients sous forme de sphéroïdes. Ces dispositifs permettent aux chercheurs de surveiller visuellement la réponse des cellules aux médicaments en temps réel. Cela accélère considérablement le processus, depuis le prélèvement de l'échantillon tumoral jusqu'à la recommandation de traitement.
Pertinence des 3R
Les tumoroïdes et organoïdes dérivés de patients favorisent le remplacement et la réduction en fournissant un modèle humain capable de répondre aux questions de recherche préliminaires sans recourir immédiatement à des animaux. Même si des expériences sur des animaux peuvent encore être nécessaires, les données issues des tumoroïdes utilisant ce modèle peuvent aider à réduire le nombre d'options thérapeutiques les plus prometteuses, ce qui permet de réduire le nombre d'animaux utilisés dans les expériences de suivi.
Remplacement de l'utilisation d'animaux dans la recherche sur le TDAH
Recherche menée par Prof. Dr Edna Grünblatt, professeure à l'université de Zurich, responsable de la psychiatrie moléculaire translationnelle au département de psychiatrie et psychothérapie de l'enfant et de l'adolescent, hôpital psychiatrique universitaire de Zurich.
Le défi
Le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité (TDAH) touche environ 7 % de la population et se caractérise par un retard de maturation cérébrale.
Le TDAH est souvent traité avec du méthylphénidate, le traitement le plus courant en Europe. Chez les personnes qui ne souffrent pas de TDAH, le méthylphénidate peut agir comme un psychostimulant, augmentant l'activité et la vigilance. Chez de nombreuses personnes atteintes de TDAH, il a l'effet inverse sur le comportement, améliorant la concentration et réduisant l'hyperactivité. Cette contradiction apparente soulève des questions sur la manière dont le cerveau des personnes atteintes de TDAH diffère au niveau cellulaire et sur la manière dont le méthylphénidate agit dans ce contexte.
Pour étudier ces questions, les chercheurs ont besoin de modèles qui reflètent plus fidèlement le développement et la génétique du cerveau humain que ne le permettent les expériences traditionnelles sur les animaux.
L'approche des 3R
Le groupe du professeur Grünblatt utilise des cellules souches pluripotentes induites (iPS) prélevées sur des patients et des témoins sains, puis reprogrammées en laboratoire à un stade précoce de développement, à partir duquel elles peuvent être cultivées pour former des types cellulaires spécifiques. À partir de ces iPS, l'équipe génère des cellules souches neurales et des neurones corticaux (cellules cérébrales provenant de la couche externe du cerveau) spécifiques à chaque patient.
Cette approche permet aux scientifiques de comparer directement en laboratoire les cellules cérébrales provenant de patients atteints de TDAH avec celles provenant de témoins sains.
L'équipe a observé des changements dans la voie de signalisation Wnt dans les cellules des patients atteints de TDAH. Une voie est une série d'événements moléculaires qui contrôlent le comportement des cellules. Dans ce cas, la voie de signalisation Wnt joue un rôle central dans la façon dont les cellules cérébrales se développent, se divisent, se spécialisent et forment des connexions.
Les résultats préliminaires ont montré que le méthylphénidate influence la façon dont les cellules souches neuronales prolifèrent (se divisent) et se différencient (mûrissent en neurones). Dans les cellules des patients atteints de TDAH, le méthylphénidate a augmenté la prolifération cellulaire par rapport aux cellules TDAH non traitées. Dans les cellules témoins saines, aucun changement n'a été observé. Cela suggère que la voie Wnt contribue à la façon dont le méthylphénidate affecte les cellules des patients atteints de TDAH, bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour clarifier pleinement le mécanisme.
Pertinence des 3R
En utilisant des cellules humaines spécifiques au patient dans une boîte de Petri, cette recherche incarne le principe de remplacement et de réduction. Le TDAH impliquant des caractéristiques propres à l'être humain, les expériences sur les animaux ne peuvent pas couvrir entièrement le besoin d'étudier ce trouble et d'identifier de nouvelles approches thérapeutiques.
Ces projets de recherche illustrent l'évolution actuelle dans la manière dont la recherche en neurosciences est menée. Les méthodes non animales basées sur l'être humain ne sont plus seulement des idées prometteuses : elles sont activement développées et appliquées pour répondre à des questions importantes sur la santé et les maladies du cerveau. Ces progrès montrent que les 3R, en tant que principes directeurs, sont de plus en plus mis en œuvre dans la pratique. À mesure que ces approches continuent de mûrir, elles ouvrent la voie à un avenir des neurosciences à la fois plus efficace pour comprendre le cerveau et plus humain.
Cet article s'appuie sur les recherches présentées lors du webinaire suisse 3RCC intitulé « Replacement in Neuroscience » (Remplacement en neurosciences), qui s'est tenu le 13 novembre 2025.