L’utilisation de modèles animaux, plus particulièrement murins, pour le développement de molécules anticancéreuses a débuté dans les années 1950 à l’Institut National américain du Cancer sur un modèle de leucémie L1210 (Goldin, et al., 1961). C’est au sein de ce même institut qu’a été validée à la fin des années 1960 la possibilité d’induire des tumeurs d’origine humaine chez des souris immunodéprimées (Rygaard and Povlsen, 1969). Les modèles animaux sont alors devenus un outil incontournable pour l’étude de la biologie du cancer, même si leur pertinence est souvent remise en cause. On les classes en général dans 3 catégories : les modèles transgéniques, syngéniques et xénogéniques.
Les modèles transgéniques
Les modèles transgéniques sont obtenus par transgénèse classique (insertion d’un transgène de manière aléatoire dans le génome) ou ciblée (recombinaison homologue) dans le locus du gène impliqué, ce qui permet une invalidation ou un gain de fonction.
Développement de modèles animaux1 1AB81 De nombreux modèles de souris transgéniques capables de reproduire différents types de cancers ont été développés. Ces modèles immunocompétents permettent de mimer les caractéristiques génétiques et biologiques des tumeurs malignes humaines. Prenons l’exemple d’un modèle transgénique de cancer du poumon chez la souris. Ce modèle, pour lequel le transgène Kras a été muté, entraine l’apparition spontanée de tumeurs pulmonaires (Engelman, et al., 2008). Ce modèle est considéré comme le plus pertinent pour représenter le carcinome bronchioloalvéolaire humain pour lequel le gène Ras est très souvent muté (20-30% des cancers du poumon) (Dardon, 2009).
Les modèles transgéniques sont donc considérés comme d’excellents systèmes expérimentaux. Ils permettent une meilleure compréhension de la biologie du cancer in vivo et sont de plus en plus utilisés pour les essais précliniques. Cependant il faut souligner deux limites majeures : d’une part leur grande variabilité interindividuelle (cinétique de croissance et localisation des foyers différentes), qui rend difficile la mise en œuvre de lots d’animaux
L’avantage des modèles syngéniques est le maintien d’un système immunitaire intact permettant ainsi d’étudier les interactions hôte/tumeur. Cependant les tumeurs murines ne présentent pas les mêmes caractéristiques que les tumeurs humaines. Cet aspect est à l’origine de problèmes lors de l’évaluation de nouveaux médicaments car la cible peut ne pas être reconnue (situation classique des anticorps monoclonaux thérapeutiques), avoir une distribution tissulaire ou une fonctionnalité différente de la cible humaine.
D’autre part, en ce qui concerne les modèles induits chimiquement ou par radiations, il faut prendre en compte le temps de développement des tumeurs, qui peut parfois être très long, ce qui conduit à l’utilisation d’animaux âgés chez qui des tumeurs spontanées et des altérations des fonctions biologiques peuvent survenir et provoquer un certain nombre de biais.
Parmi les modèles syngéniques les plus utilisés, on peut citer le modèle « historique » de mélanome B16, tumeur spontanée obtenue chez la souris consanguine C57BL/6 (Geran, et al.,
Développement de modèles animaux1 1AB91 1972), le carcinome pulmonaire de Lewis (LL2) (Chen, et al., 2007), ou encore le modèle de lymphome non hodgkinien à cellules EL4 (Dayde, et al., 2009) tous deux également dans la souris C57BL/6.
Les modèles xénogéniques
Les modèles xénogéniques sont obtenus suite à une greffe de tumeur d’origine humaine dans des souris immunodéficientes.
Ces modèles qui utilisent des lignées cellulaires prélevées sur des patients atteints de cancer sont largement utilisés dans les essais précliniques, mais nécessitent de mettre en œuvre des souris immunodéprimées pour éviter les réactions immunitaires conduisant à un rejet de la greffe. De nombreuses souches de souris sont maintenant disponibles, avec des niveaux d’immunodéficience variables : les souris « nues » sont dépourvues de lymphocytes T, les SCID de lymphocytes T et B et enfin les SCID beige de lymphocytes T, B et cellules NK. Toutefois, le fait que la tumeur se développe en présence d’un stroma murin dans un microenvironnement absolument différent de celui rencontré chez l’homme constitue l’un des inconvénients majeurs de ces modèles.
Excepté pour les modèles transgéniques, l’obtention de tumeurs pour les modèles syngéniques et les modèles xénogéniques nécessite une greffe de cellules ou de fragments tumoraux. Deux méthodes sont possibles : les greffes sous cutanées et les greffes orthotopiques.
2.1.1. Greffes sous cutanées
Le modèle historique, mais aussi le plus simple et le plus rapide à mettre en œuvre est le modèle sous cutané, ou modèle ectopique. Toutefois, celui-ci est peu représentatif de la pathologie humaine car il est évident qu’on ne peut pas étudier de la même façon des cancers aussi différents que des cancers mammaires, coliques ou pulmonaires, greffés sous la peau.
Les arguments en défaveur de ce type de modèle pour les études d’efficacité sont donc nombreux. En effet, les tumeurs localisées en sous-cutané ne métastasent que très rarement et
Développement de modèles animaux1 1AAB1 sont généralement situées loin du site d’origine de la tumeur. Par ailleurs, ces tumeurs se développent localement en s’entourant parfois d'une capsule fibreuse (Killion, et al., 1998) et certains travaux ont décrit que la sensibilité à la chimiothérapie des tumeurs ainsi localisées pouvait être modifiée. D’autre part, une étude a montré que des cellules de cancer colorectal injectées en sous cutané sont plus sensibles à la chimiothérapie (doxorubicine) que lorsqu’elles sont induites au niveau du caecum (Wilmanns, et al., 1993).
Lorsque le traitement débute, l'animal est normalement moins affaibli par la présence de la tumeur primaire que si celle-ci était située en orthotopique. Il peut donc mieux tolérer de fortes doses d'agent antitumoral, ce qui peut sembler favoriser l’activité de la molécule. Par ailleurs, dans ces modèles, seul le paramètre d'inhibition de la croissance tumorale est utilisé pour quantifier l'activité des produits testés puisque l’effet sur le développement de métastases ne peut être abordé.
Ce modèle dont l’évolution tumorale peut être suivie simplement par mesure du volume au pied à coulisse s’est malgré tout largement imposé dans le monde entier pour les études de screening ou de toxicité d’une nouvelle molécule. Toutefois il est apparu rapidement évident que dans le cas d’études d’efficacité (en particulier si l’on s’intéresse à l’inhibition de la dissémination métastatique), d’autres modèles devaient être envisagés.
2.1.2. Greffes orthotopiques
Il s’agit d’un modèle où les cellules tumorales sont greffées au niveau de leur organe d’origine. Il permet d'obtenir chez la souris une tumeur tendant à conserver les caractéristiques biologiques de la tumeur originelle à se développer sur le plan loco-régional et à distance de façon analogue à la maladie humaine.
Ce modèle présente plusieurs avantages, dont notamment celui d’améliorer la prédictivité de l’efficacité d’un composé. Plusieurs équipes ont ainsi comparé le mode de greffe orthotopique à celui de la greffe sous-cutanée et ont montré une réponse à la chimiothérapie plus cohérente avec les résultats cliniques quand les tumeurs sont greffées sur leur site d'origine (Fidler, 1991). De plus, des différences significatives ont été démontrées au niveau de la vascularisation, notamment dans les tumeurs orthotopiques de prostate, où il a été obtenu une extravasation vasculaire supérieure par rapport aux tumeurs sous-cutanées (Zhou, et al., 2004). La perméabilité vasculaire est augmentée pour les tumeurs orthotopiques et du
Développement de modèles animaux1 1AAA1 point de vue anatomique il a été montré que les diamètres des vaisseaux constituant une tumeur orthotopique étaient plus petits modifiant ainsi la biodisponibilité de certaines molécules (Fukumura, et al., 1997).
Enfin, le principal argument en faveur des modèles orthotopiques est leur capacité à mieux représenter la pathologie humaine notamment du point de vu de la dissémination métastatique. Les métastases sont la cause majeure de mortalité chez les sujets atteints de cancer et présentent la situation la plus difficile à gérer pour les thérapies antitumorales. Il s’agit d’un processus séquentiel dont les principales étapes comprennent le détachement de cellules cancéreuses de la tumeur primaire et l’invasion du tissu de l’hôte, leur pénétration et leur transport dans la circulation durant lequel elles interagissent avec les composants sanguins, puis leur adhésion à la paroi vasculaire de l’organe cible, leur extravasation et leur prolifération. Un cancer disséminé est souvent résistant aux thérapies anticancéreuses actuelles parce que le processus métastatique est détecté tardivement.
Toutefois, malgré l'intérêt des modèles orthotopiques et leur contribution à une meilleure compréhension de la pathologie cancéreuse et à une meilleure prédictivité lors de l’évaluation de molécules anticancéreuses se pose toujours la question de la pertinence selon la problématique étudiée. En effet il est nécessaire, pour une étude donnée, de mener une réflexion précise portant sur les caractéristiques de la pathologie et sur les paramètres à étudier afin de ne pas mettre en œuvre inutilement ce type de modèle bien plus complexe que le modèle ectopique.