Un mini-foie humain pour révolutionner l’étude toxicologique des contaminants

L’analyse de la toxicité des contaminants alimentaires, notamment le potentiel cancérogène, est un enjeu majeur pour évaluer les risques associés à leur exposition. Ces dernières années, dans le cadre de la réduction de l’expérimentation animale, des méthodes d’analyse en 2 dimensions sur des lignées humaines de cellules hépatiques, qui constituent la majeure partie du foie, ont permis des avancées pour la toxicologie prédictive des contaminants. Mais ces méthodes ont leurs limites car elles ne prennent pas suffisamment en compte la complexité de l’organe. Pour améliorer l’étude toxicologique des produits chimiques, les scientifiques ont développé un modèle miniature de foie en 3 dimensions comprenant les différents types cellulaires constituant un foie humain.

Un mini-foie modèle pour les études toxicologiques sur l’humain

Habituellement en laboratoire, les lignées de cellules humaines sont cultivées en 2 dimensions au fond de boites de culture. Les scientifiques ont réussi à développer un nouveau modèle de culture cellulaire en 3 dimensions permettant de cultiver plusieurs types cellulaires pour mimer la structure d’un foie humain de forme sphérique. Cette petite sphère de 0,3 mm de diamètre est constituée de 2 000 cellules des 4 types cellulaires constituant un foie humain : des cellules hépatiques, des cholangiocytes, des cellules stellaires et des cellules immunitaires^*. Ce mini-foie démontre des capacités physiologiques et métaboliques mimant celles d’un foie humain plus représentatives des modèles classiquement utilisés (culture cellulaire et animal).

Une méthode innovante pour l’analyse toxicologique en 3 dimensions

Avec ce mini-foie, l’équipe de recherche a mis au point un procédé d’analyse microscopique confocale innovant à haut débit et à haute résolution. Pour la première fois, des analyses toxicologiques ont pu être faites de l’échelle de la cellule unique au sein du modèle de mini-foie. Le procédé permet d’analyser finement et simultanément plusieurs effets des contaminants sur les cellules comme les dommages faits à l’ADN, la prolifération cellulaire caractéristique des cellules cancéreuses, l’inflammation ou l’accumulation de graisses caractéristique des maladies du foie ou de l’obésité. Les scientifiques ont pu mettre en évidence certains effets non révélés par les analyses cellulaires classiques en 2 dimensions comme la spatialisation des effets ou les types cellulaires affectés. Cette méthode permet également de tester des doses beaucoup plus faibles, et plus représentatives de la réalité, que ce qui est fait actuellement avec les analyses cellulaires en 2 dimensions. Le processus a été optimisé pour réaliser jusqu’à 72 tests toxicologiques simultanément grâce à l’utilisation de plaques de cultures cellulaires multi-puits.

« Ce modèle de mini-foie permet de mimer l’organe humain. Notre méthode d’analyse permet de cartographier les effets des contaminants et de révéler certains effets que les méthodes classiques ne détectent pas. À moyen terme, l’utilisation de ce type de modèle développé à partir de cellules humaines permettrait de mieux prédire la toxicité de certains produits chimiques sur l’humain et de limiter le recours aux tests sur les animaux. » Marc Audebert, directeur de recherche INRAE

^* Les cellules hépatiques constituent 70 % des cellules du foie et assurent de nombreuses fonctions métaboliques, notamment le stockage et la libération du glucose. Les cholangiocytes tapissent le canal biliaire. La fonction principale des cellules stellaires est le stockage de la vitamine A et enfin les cellules immunitaires assurent la neutralisation ou la destruction de substances étrangères.