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Nous pouvons faire encore mieux

Nous savons que le Programme de toxicologie scientifique (PTS) est perfectible, que de nombreuses remarques peuvent nous être opposées. Nous avons nous-mêmes repéré plusieurs de ces défauts, que nous exposons et auxquels nous proposons des solutions. Un PTS bis, plus performant, pourrait donc voir le jour très vite si nous disposions des moyens nécessaires. La technique existe, nous sommes prêts à apporter nos compétences, qu'attendent les autorités pour déployer la volonté politique ?

Ce n'est pas à nous que l'on pourra reprocher de nous endormir sur nos lauriers ! Nous avons démontré que le PTS est viable et fiable, qu'il constitue un outil autrement plus intéressant que l'expérimentation animale ou que les méthodes substitutives, à tous points de vue : coût, rapidité, intérêt des résultats pour garantir la santé humaine, aucun problème moral comme celui que représente le sacrifice - inutile ! - d'animaux. Mais nous savons qu'il est largement possible de le perfectionner et nous présentons un petit inventaire, qui ne se prétend pas exhaustif, des critiques que l'on pourrait lui faire.

Gardons présent à l'esprit que tout a été mis en place à notre demande, pour réaliser ces expériences, ce qui représente un coût très supérieur à ces mêmes tests réalisés dans des laboratoires où tout aurait déjà été en place pour les faire en routine. Le problème du coût a donc été notre principal facteur limitant, sans lequel nous aurions déjà mis en oeuvre bon nombre des améliorations que nous proposons.

Choix des cellules

Le choix des produits soumis aux tests a déterminé le choix des lignées cellulaires, sélectionnées en fonction des organes et tissus les plus susceptibles d'être les cibles de ces substances. Un organe qui, dans le corps, est non seulement en contact avec les substances mais, de plus, les modifie et produit lui-même d'autres substances à partir de celle d'origine, est le foie. Choisir une lignée cellulaire hépatique s'imposait donc. D'autre part, on sait que 80% des insecticides ciblent la communication neuronale chez les insectes. Afin de vérifier si ces substances ont aussi un impact sur le système nerveux humain, nous avons donc choisi aussi une lignée neuronale.

On pourra nous objecter que d'autres organes peuvent être affectés par les substances avec lesquelles nous sommes en contact : intestin, rein, poumon si la substance est dans l'air, sang. Bien sûr, si le PTS était adopté officiellement, des cellules de ces différents organes devraient aussi faire l'objet d'une exposition à la substance, ainsi qu'à ses métabolites après exposition des cellules hépatiques. Si nous n'avons exposé que deux types cellulaires, c'est pour des raisons de coût.

Choix des cellules tumorales

HepG2 est une lignée dérivée d'un hépatocarcinome, d'usage très courant dans des études de biochimie et de biologie cellulaire du foie. SH-SY5Y est une lignée dérivée d'un neuroblastome, également très étudiée comme modèle neurocellulaire. Ces lignées sont dites "établies", c'est-à-dire immortelles (elles peuvent se diviser à l'infini) et "transformées" (la division échappe à tout contrôle).

On pourra nous objecter que les cellules tumorales ont perdu certaines caractéristiques des cellules normales dont elles sont dérivées et en ont acquis d'autres. C'est exact. Ce phénomène est bien connu. Pourtant, les lignées retenues ont gardé les caractères biologiques essentiels pour nos objectifs. Là encore, c'est le coût qui nous a empêché de tester également des lignées dites "primitives", c'est-à-dire issues de biopsies non cancéreuses. Contrairement aux lignées établies, disponibles en abondance dans le commerce, l'approvisionnement en lignées primitives devrait se faire auprès des hôpitaux et serait problématique. Aussi, nous proposons que le recours aux lignées établies soit considéré comme le standard et que le recours aux lignées primitives soit réservé aux substances avec lesquelles notre probabilité d'être en contact dépasse un seuil à définir.

Nous conseillons aussi d'étudier l'expression des gènes de cellules établies en-dehors de toute exposition à des substances, de façon à mieux connaître notre modèle et ses limites.

Le corps n'est pas la somme des cellules

C'est exact, et nous avons déjà fait remarquer que l'organisme pouvait avoir des moyens de lutter contre les effets de la substance, moyens que les cellules isolées n'auraient pas. Toutefois, l'une de nos innovations, à savoir, exposer les cellules neuronales au milieu de culture des cellules hépatiques et non à la substance directement, permet de lever partiellement cette objection. Nous avons un certain nombre de données sur notre physiologie et sur le parcours des molécules dans le corps pour imaginer des conditions expérimentales qui reproduisent le plus fidèlement possible les conditions physiologiques. Une fois les tests faits avec le plus de précautions possibles, il sera inévitable de faire un essai sur des individus volontaires, comme cela se pratique aujourd'hui en routine pour les médicaments. Nous sommes convaincus que ces volontaires courront moins de risques après évaluation de la molécule par le PTS qu'après évaluation par des tests sur animaux.

Choix des gènes

Nous avons choisi 51 gènes dans une liste initiale de 1100 gènes humains dont les activités sont connues dans la neutralisation d'une substance agressive pour la cellule (détoxification), son élimination (excrétion), la réparation des dommages qu'elle a occasionnés (sur l'ADN, sur des protéines…), la sécurisation de la cellule face à l'agression (réponse au stress, adaptation du métabolisme), etc.

On pourra nous objecter que 51 gènes sur les 25 000 que compte notre génome, c'est bien peu. Que la répartition en 6 familles de marqueurs est quelque peu arbitraire. En effet, nombre de gènes classés dans une famille donnée ont également un rôle dans une, voire plusieurs autres familles. De plus, l'expression d'un gène est souvent couplée à celle d'un ou plusieurs autres gènes. Un gène donné peut ainsi être sollicité directement par la substance, ou indirectement via un autre gène qui agit sur le gène par ricochet.

Là encore, pour des raisons de coût, nous n'en avons pas mis davantage sur nos puces. Toutefois, comme nous l'avons expliqué, ces gènes n'ont pas été choisis au hasard ; ce sont des gènes clé. De plus, nous les avons choisis de façon à mettre en évidence des effets que nous supposions aux substances. Notre sélection de gènes est donc adaptée à évaluer des effets cancérigènes et neurotoxiques marqués. Nous sommes prêts à fournir des listes de gènes pour des projets d'évaluation de substances considérés comme moins toxiques. Bien sûr, pour des substances nouvelles dont on ignore totalement les possibles effets sur notre santé, on ne saurait se contenter de ces 51 gènes. Entre parenthèses, que l'on ne nous accuse pas d'avoir influencé les résultats en raison des connaissances que nous avions au préalable sur les substances : les techniciens qui effectuaient les expériences ne savaient pas de quelle substance il s'agissait.

Temps d'exposition

Nos résultats sont un cliché instantané de ce qui se passait 24 et 48 heures après l'introduction de la substance dans le milieu de culture. Nous aurions bien voulu connaître la réponse des cellules à des temps d'exposition plus courts (dizaines de minutes, heures, pour observer sa réaction au choc) ou plus longs (de l'ordre de la semaine, pour observer un éventuel retour à la normale). C'est encore le coût qui limité nos initiatives.

Concentrations

Il serait intéressant d'examiner une gamme de concentration de la substance bien plus large, notamment du côté des très faibles concentrations pour examiner un éventuel effet "hormésis" (effet toxique important à des doses très faibles). Nous avions choisi comme concentration la plus élevée l'IC50 (concentration qui tue la moitié des cellules), craignant dans un premier temps des réponses cellulaires trop faibles. Au vu des résultats, nous aurions probablement pu nous contenter de choisir le dixième ou le centième de l'IC50, afin d'analyser plus finement la réponse de la cellule mise dans des conditions moins extrêmes. Mais il est très intéressant de noter que pour les substances pour lesquelles nous n'avions pas de données disponibles sur l'exposition humaine, les concentrations ont été calculées en fonction des DL50 de rongeurs (dose qui tue 50% des rongeurs d'un lot exposé à la substance). Plusieurs cultures de cellules ont été complètement décimées, preuve que les concentrations létales pour les cellules humaines peuvent être très différentes des concentrations létales pour les rongeurs. Nous avons ainsi dû recommencer nos expériences avec des concentrations bien plus faibles. Il est donc fortement à craindre, si des substances devaient être autorisées sur la foi d'expériences faites sur les rongeurs, que, d'une part, des substances non toxiques pour les rongeurs mais toxiques pour les humains seraient autorisées, et que, d'autres part, des substances faiblement toxiques pour les rongeurs seraient autorisées à des seuils qui s'avèreraient très toxiques pour les humains.

Une autre critique de nos expériences serait d'avoir exposé les cellules à des concentrations sans considération des concentrations physiologiques des substances. Cette critique est largement infondée. Les concentrations dites physiologiques sont dérivées des "doses journalières admissibles" (DJA) pour une personne. Or, la DJA apparaît comme une notion empirique, pour une série de raisons. D'abord, elle est dérivée, le plus souvent, des données de toxicité aiguë obtenues sur des modèles animaux, après correction pour tenir compte du poids et application d'un facteur correctif, données dont la pertinence pour l'homme est infondée. L'activité la plus dangereuse d'une substance, parce que la moins perceptible au court (semaines) et même moyen terme (mois, année), n'est pas la toxicité aiguë, mais celle qui se manifeste au bout de plusieurs années, voire de décennies, qui échappe évidemment au tests sur rongeurs. Ensuite, même si une personne est exposée en dessous du seuil de la DJA, son organisme peut être largement en excès par rapport à ce seuil, d'abord, du fait de la durée de vie de la substance dans l'organisme, qui peut se compter, pour certaines, en années (par exemple, la demi-vie du DDT chez l'homme est de 20 ans) et ainsi s'y accumuler ; d'autre part, du fait de sa concentration locale dans certains tissus ou organes, qui peut excéder de plusieurs ordres de grandeur la DJA. Par exemple, beaucoup de cancérigènes et pesticides sont solubles dans les tissus adipeux ou à forte teneur en lipides (cerveau) et peuvent s'y concentrer fortement. Ce confinement local peut convenir à plusieurs substances simultanément, qui peuvent ainsi inter réagir et donner lieu à des toxicités nouvelles. Il faut aussi tenir compte du polymorphisme humain, permettant à certains, mais pas à d'autres, de tolérer la DJA. Enfin, même la notion de dose est critiquable. Ainsi, une molécule d'hormone - ou d'analogue d'hormone trouvé dans notre environnement - qui pèse de l'ordre du millième du milliardième de milliardième de gramme, soit une dose dont la mesure est totalement hors de portée de nos balances, suffit pourtant à forcer une cellule réceptrice à se diviser et éventuellement à proliférer (c'est-à-dire à se diviser sans aucun contrôle).

Phase expérimentale

Concernant le matériel mis en œuvre dans la toxicogénomique, il est certain que la technique des puces à ADN est encore dans une phase évolutive. Dans ce travail, chaque test a été effectué en quadruple pour assurer une confiance raisonnable dans les résultats, encore renforcée en considérant l'ensemble des tests à deux concentrations, deux temps d'exposition et deux lignées cellulaires, soit 24 essais par substance. La sollicitation par la substance testée de plusieurs gènes impliqués dans une voie pathologique donnée est une garantie supplémentaire pour conclure au risque de la substance pour cette pathologie.

La technologie des puces à ADN subira certainement des mutations importantes en termes de précision, de facilité de mise en œuvre, d'exploitation des données et d'obtention des résultats. L'industrie des biotechnologies œuvre très activement dans cette direction. En attendant, et bien qu'encore largement artisanale, la toxicogénomique avec les puces disponibles aujourd'hui est une méthode parfaitement viable, nos résultats le prouvent. Attendre des améliorations techniques pour s'y investir serait une grave erreur en terme de protection de la santé et de position industrielle. Au contraire l'investissement massif ne pourra qu'en accélérer les progrès techniques. La génomique (et autres "omiques") en général, et la toxicogénomique en particulier, représentent une innovation majeure dans tous les domaines de la biologie et de la médecine, en passe de devenir incontournable pour qui veut rester dans la course dans ces disciplines.

Conclusion

Aucune des objections soulevées n'est insurmontable ; il suffit d'y mettre les moyens et, de toutes façons, il vaudrait déjà mieux utiliser le PTS en l'état plutôt que l'expérimentation animale.

De plus, le présent travail est basé sur une toxicogénomique à façon. Or, la méthode peut être complètement robotisée depuis la culture de cellules jusqu'à l'obtention du résultat final. Un grand nombre de plates-formes similaires peuvent être mises en œuvre en parallèle et gérées de façon intelligente par ordinateur, ouvrant la possibilité d'examiner simultanément nombre de substances et leurs mélanges, sur divers jeux de cellules en culture. Ceci est important, vu l'énormité de la tâche. En effet, rappelons que l'on dénombre dans le corps humain près de 250 types de cellules différentes, que notre génome renferme près de 25 000 gènes, dont plus de 1000 ont été identifiés comme révélateurs d'activités toxiques, que le patrimoine génétique de l'espèce humaine renferme nombre de sites dits "polymorphiques" (différents entre les individus), qui confèrent des activités biologiques particulières propres non à l'espèce mais à l'individu. Evaluer les risques toxiques pour les porteurs de ces variants génétiques est une capacité unique de la toxicogénomique. Il faut aussi explorer la toxicité de la substance à diverses concentrations et pour divers temps d'exposition. Et il faut aussi explorer la toxicité de combinaisons de substances chimiques les plus susceptibles d'avoir lieu dans notre organisme.

On voit donc qu'à condition de s'en donner les moyens, l'implémentation à grande échelle de plates-formes toxicogénomiques permettrait de faire aisément et rapidement face aux millions de tests qu'il faudrait effectuer pour répondre à ces exigences et que toutes les autres méthodes employées aujourd'hui sont loin de le permettre.