Toxicologie dans la collection Objectif Internat pharmacie

SECTION V ITEM 44

Méthodes d'évaluation de la toxicité d'un médicament

GÉNÉRALITÉS

L'évaluation de la toxicité correspond à l'évaluation scientifique du potentiel d'une substance ou d'une situation à générer un effet indésirable sur la santé. Le risque est défini comme la probabilité de survenue d'un événement indésirable, basée sur l'exposition et le potentiel toxique de la substance. Il existe deux grands groupes de toxicité :

▶ toxicité lésionnelle  : moins fréquemment rencontrée, potentiellement plus dommageable, porteuse d'un risque de séquelles par atteinte de la structure d'un organe de manière permanente. Ex. paracétamol, éthylène glycol;

▶ toxicité fonctionnelle : inhibition temporaire d'une fonction normale de l'organisme, la plupart du temps sans séquelle en l'absence de complications. Ex. salicylés, chloroquine.

FACTEURS DE VARIATION DE LA TOXICITÉ

Il existe plusieurs facteurs de variation de la toxicité :

▶ toxicité sélective : ▪ d'une espèce ou d'un groupe d'espèces (p. ex. un antiparasitaire), ▪ d'un type de cellules (p. ex. un anticancéreux);

▶ différences interespèces : ▪ même au sein d'un groupe d'espèces phylogénétiquement proches (p. ex. entre un cobaye et un hamster, deux rongeurs, la DL50 [dose létale 50] de la TCDD [2,3,7,8-tétrachlorodibenzo-p-dioxine] diffère d'un facteur 1000), ▪ nécessité de prendre des précautions lors de l'extrapolation des études sur l'animal à l'homme;

▶ différences interindividuelles : ▪ polymorphisme génétique (p. ex. sur le CYP450 [cytochrome P450]), ▪ variations écologiques (p.  ex. variant plus lent de l'ALDH [aldéhyde déshydrogénase] chez les populations asiatiques);

▶ paramètres toxicocinétiques (tableau 44.1)

Tableau 44.1 Paramètres toxicocinétiques déterminant la toxicité des médicaments

IDENTIFICATION DU RISQUE

Quatre types d'études :

▶ études épidémiologiques  : comparaison de plusieurs groupes d'individus ou étude de cas;

▶ études théoriques par modélisation structure-activité;

▶ études expérimentales in vitro : sur culture de tissus ou de cellules;

▶ études expérimentales in vivo : sur les animaux.

ÉTUDES ÉPIDÉMIOLOGIQUES

Elles peuvent être prospectives ou rétrospectives (figure 44.1).

Figure 44.1 Études épidémiologiques Source : Wikimedecine, https://www.wikimedecine.fr/Eléments_d%27épidémiologie_médicale#/media/Fichier:Epidemio3.png S’ouvre dans une nouvelle fenêtre, consulté le 27 février 2023

ÉTUDES DE MODÉLISATION

Les études de modélisation permettent d'obtenir des informations préliminaires pour mieux cibler les études in vitro et in vivo, particulièrement longues et coûteuses. Différentes approches existent :

▶ approche informatique : résultats douteux ;

▶ chimie combinatoire;

▶ modélisation  3D des interactions ligand-récepteur (plus fiables en pharmacologie qu'en toxicologie);

▶ méthode QSAR (Quantitative Structure Activity Relationship)  : méthodes de régression ou de classification des substances, basées sur des modèles mathématiques qui intègrent des données physico-chimiques des molécules et des récepteurs.

ÉTUDES IN VITRO ET EX VIVO

Lignes directrices régies par l'OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques) et l'ICH (Conseil international d'harmonisation des exigences techniques pour l'enregistrement des médicaments à usage humain). Plusieurs justifications aux essais in vitro et ex vivo :

▶ éthique : épargne de vie animale;

▶ scientifique  : pour certains tests, la valeur prédictive et explicative est meilleure que les équivalents in vivo;

▶ économique : coût élevé à l'achat et à l'entretien des animaux de haut standard de qualité.

Ces méthodes sont mises en œuvre sur :

▶ des organismes procaryotes (p. ex. test d'Ames);

▶ des cellules eucaryotes en culture : cocultures primaires de cellules, de lignées cellulaires ou cultures en agrégats;

▶ des cultures organotypiques de tissus explantés ou de fragments d'organes : peau de rats, cornée de bovins, œil de poulet, etc.;

▶ des productions biologiques comme des vertébrés au stade précoce de développement  : culture sur œufs embryonnés, embryons entiers, etc.;

▶ des membranes macromoléculaires synthétiques.

Tests de cytotoxicité  : appréciée avec des critères variables (métabolisme, lésions cellulaires).

Tests de génotoxicité in  vitro  : évaluer les changements occasionnés par une substance sur le matériel génétique et pouvant occasionner une altération de la descendance ou l'apparition d'un cancer. Les dommages peuvent être réversibles (donc réparables) ou non. Plusieurs tests de génotoxicité décrits in vitro

▶ sur bactéries : essai de mutation reverse (OCDE 471);

▶ sur cellules de mammifère : ▪ essai de mutation génique (OCDE 476), ▪ essai d'aberrations chromosomiques (OCDE 473), ▪ test du micronoyau sur érythrocytes (OCDE 487)

L'objectif des essais in vitro est à terme de remplacer le plus possible les essais sur animaux. Un organisme en Europe (Italie) est chargé de valider l'équivalence des tests in vitro par rapport aux tests sur l'animal, c'est l'ECVAM (European Center for Validation of Alternative Methods).

ÉTUDES IN VIVO

L'objectif des études expérimentales chez l'animal est d'avoir une bonne connaissance des effets toxiques, des doses toxiques et éventuellement des mécanismes d'action. Deux principes fondamentaux :

1-un essai sur l'animal bien mené donnera des résultats extrapolables à l'homme;

2-l'exposition des animaux à des doses importantes est considérée comme une méthode valable d'identification du risque chez l'homme. Ce principe est basé sur la notion de dose-réponse quantale.

Une étude est dite «bien menée» quand elle répond à certains critères :

▶ choix du produit : degré de pureté, caractère physique et chimique de la préparation;

▶ choix des animaux : espèce, race, sexe, âge, poids.

Plusieurs types d'intoxication sont évalués :

▶ toxicité aiguë : exposition unique < 24 heures;

▶ toxicité subaiguë : exposition répétée ≤ 1 mois;

▶ toxicité subchronique : exposition répétée de 1 à 3 mois;

▶ toxicité chronique : exposition répétée > 3 mois;

▶ toxicité spéciale  : cancérogénicité, mutagénicité, reprotoxicité, etc

Règle des 3R

Les protocoles d'expérimentation animale doivent également répondre à la règle des 3R :

1. raffinement des techniques utilisées : ● meilleur gain d'informations (normalisation des protocoles), ● moindre souffrance;

2. réduction du nombre d'animaux utilisés;

3. remplacement des animaux quand ils ne sont pas indispensables.

TOXICITÉ AIGUË

Les objectifs sont, après exposition à une dose unique et élevée, de :

▶ identifier les manifestations toxiques susceptibles d'apparaître rapidement;

▶ caractériser la relation entre la dose et l'intensité des phénomènes toxiques observés.

Méthodes d'étude de la toxicité par voie orale :

▶ la ligne directrice  401, abandonnée en 2002, permettait d'accéder à la DL50;

▶ méthodes alternatives OCDE : ▪ OCDE 420 : méthode de la dose prédéterminée : administrer des doses modérément toxiques en évitant si possible les doses létales, euthanasier en cours d'essais (notion de point limite); ▪ OCDE 423 : méthode par classe de toxicité aiguë; ▪ OCDE  425  : méthode de l'ajustement de dose (méthode la plus économe en vie animale, qui permet quand même d'estimer la DL50 et d'étudier les manifestations toxiques).

Doses critiques

• NOAEL (No Observed Adverse Effect Level) : dose la plus élevée pour laquelle on n'observe pas d'augmentation significative en fréquence ou en sévérité d'un effet nocif, dans un groupe exposé à la substance par rapport à un groupe non exposé;

• LOAEL (Low Observed Adverse Effect Level) : dose la plus faible de substance pour laquelle on constate une augmentation significative en fréquence ou en sévérité d'un effet nocif observé dans le groupe exposé par rapport au groupe non exposé (figure 44.3).

Figure 44.3 Courbe dose-réponse et détermination de la NOAEL et de la LOAEL

TOXICITÉ CHRONIQUE OU TOXICITÉ À TERME

Les objectifs sont, à la suite d'une administration réitérée, de :

▶ mettre en évidence les altérations fonctionnelles et anatomopathologiques;

▶ établir les conditions d'apparition de ces altérations. Toxicité chronique favorisée selon certains facteurs (liposolubilité, affinité dans l'organisme, facteurs biologiques).

D'autres toxiques n'induisent aucun effet jusqu'au relargage (ex. cadmium [Cd]).

Deux types d'étude :

▶ essais à court terme OCDE 407 (14, 21 ou 28 jours) : informations sur l'exposition répétée durant une période limitée, notamment pour le système nerveux, immunitaire et endocrinien;

▶ essais à long terme OCDE 408 (90 jours, 6 mois, 2 ans).

TOXICITÉS SPÉCIALES

CANCÉROGÉNICITÉ

But :

▶ évaluer le potentiel cancérigène d'une substance chez l'animal pour estimer le risque chez l'homme et identifier un ou plusieurs organes cibles;

▶ rechercher l'apparition de lésions néoplasiques nouvelles;

▶ rechercher un accroissement de la fréquence ou de la rapidité d'apparition des lésions néoplasiques spontanées.

Exemples des lignes directrices OCDE 451, 452 :

▶ administration per os chez un rongeur selon 3 niveaux de dose : faible, intermédiaire et forte;

▶ la plus forte dose est déterminée de manière à permettre d'identifier les principaux organes cibles et les effets toxiques en évitant la souffrance, une toxicité sévère ou une forte morbidité/létalité chez les animaux testés;

▶ l'étude est d'environ 24  mois pour les rongeurs soit la majeure partie de la durée de vie normale des animaux utilisés et chaque groupe de dose comprend au moins 50 animaux des 2 sexes.

GÉNOTOXICITÉ ET MUTAGÉNICITÉ

Mutation : changement dans la séquence d'ADN (acide désoxyribonucléique) stabilisée et transmise à la descendance :

▶ cellules germinales  : tares génétiques, malformations congénitales et avortements;

▶ cellules somatiques : tumeurs.

Il existe des tests de génotoxicité in vivo sur cellules de mammifère, p. ex. :

▶ test du micronoyau sur érythrocytes (OCDE 474);

▶ test d'aberration chromosomique de la moelle osseuse (OCDE 473);

▶ test des comètes (OCDE 489).

REPROTOXICITÉ

But  : évaluer les effets d'une substance sur l'ensemble des étapes de la reproduction. L'étude est divisée en trois segments (tableau 44.3).

Tableau 44.3 Essais de reprotoxicité

AUTRES ESSAIS

D'autres essais de toxicité spéciale sont possibles, par exemple :

▶ essais d'immunotoxicité;

▶ essais d'évaluation du potentiel irritant et corrosif;

▶ essais d'évaluation des perturbateurs endocriniens

Toxicologie © 2023, Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés

Auteurs

Coordonné par Gaël Le Roux,

Liste des auteurs

Bruneau Chloé, Pharmacien, Toxicologie clinique, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, CHU d'Angers

Caré Weniko, Médecin, Toxicologie clinique, Médecine interne, Hôpital d'instruction des armées Bégin, Saint-Mandé, Centre antipoison et toxicovigilance de Paris, Hôpital Fernand-Widal, AP-HP

Cellier Morgane, Pharmacien, Toxicologie clinique, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, Centre régional de pharmacovigilance, CHU d'Angers

Chauveau Philippe, Médecin, Toxicologie clinique, Service des urgences, Centre hospitalier de Château-Gontier, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, CHU d'Angers

Deguigne Marie, Pharmacien, Toxicologie clinique, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, CHU d'Angers

Evrard Marion, Pharmacien, Toxicologie clinique, Centre antipoison et toxicovigilance Est, CHU de Nancy

Laval Lauren, Médecin, Toxicologie clinique, Centre anti-poison de Toulouse, CHU de Toulouse

Le  Roux Gaël, Pharmacien, Toxicologie clinique, Faculté de santé, Université d'Angers, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, CHU d'Angers

Lecot Jérémy, Pharmacien, Toxicologie clinique, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, CHU d'Angers

Legeay Marion, Pharmacien, Toxicologie clinique, Centre antipoison et toxicovigilance Grand Ouest, CHU d'Angers