Fiche de révision : Expérimentation animale préclinique

📋 Plan du Cours

1. Pharmacologie et attrition préclinique
2. Recherche exploratoire et cibles thérapeutiques
3. Criblage à haut débit et essais cellulaires
4. Des modèles au candidat médicament
5. Cadre réglementaire et éthique
6. Niveaux et encadrement des expériences
7. Saisine et bien-être animal
8. Principes éthiques des 3R
9. Validité des modèles animaux
10. Pharmacodynamie préclinique
11. Modèles cellulaires in vitro
12. Pharmacocinétique préclinique
13. Objectifs de la toxicologie préclinique
14. Durées des études et indicateurs de toxicité
15. Protocoles de toxicité chronique
16. Cancérogenèse préclinique
17. Tests précliniques de mutagenèse
18. Études de reprotoxicité
19. Limites et coûts du développement

📖 1. Pharmacologie et attrition préclinique

🔑 Notions clés & Définitions

• Pharmacologie : Science qui étudie les interactions entre les molécules bioactives et les organismes vivants, le devenir des médicaments, ainsi que leur recherche, leur développement, leur bon usage et leur surveillance.

📝 Points essentiels

📌 La pharmacodynamie étudie et quantifie les interactions du médicament avec sa cible et ses effets, tandis que la pharmacocinétique étudie son devenir dans l’organisme.

• L’attrition retire progressivement les molécules présentant un défaut pharmacodynamique, pharmacocinétique ou de sécurité.

💡 Astuce mémo

Pharmacodynamie : effet sur la cible ; pharmacocinétique : devenir dans l’organisme

📖 2. Recherche exploratoire et cibles thérapeutiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cible thérapeutique : Protéine sur laquelle un médicament cherche à exercer un effet.
• Inhibiteur enzymatique : Molécule qui empêche une enzyme d’agir.

📝 Points essentiels

• Le criblage d’une kinase teste in vitro 10 000 à 100 000 composés, retient en quelques mois environ 100 à 200 inhibiteurs, puis évalue leur effet sur la prolifération de cellules cancéreuses et la croissance tumorale chez la souris.

📌 Un hit est un composé actif repéré par criblage, tandis qu’un lead est une tête de série jugée réellement intéressante sur les plans pharmacodynamique et pharmacocinétique.

• Les grandes familles de cibles médicamenteuses sont :
  • les récepteurs membranaires
  • les récepteurs nucléaires
  • les enzymes
  • les transporteurs
  • les canaux
  • les pompes ioniques

💡 Astuce mémo

Un puzzle de fragments s’assemble dans la poche catalytique d’une kinase

📖 3. Criblage à haut débit et essais cellulaires

📝 Points essentiels

• Dans un test enzymatique fluorescent, l’enzyme transforme un substrat en produit fluorescent, et une baisse de fluorescence après ajout d’un composé signale une inhibition potentielle.

• Les composés repérés au criblage primaire sont confirmés par des tests tels que les courbes dose-réponse, qui précisent leur mode d’action, notamment une inhibition compétitive ou allostérique.

• Les tests cellulaires approfondissent et confirment l’activité des composés retenus, en évaluant leurs effets sur des cellules et des cibles ou voies pertinentes pour la pathologie.

📌 La pertinence des données pour l’humain augmente à mesure que le modèle s’en rapproche, tandis que le débit de criblage augmente à mesure que l’on se rapproche de la molécule unique.

💡 Astuce mémo

Hit → confirmation dose-réponse → lead → tests cellulaires

📖 4. Des modèles au candidat médicament

🔑 Notions clés & Définitions

• Candidat médicament : Molécule retenue après analyse détaillée, présentant une efficacité et une puissance intéressantes, une bonne solubilité et une pharmacocinétique a priori favorable.

📝 Points essentiels

📌 Un candidat médicament doit être facile à synthétiser et pouvoir être produit à l’échelle industrielle, faute de quoi la molécule n’a pas d’intérêt pour le développement.

• Les études réglementaires précliniques évaluent : la pharmacodynamie, la pharmacocinétique, la sécurité, notamment la toxicité à haute dose chez l’animal

💡 Astuce mémo

Cellules → petits organismes → modèles proches de la pathologie → candidat

📖 5. Cadre réglementaire et éthique

🔑 Notions clés & Définitions

• Phase préclinique obligatoire : Ensemble des études qui acquièrent les informations indispensables avant une première administration chez l’homme.

📝 Points essentiels

• Le développement d’un médicament comprend une étape préclinique, centrée sur la sécurité et l’efficacité, puis une étape clinique.

📌 En France, en Europe, aux États-Unis et dans la plupart des pays industrialisés, un essai clinique ne peut débuter sans expérimentation animale réglementaire préalable.

📖 6. Niveaux et encadrement des expériences

📝 Points essentiels

📌 Les expériences in vitro préalables relèvent de la recherche exploratoire et ne remplacent pas les études précliniques chez l’animal.

• Les lignées animales utilisées proviennent de souches croisées et entretenues en animaleries réglementées, avec un fond génétique connu qui favorise la reproductibilité des résultats.

📌 Une expérimentation animale nécessite une saisine d’un comité d’éthique, et le modèle doit présenter un métabolisme, notamment hépatique, identique ou aussi proche que possible de celui de l’humain.

📖 7. Saisine et bien-être animal

📝 Points essentiels

• Le comité encadre :
  • l’agrément des établissements utilisateurs
  • l’origine des animaux
  • le projet de recherche animale

📌 Le projet de recherche animale est validé par un Comité d’Éthique de l’Expérimentation Animale autorisé par le Ministère de la Recherche, et son résumé est rendu public.

• Le comité évalue la pertinence scientifique de la question, l’adéquation du protocole et un nombre d’animaux suffisant pour obtenir des résultats fiables sans excès.

📖 8. Principes éthiques des 3R

📝 Points essentiels

• La règle des 3R encadre l’expérimentation animale par le remplacement, la réduction et le raffinement.

• Le remplacement consiste à utiliser un autre modèle expérimental chaque fois qu’il permet de répondre à la même question scientifique; si aucun remplacement n’est possible, cette impossibilité doit être justifiée avant le recours à l’animal.

• La réduction vise à limiter le nombre d’animaux tout en conservant une puissance statistique suffisante pour démontrer scientifiquement un effet.

• Le raffinement vise à améliorer le bien-être par l’adaptation de :

  • la nourriture
  • l’eau
  • l’éclairage
  • la température
  • du nombre d’animaux par cage
  • la prise en charge de la douleur

📖 9. Validité des modèles animaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Validité du modèle animal : Capacité à reproduire de manière fiable les caractéristiques de la pathologie humaine étudiée.

📝 Points essentiels

• La validité d’un modèle animal repose sur : la face validity, qui reproduit des symptômes similaires à ceux de l’humain, la construct validity, qui reproduit les mécanismes physiopathologiques, la predictive validity, qui reproduit la réponse humaine aux traitements de référence

📖 10. Pharmacodynamie préclinique

📝 Points essentiels

• Les études pharmacodynamiques utilisent une batterie de tests in vitro et in vivo dans des modèles appropriés pour caractériser les effets d’une molécule.

• Les études pharmacodynamiques définissent le mode d’action, le profil d’interaction avec la cible et d’autres cibles, ainsi que l’effet thérapeutique potentiel mesuré in vivo.

• Les études pharmacodynamiques déterminent les relations dose-effet et effet-temps, notamment par la CE50 ou DE50, l’Emax et la puissance.

📌 L’efficacité correspond à l’effet maximal que le médicament peut produire, tandis que la puissance correspond à la dose nécessaire pour produire un effet donné.

💡 Astuce mémo

Puissance = dose nécessaire ; efficacité = effet maximal atteint

📖 11. Modèles cellulaires in vitro

📝 Points essentiels

• La recherche exploratoire utilise des lignées cellulaires ou des cellules primaires, éventuellement en coculture, normales ou non, pour mesurer notamment la viabilité par le test MTT ou d’autres atteintes cellulaires.

• Les modèles in vitro sont relativement peu coûteux et reproductibles, permettent d’étudier les mécanismes de toxicité cellulaire, de choisir les cellules selon les tissus d’intérêt, de contrôler les conditions, de cribler et classer les molécules et d’étudier les relations structure-activité.

• Les modèles in vitro ne reproduisent pas un organisme entier irrigué et doté d’un système immunitaire, peuvent perdre des propriétés phénotypiques ou fonctionnelles, et leur pertinence in vivo diminue lorsque le système est plus simple.

📖 12. Pharmacocinétique préclinique

🔑 Notions clés & Définitions

• Pharmacocinétique : Étude du devenir du médicament dans l’organisme selon l’ADME : absorption, diffusion ou distribution, métabolisme et excrétion.

📝 Points essentiels

• La biodistribution animale s’étudie en administrant le médicament marqué par un traceur pour l’imagerie ou en euthanasiant l’animal afin de rechercher le médicament dans les organes.

📌 Le volume de distribution indique la capacité du médicament à sortir du compartiment vasculaire, mais ne précise pas sa localisation dans l’organisme.

📌 La réglementation n’impose pas systématiquement d’étudier la pharmacocinétique sur trois espèces animales différentes : les espèces sont choisies selon le médicament et les études requises, en utilisant la voie d’administration la plus pertinente pour l’usage humain.

📖 13. Objectifs de la toxicologie préclinique

🔑 Notions clés & Définitions

• Études de sécurité : Études toxicologiques réalisées chez l’animal, selon les bonnes pratiques et des règles strictes, avant une première administration chez l’homme.

📝 Points essentiels

• Les études précliniques renseignent sur :

  • la pharmacologie expérimentale
  • la toxicologie
  • le devenir de la molécule dans l’organisme

• Les études de sécurité visent à éliminer les candidats médicaments présentant un risque de toxicité, de mutagénicité, de cancérogenèse ou de reprotoxicité chez l’humain.

• Les études de toxicité préclinique évaluent les doses toxiques, la fenêtre thérapeutique, le surdosage potentiel et les organes cibles.

📌 La pharmacodynamie recherche les effets thérapeutiques et les bénéfices, tandis que la toxicologie évalue les risques.

💡 Astuce mémo

Pharmacodynamie : bénéfices ; toxicologie : risques

📖 14. Durées des études et indicateurs de toxicité

🔑 Notions clés & Définitions

• Toxicité aiguë : La toxicité aiguë est l’intoxication survenant après une seule dose.
• Toxicité chronique : La toxicité chronique correspond à l’apparition de signes toxiques après des doses réitérées pendant plus de trois mois chez l’animal.
• LOAEL : La LOAEL est la dose minimale testée à laquelle un effet toxique est observé.
• NOAEL : La NOAEL est la dose maximale testée pour laquelle aucun effet toxique n’a été observé selon le critère considéré.
• DL50 : La DL50 est la dose capable de tuer 50 % des animaux d’expérimentation.
• HNTD : La HNTD est la dose la plus élevée ne provoquant ni mortalité ni atteinte des fonctions vitales dans l’étude aiguë.

📝 Points essentiels

• Les essais précliniques réglementaires comportent une étude de toxicité aiguë et une étude de toxicité chronique.

📖 15. Protocoles de toxicité chronique

📝 Points essentiels

• L’étude de toxicité chronique administre des doses répétées selon la pharmacocinétique, avec deux espèces animales, trois doses et deux durées adaptées aux espèces.

📌 La dose de départ chez l’humain est fixée à une dose 10 fois inférieure à la NOAEL chronique.

📌 L’absence de toxicité aiguë ne garantit pas l’absence de toxicité chronique, car il n’existe généralement pas de corrélation entre ces deux toxicités.

📖 16. Cancérogenèse préclinique

📝 Points essentiels

• Les études de cancérogenèse recherchent notamment des dérégulations du génome et des mutations activant des gènes drivers de tumeurs.

• Les études de cancérogenèse déterminent la dose maximale tolérable (DMT) et recherchent l’apparition de tumeurs chez des animaux exposés pendant une grande partie de leur vie.

📖 17. Tests précliniques de mutagenèse

📝 Points essentiels

• Les tests de mutagenèse précliniques recherchent les mutations ponctuelles, les aberrations chromosomiques ou les altérations de l’ADN à l’aide de génomes bactériens ou de cultures de lymphocytes humains.

📌 Un effet mutagène provoque des mutations ponctuelles de l’ADN, tandis qu’un effet clastogène provoque des cassures ou des réarrangements chromosomiques visibles au caryotype.

• Le test d’Ames mesure la réversion de mutations dans une souche de Salmonella typhimurium incapable de pousser sans histidine, en comparant les colonies observées avec et sans médicament.

💡 Astuce mémo

Ames : mutations ponctuelles ; clastogène : cassures chromosomiques

📖 18. Études de reprotoxicité

📝 Points essentiels

• Les trois segments obligatoires sont :
  • le segment I sur la fertilité
  • le segment II sur l’embryotoxicité et la tératogénicité
  • le segment III sur la périnatalité et la postnatalité

💡 Astuce mémo

Fertilité → embryon-fœtus → périnatalité et postnatalité

📖 19. Limites et coûts du développement

📝 Points essentiels

• La transférabilité des résultats précliniques à l’humain est incertaine en raison de différences interespèces touchant les cibles, les cibles secondaires, la pharmacocinétique, les doses et l’intolérance immunitaire.

💡 Astuce mémo

Variabilité interespèce → transférabilité incertaine