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Peut-on se passer des modèles animaux?

Peut-on se passer des modèles animaux?

26.10.2017, par
La transparence du poisson zèbre est propice à l'étude des vertébrés.
Contribution majeure aux progrès de la biologie et de la médecine, l’expérimentation animale reste la cible de critiques, malgré un encadrement de plus en plus strict. Espèces concernées, protocoles mis en place, méthodes alternatives... CNRS Le journal fait le point sur cet enjeu capital de la recherche contemporaine.

Dans son Traité de la maladie sacrée, Hippocrate écrivait à propos de l’épilepsie : « On peut reconnaître la vérité de ceci sur les brebis, qui sont sujettes à être attaquées de cette maladie, et surtout sur les chèvres chez qui elle est très fréquente. Si on ouvre la tête d’une chèvre, on trouve le cerveau humide, plein d’eau et exhalant une mauvaise odeur. D’où il ressort évidemment que ce n’est pas un dieu qui afflige ici le corps, mais bien la maladie. Il en est de même pour l’homme1. » Celui que l’on considère comme le père de la médecine était ainsi le premier à décrire et utiliser un modèle animal pour observer et tenter d’expliquer2 les causes physiques d’une maladie humaine qu’on pensait d’origine surnaturelle. Il faudra attendre la naissance du clone Dolly pour que le modèle brebis retrouve brièvement la faveur des chercheurs, mais 2 500 ans plus tard, cette méthode d’investigation et d’observation des organismes vivants demeure l’un des piliers de la recherche biologique et médicale contemporaine : les modèles animaux ont été à l’origine de plus de 70 prix Nobel, et de la plupart des avancées biomédicales des 150 dernières années. Cela va du modèle du lapin qui a permis à Pasteur d’inventer le vaccin contre la rage, à celui de la mouche drosophile grâce auquel Jules Hoffmann, prix Nobel 2011, a dévoilé les mécanismes de l’immunité innée, en passant par le modèle du rat avec lequel John O’Keefe, May-Britt Moser et Edvard Moser, nobélisés en 2014, ont compris comment le cerveau traite l’information spatiale.

L’instauration d’un cadre

Toutefois, s’ils ont connu un essor extraordinaire depuis la Seconde Guerre mondiale, ces modèles ont également montré certaines limites, et de plus en plus de voix se sont élevées pour condamner l’exploitation irraisonnée des animaux et réclamer une meilleure prise en compte de leur souffrance. Bien avant que cette demande ne prenne de l’ampleur, la communauté scientifique a tenté d’y répondre en établissant dès la fin des années 1950 une règle visant à réduire au strict minimum le recours aux animaux.
 

Avec les études sur les tissus, les cellules et les molécules biologiques, l’utilisation des modèles animaux fait partie des principaux outils à la disposition du biologiste.

C’est d’ailleurs dans ce cadre philosophique et sous la pression grandissante du public que les législateurs ont élaboré depuis une trentaine d’années de nouvelles lois, directives et recommandations éthiques encadrant de plus en plus sévèrement le recours à l’animal dans la recherche, fixant même comme objectif ultime le remplacement de toute expérimentation sur les vertébrés par des méthodes substitutives. Un but que la plupart des chercheurs n’estiment toutefois pas réaliste, même à long terme, si ce n’est au prix d’un ralentissement sensible des progrès de la recherche biomédicale et d’une diminution drastique de la sécurité sanitaire.

Avec les études sur les tissus, les cellules et les molécules biologiques, l’utilisation des modèles animaux fait partie des principaux outils à la disposition du biologiste pour interroger et comprendre le vivant. Elle seule permet d’étudier les réponses intégrées d’un organisme ainsi que les interactions entre cellules, tissus et organes qui le composent. Elle seule permet aussi, sans recourir à l’expérimentation sur l’homme, d’analyser les causes des maladies, d’envisager des traitements et d’en tester l’efficacité. Au fondement de toute expérimentation animale, il y a un organisme qui va servir de modèle à un autre, plus sensible, moins accessible ou plus difficilement manipulable.

Les souris transgéniques de l'Institut clinique de la souris (ICS) constituent des modèles de référence pour l'étude de certaines pathologies humaines.
Les souris transgéniques de l'Institut clinique de la souris (ICS) constituent des modèles de référence pour l'étude de certaines pathologies humaines.

« Du point de vue scientifique, on choisit un modèle animal selon trois critères principaux : d’abord la similitude du modèle avec les caractéristiques du phénomène étudié chez l’espèce cible – souvent l’homme –, ensuite, en recherche biomédicale, le degré de similitude entre le mécanisme biologique de la maladie humaine étudiée et celui du modèle lui-même, enfin en recherche préclinique, la similitude des réponses à un traitement pharmacologique, explique le généticien Yann Hérault3. Un modèle animal est aussi la résultante d’un ensemble de données génétiques, de l’interaction de son génome avec l’environnement dans lequel il est étudié et des approches méthodologiques mises en œuvre pour l’analyser. »

La spécialisation des modèles

À partir des années 1950, l’expansion de la recherche biomédicale va en effet aller de pair avec la multiplication et la spécialisation des modèles animaux, débouchant sur des avancées majeures dans tous les domaines de la biologie, tant fondamentaux qu’appliqués. Au modèle brebis d’Hippocrate vont ainsi s’ajouter la souris, le lapin, le rat, le poulet, le poisson zèbre, le macaque, etc., ainsi que les superstars des modèles invertébrés : la mouche drosophile et le ver nématode.
 

Aujourd’hui, la qualité de vie d’un poisson zèbre en laboratoire fait l’objet d’infiniment plus d’attention que celle des milliers de poissons qui finissent asphyxiés ou mutilés dans les filets de la pêche industrielle.

La place des modèles animaux dans les sciences biologiques et médicales ne va cesser de s’accroître tout au long du xxe siècle, le nombre d’articles scientifiques y faisant référence atteignant un record au cours des années 1990. D’autant qu’en plus de s’être diversifiés et spécialisés, ces modèles ont connu récemment une évolution majeure avec l’usage d’animaux génétiquement édités, grâce auxquels des variations génétiques fines permettent de modéliser encore plus précisément des mécanismes physiopathologiques de plus en plus nombreux. On peut citer l’exemple de ces souris génétiquement modifiées de manière à ce qu’elles puissent être infectées par la bactérie listeria, fournissant un modèle pour étudier la listériose humaine.

Cette spécialisation des modèles a poussé les chercheurs à créer des banques d’animaux modèles. « Principalement constituées de gamètes ou d’œufs congelés, ces banques contiennent des modèles animaux de référence, possédant des caractéristiques phénotypiques et génétiques bien définies et déjà décrites dans la littérature scientifique, précise Yann Hérault, qui a été directeur du laboratoire Transgenèse et archivage d’animaux modèles4, à Orléans. Elles permettent, en les conservant dans des bases de données informatiques interrogeables à distance, de garantir la préservation des caractéristiques génétiques et des informations zootechniques sur ces modèles, ainsi que de les rendre largement accessibles à la communauté scientifique. »

Gamètes et oeufs de souris sont conservés au département animalerie de l'ICS, à Illkirch-Graffenstaden, au sud de Strasbourg.
Gamètes et oeufs de souris sont conservés au département animalerie de l'ICS, à Illkirch-Graffenstaden, au sud de Strasbourg.

Entre épistémologie et éthique

Reste qu’en dépit de sa contribution incomparable aux progrès de la biologie et de la médecine, le recours aux modèles animaux est désormais la cible de critiques de plus en plus virulentes, tant sur le plan épistémologique qu’éthique. « La biologie moderne s’est construite sur le constat de l’unité du vivant. Le fait que nos gènes possèdent 60 % d’homologie avec ceux de la mouche drosophile et 90 % avec ceux de la souris nous a permis, grâce à l’expérimentation animale, d’élucider plusieurs mécanismes physiologiques fondamentaux et certaines pathologies, mais il reste délicat de postuler que ce qui se passe dans le cerveau d’un poisson ou d’un rongeur modélise parfaitement tout ce qui se passe dans celui d’un humain ; ainsi le recours à des primates modèles est parfois indispensable pour étudier des processus neurobiologiques ou comportementaux complexes, explique le chercheur Jean-Stéphane Joly5. Devant le nombre de plus en plus grand d’organismes modèles à sa disposition, le biologiste se doit aujourd’hui de bien s’interroger sur la pertinence de celui ou ceux qu’il va choisir pour répondre à la question qu’il se pose. » Toutefois, bien plus que les interrogations sur la validité et la valeur prédictive des modèles animaux, ce sont celles concernant le statut et le bien-être de l’animal qui, trouvant un écho croissant auprès de la population, ont fini par mettre l’expérimentation animale sur la sellette.
 

Les espèces utilisées en France. Source : Enquête nationale 2014, ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche.
Les espèces utilisées en France. Source : Enquête nationale 2014, ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche.

Des méthodes substitutives

La communauté scientifique n’a d’ailleurs pas attendu que le grand public et le législateur s’y intéressent pour réfléchir aux problèmes éthiques posés par l’expérimentation animale et à l’élaboration de méthodes alternatives. Ainsi, dans leur ouvrage The Principles of Humane Experimental Technique, William Russell et Rex Burch ont défini dès 1959 la règle dite « des 3 R ». Celle-ci consiste à développer et à favoriser les méthodes d’investigation pouvant se substituer à l’utilisation de l’animal (Replacement, substitution en français), mais aussi celles capables de réduire le nombre d’animaux utilisés (Reduction) ou encore de diminuer la douleur ou le stress imposés à ces animaux (Refinement, raffinement ou amélioration en français). Cette philosophie des 3 R va de fait servir de cadre à la communauté scientifique, mais également inspirer la plupart des recommandations éthiques, règlements et lois élaborés depuis pour réguler le recours à l’expérimentation animale.

Dans les 3 R, le premier R désigne donc les méthodes qui évitent l’utilisation d’une espèce animale donnée dans un domaine où elle était jusqu’alors nécessaire. Cette substitution peut consister en un remplacement d’animaux vertébrés, dont la sensibilité est considérée comme élevée, par des animaux dont le potentiel de perception de la douleur est réputé moins grand, comme certains invertébrés notamment.

« Pour les remplacements “complets” d’animaux, on peut par exemple envisager des méthodes d’investigation passant par un dispositif in vitro faisant interagir des éléments biologiques comme les tissus, les cellules, les organites, les biomolécules, ou par un dispositif ex vivo constitué d’un organe bio-artificiel (aussi appelé organoïde) obtenu à partir de cultures de cellules-souches, ou bien encore par des dispositifs in silico ou organ-on-a-chip6 réalisant des simulations bio-informatiques basées sur la modélisation mathématique des données biologiques », indique Jean-Stéphane Joly.

Substitut de peau humaine créé in vitro à partir de cellules extraites lors d'une biopsie. Cette technique permet de limiter les tests in vivo sur les animaux.
Substitut de peau humaine créé in vitro à partir de cellules extraites lors d'une biopsie. Cette technique permet de limiter les tests in vivo sur les animaux.

Les outils de ce type se multiplient, tel l’I-Wire, un système bioélectronique qui permet d’étudier les propriétés biomécaniques du cœur humain. Composé d’un fil de cellules tendu entre deux supports sensibles, l’appareil réagit à certains médicaments de la même façon que le font les cellules du cœur. Grâce à ce système, les chercheurs espèrent mieux connaître l’effet du stress sur le cœur sans recours aux êtres vivants. « Les progrès potentiels sont importants, mais je préfère le terme de méthodes complémentaires à celui d’alternatives car, même quand elles seront parfaitement au point – et elles ne le sont pas encore –, aucune ne sera en mesure de fournir les réponses qu’apporte aujourd’hui l’expérimentation sur des organismes entiers, tempère le chercheur. Ces méthodes pourront en revanche être combinées dans des approches intégratives combinant in vitro, ex vivo et in silico où l’animal ne sera utilisé qu’en dernier recours, lorsque les “alternatives” n’auront pas permis d’apporter les informations suffisantes. »

À ce titre, les méthodes de « substitution » s’apparentent de facto aux méthodes de réduction, le deuxième R, dont le but est de réduire le nombre d’animaux utilisés dans les études plutôt que de les éliminer complètement. « Ces méthodes de réduction sont déjà largement mises en œuvre dans nos laboratoires, rappelle le vétérinaire Ivan Balansard, délégué scientifique au bureau éthique et modèles animaux du CNRS7. Elles consistent en particulier à concevoir des plans d’expérience plus efficaces ainsi que des tests statistiques plus pertinents, qui vont permettre d’obtenir des résultats significatifs sur des effectifs réduits. Elles passent aussi par le partage de banques de données de résultats expérimentaux, la création de centres de ressources d’animaux modèles au génome ou au phénotype bien établi, ainsi que par la réutilisation d’animaux. » On notera que, par la quantité inédite d’informations qu’il permet de recueillir, l’essor récent des techniques « omiques8 » de mesure à haut débit du matériel génétique ou des protéines permet, lui aussi, un usage plus parcimonieux des animaux.

Diminuer stress et douleurs

Enfin, les méthodes relevant du troisième R (Refinement, soit amélioration) désignent les modifications apportées aux conditions d’élevage ainsi qu’aux procédures expérimentales et d’observation dans le but de réduire le stress et la douleur des animaux utilisés. Elles se traduisent par exemple par l’utilisation de techniques d’exploration non invasives telles que l’imagerie RMN, la télémétrie, le recours systématique à l’anesthésie, l’évaluation comportementale, notamment. Ce sont également toutes les bonnes pratiques de zootechnie9 qui améliorent la vie des animaux tout en augmentant la validité des modèles.

Ce babouin de Guinée participe à des tests d'intelligence via un dispositif dans lequel il peut entrer librement, à la station de primatologie du CNRS.
Ce babouin de Guinée participe à des tests d'intelligence via un dispositif dans lequel il peut entrer librement, à la station de primatologie du CNRS.

En France, les deux premiers R sont inscrits dans le Code rural depuis 1987. Celui-ci a été complété en 2013 par six décrets transposant la directive européenne 2010/63/UE, qui établit la règle des 3 R comme cadre de toute recherche animale. Ainsi, cette réglementation protège tous les vertébrés (et les céphalopodes), dont elle régule les conditions d’élevage, et soumet toute utilisation d’animaux à l’approbation d’un comité d’éthique agréé. Elle ne s’applique toutefois pas aux autres invertébrés comme les insectes. Elle restreint par ailleurs fortement le recours aux primates modèles et aux carnivores (chiens, chats et furets) et interdit l’utilisation des grands singes.

Des personnels bien formés

Ces nouvelles règles ont été parfaitement intégrées par la communauté scientifique. « En France, et plus généralement en Europe, la recherche animale repose sur des personnels bien formés dans des structures réglementées, s’efforçant d’utiliser les méthodes les moins invasives possible, avec des protocoles standardisés, robustes, reproductibles et surtout respectueux du bien-être animal, de l’éthique et plaçant la règle des 3 R au centre de leur réflexion, témoigne Yann Hérault. De plus en plus de protocoles sont organisés en batterie, donnant un tableau clinique basé sur plus de 200 paramètres physiologiques et comportementaux pour chaque individu, en minimisant le mal-être, en affinant les méthodes et en réduisant le nombre d’animaux étudiés. »

Objet des études en France et sévérité des procédures. Source : Enquête nationale 2014, ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche.
Objet des études en France et sévérité des procédures. Source : Enquête nationale 2014, ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche.

Ces progrès et ces réglementations sont néanmoins jugés insuffisants par une partie du public. L’initiative citoyenne européenne (ICE) « Stop Vivisection », prônant notamment l’interdiction de toute expérimentation sur l’animal au profit de méthodes substitutives, a été lancée en 2012 et signée par 1,17 million de citoyens de l’UE. Outre la guérilla que mènent certains activistes contre les centres de recherche animale, les scientifiques supportent assez mal le procès d’intention qui leur est fait quant à leur supposée indifférence au bien-être animal. « Nous ne sommes ni des sadiques, ni des robots, souligne Guillaume Masson, directeur du Centre d’exploitation fonctionnelle et de formation en primatologie10. Quand on travaille quasi quotidiennement avec un groupe de macaques pendant plusieurs mois voire années, on s’attache fortement à eux, on fait tout pour leur rendre la vie pas seulement supportable, mais agréable, comme le ferait un maître aimant pour son compagnon animal. » Et quoiqu’ils comprennent et acceptent la multiplication des contrôles encadrant l’expérimentation, certains chercheurs s’interrogent sur les priorités du législateur. « Nous respectons scrupuleusement toutes les règles européennes et françaises dans nos expériences sur les poissons zèbres, pointe la généticienne Laure Bally-Cuif, directrice adjointe du laboratoire Bases génétiques, moléculaires et cellulaires du développement11. Je note cependant qu’en Europe, aujourd’hui, la qualité de vie d’un poisson zèbre en laboratoire fait l’objet d’infiniment plus d’attention que celle des milliers de poissons qui finissent asphyxiés ou mutilés dans les filets de la pêche industrielle. »

L’inquiétude des chercheurs

Dans la réponse qu’elle a publiée en 2015 à l’ICE « Stop Vivisection », la Commission européenne jugeait prématuré un bannissement immédiat, mais elle concédait « partager la conviction que l’expérimentation animale doit être progressivement supprimée en Europe ». Une position12 qui inquiète beaucoup les chercheurs, car peu d’entre eux croient qu’on pourra un jour, même à long terme, se passer totalement des études sur les modèles animaux.
 

Dans le développement de nouveaux médicaments, renoncer à l’expérimentation sur un ou plusieurs modèles animaux revient à reporter le risque sur l’être humain.

En réalité, l’interdiction complète des tests sur l’animal est déjà appliquée en Europe depuis 2009 dans le domaine des produits cosmétiques, et cela pourrait un jour poser problème : « En cosmétologie, les tests peuvent être pratiqués sur des cultures isolées de peau humaine – la technique est assez bien maîtrisée –, mais il faut savoir que cette peau bio-artificielle ne comporte ni poils, ni terminaisons nerveuses, ni vaisseaux sanguins, bref rien de tout ce qui fait de la peau un organe et pas un simple tissu, insiste Jean-Stéphane Joly. Ainsi, les tests pratiqués vont pouvoir nous dire si tel ou tel produit est irritant ou localement cancérigène, mais nous ne saurons pas si d’éventuelles nanoparticules entrant dans sa composition peuvent gagner la circulation sanguine et interférer avec notre système immunitaire. »

Dans le développement de nouveaux médicaments, renoncer à l’expérimentation sur un ou plusieurs modèles animaux revient à reporter le risque sur l’être humain. Le scandale de la thalidomide, cet anti-nauséeux prescrit dans les années 1950 aux femmes enceintes et qui a entraîné la naissance de dizaines de milliers d’enfants malformés, illustre dramatiquement ce risque. La molécule avait été testée sur des rates gravides, sans qu’aucun effet tératogène ne soit détecté. Or, la thalidomide n’est pas métabolisée de la même manière par les rongeurs et par les primates. « Il faut se méfier de la facilité du modèle animal unique et généraliste, prévient Ivan Balansard. On viole aussi l’éthique en utilisant un modèle inadéquat ! »

Expérience sur un ver nématode. C'est grâce à ce modèle animal que fut découvert le mécanisme de mort cellulaire programmée, à l'origine du prix Nobel de médecine, en 2002.
Expérience sur un ver nématode. C'est grâce à ce modèle animal que fut découvert le mécanisme de mort cellulaire programmée, à l'origine du prix Nobel de médecine, en 2002.

Depuis le désastre de la thalidomide, le recours à une espèce « non-rongeur » est devenu obligatoire dans les essais précliniques des médicaments. « La difficulté est la même pour la recherche fondamentale, où se restreindre à l’étude des molécules, des cellules et des tissus risque de freiner – si ce n’est de stopper – tout progrès dans notre compréhension de la mécanique et des interactions complexes entre constituants qui caractérisent tout organisme vivant, poursuit le chercheur. Même si de nouvelles approches et des méthodes d’exploration révolutionnaires émergent, l’utilisation de modèles animaux demeurera encore longtemps indispensable au progrès scientifique et médical. La recherche biologique en a besoin car c’est tout simplement le seul moyen dont nous disposons pour observer et comprendre le fonctionnement de l’organisme et des grandes maladies systémiques comme le cancer. Bien entendu, cette recherche doit se faire dans le plus grand respect des règles d’éthique et de bien-être animal. »

Notes
  • 1. Le Serment ; la loi ; de l’art ; du médecin..., Hippocrate, traduction Charles Daremberg, Paris, Lefèvre, 1843, 566 p., p. 482.
  • 2. Sa méthode expérimentale a fait florès mais la théorie des humeurs qu’il en tira s’est avérée complètement fausse.
  • 3. Directeur scientifique de l’Institut clinique de la souris, à l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS/Inserm/Université de Strasbourg).
  • 4. CNRS.
  • 5. Chercheur à l’Institut des neurosciences Paris-Saclay (CNRS/Univ. Paris-Sud/CEA/Inra/Inserm/Univ. Jean-Monnet).
  • 6. Organe sur puce électronique.
  • 7. Il est également directeur adjoint du Centre d’exploitation fonctionnelle et de formation en primatologie (CNRS/Aix-Marseille Université).
  • 8. Techniques à haut débit permettant une analyse simultanée d’un grand nombre de variables, elles comprennent notamment la génomique, la transcriptomique (expression des gènes et leur régulation), la protéomique (analyse des protéines) et la métabolomique (étude des métabolites produits).
  • 9. La zootechnie est l’ensemble des sciences et techniques mises en œuvre dans l’élevage, la sélection et la reproduction des animaux domestiques.
  • 10. Unité CNRS/Aix-Marseille Université.
  • 11. Unité CNRS/Institut Pasteur.
  • 12. Faisant l’objet d’une plainte de « Stop Vivisection » auprès du Médiateur européen, cette réponse de la Commision a été jugée bien fondée dans une décision du 18 avril 2017.
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Auteur

Yaroslav Pigenet

Journaliste scientifique

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