La recherche préclinique sur l’ECP joue un rôle crucial dans la compréhension des effets complexes des cannabinoïdes comme le THC et le CBD avant la mise en œuvre des essais sur l’homme, les approches utilisées présentant de multiples avantages, notamment le contrôle des conditions expérimentales, telles que la dose, la voie d’administration et les facteurs environnementaux. Les modèles animaux et les études in vitro peuvent aider à déchiffrer les mécanismes biologiques et moléculaires sous-jacents d’action du cannabis, grâce à sa capacité à contrôler des facteurs superflus. La recherche préclinique sur l’ECP est un complément essentiel à la recherche clinique sur les cannabinoïdes, où des préoccupations éthiques soulèvent lors de l’administration des cannabinoïdes, en particulier chez les populations vulnérables. Des études supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre le potentiel neuroprotecteur et limiter le risque lié à la consommation de cannabis.
Modèles in vitro
Les modèles in vitro offrent un moyen d’étudier des réponses cellulaires spécifiques de manière plus isolée et définie, mais présentent une limitation majeure en raison de l’incapacité à reproduire des systèmes complexes du corps entier. Des modèles in vitro de l’utilisation du cannabis sont utilisés pour étudier les effets du cannabis et ses composants sur les cellules et tissus en dehors d’un organisme vivant. Ces modèles sont précieux pour étudier les mécanismes biologiques du cannabis, évaluer ses effets thérapeutiques potentiels et évaluer les risques potentiels associés à l’utilisation. Les lignées cellulaires trophoblastiques placentaires ont été utilisées pour étudier les dysfonctionnements placentaires et le transfert maternel-fœtal des cannabinoïdes. Une étude a utilisé une lignée cellulaire de trophoblast extravilleuse humaine (HTR8/SVneo) pour analyser l’effet du THC sur la prolifération cellulaire (après exposition pendant 48 heures), l’invasion et la fonction mitochondriale, et a révélé que la prolifération et l’invasion cellulaires étaient significativement réduites et que la fonction mitochondriale étaitnégativement impactée 22. Une autre étude a utilisé une lignée cellulaire de trophoblastes humaines dérivée du choriocarcinome (cellules BeWo), fréquemment utilisées pour étudier l’échange de nutriments placentaires et le stress métabolique induit par le THC. Il a été constaté qu’elle provoquait une réduction de la sécrétion de gonadotropine chorionique humaine (hCG) et la production de lactogène placentaire humain et de facteur de croissance insulinaire 2, trois hormones connues pour être importantes pour faciliter la croissancefœtale 23 (Figure 2).
Un modèle pharmacocinétique basé sur la physiologie (PBPK) est un exemple de modèle in vitro dans lequel la modélisation mathématique combine des données in vitro avec d’autres informations (par exemple, la physiologie humaine) dans le but de prédire le comportement pharmacocinétique. Un modèle PBPK a été développé pour le THC et le 11-hydroxy-delta-9-tétrahydrocannabinol (11-OH-THC). Le 11-OH-THC est le principal métabolite actif duTHC 24, qui est très puissant et plus durable. Le THC a été administré par inhalation et administré par voie intraveineuse à un groupe sain non enceinte pour vérifier le modèle. Le modèle a ensuite été utilisé pour extrapoler et prédire l’exposition au THC chez les personnes enceintes, en raison des préoccupations éthiques liées à l’administration du THC à une populationenceinte.
Ces études in vitro sont importantes pour des recherches spécifiques, mais une limitation majeure est l’incapacité d’étudier des résultats plus complexes, tels que le développement généralisé ou les impacts multisystémiques. Les modèles ne reproduisent pas pleinement la complexité et la pertinence physiologique des systèmes in vivo en raison d’un manque d’interaction complète entre différents types cellulaires et tissus.
Modèles organoïdes
Le modèle organoïde fournit des mini-organes tridimensionnels (3D) issus de cellules souches, qui imitent la complexité des tissus humains et peuvent ainsi répondre à certaines des limites des modèles in vitro. Cependant, les modèles organoïdes manquent souvent de composants vitaux comme les cellules immunitaires et les vaisseaux sanguins, ce qui empêche leur utilisation pour étudier des interactions systémiques complexes. Les modèles organoïdes comblent le fossé entre les cultures cellulaires traditionnelles et les modèles animaux en fournissant des systèmes 3D pertinents pour l’humain qui prédisent mieux le comportement réel des médicaments (Figure 2). Les organoïdes s’avèrent être des outils précieux pour étudier les effets du cannabis, en particulier sur le cerveau en développement. Des organoïdes spécifiques à la région cérébrale ont été générés pour l’hippocampe26 et lecervelet 27 ainsi que pour d’autres zones cérébrales, afin de fournir un moyen de modéliser le développement et les maladies cérébrales humaines. Des recherches utilisant des organoïdes cérébraux ont révélé des informations importantes sur l’impact du cannabis et de ses composants sur le cerveau, en particulier le THC etle CBD 28,29,30.
Une étude d’Ao et al. a modélisé la PCE à l’aide de cellules souches embryonnaires humaines (hESC) pour assembler et cultiver des organoïdescérébraux 28. Sous exposition au THC sur puce, les organoïdes cérébraux ont montré une maturation neuronale réduite, une régulation à la baisse des récepteurs CB1, une prolifération des neurites et une diminution de la décharge neuronale spontanée. Cette découverte met en lumière l’impact négatif potentiel du THC sur le développement cérébral, en particulier sur la maturation des neurones corticaux. Miranda et al. ont utilisé deux lignées pluripotentes de cellules souches humaines induites (hiPSC) pour se différencier en cellules neuronales et ont exposé ces cellules au THC et au CBD du jour 19 au jour 30 de différenciation à des concentrations29 à 10 μM. Cela a conduit à la formation de neurones fonctionnellement déficients et met en lumière une explication potentielle du lien entre l’ECP et les troubles psychiatriques. Les neurones traités au THC ont également montré des altérations synaptiques et de signalisation du glutamate. Ainsi, les modèles organoïdes ont révélé un impact négatif du THC sur certains types de cellules cérébrales.
En raison de préoccupations éthiques liées à l’administration du cannabis aux personnes enceintes, les organoïdes peuvent constituer une approche précieuse pour étudier les effets de l’exposition lors du développement prénatal, une période où le cerveau est particulièrement vulnérable. Les modèles cellulaires et animaux traditionnels présentent des limites pour représenter pleinement le système nerveux humain, ce qui fait des organoïdes un système plus adapté pour étudier l’impact de l’exposition au cannabis sur le développementneuronal 31. Bien que la recherche sur les organoïdes ait fait des progrès significatifs, des défis tels que la reproductibilité et l’hétérogénéité au sein des cultures organoïdes restent à relever. L’absence de vascularisation chez les organoïdes est une autre limite, bien que des approches de bio-ingénierie soient explorées pour résoudre ce problème. Les recherches futures utilisant des organoïdes seront cruciales pour comprendre de manière globale les effets du cannabis sur le système nerveux en développement et pour orienter les politiques publiques et les directivesmédicales 30.
Modèles in vivo
Ce type de modèle est plus spécifique et fiable pour observer les effets biologiques et évaluer la toxicité, le métabolisme et l’efficacité globale. Il faut faire preuve de prudence lors de l’interprétation des résultats, car les résultats ne se traduisent pas directement dans la population humaine. Les modèles précliniques in vivo de l’utilisation du cannabis peuvent étudier les effets des cannabinoïdes comme le THC et le CBD sur le comportement, le fonctionnement cérébral et les effets thérapeutiques potentiels. Ces modèles aident les chercheurs à comprendre comment le cannabis affecte le corps et le cerveau, et ils sont essentiels pour développer des traitements potentiels contre les problèmes liés au cannabis et d’autres affections. Ces modèles permettent d’explorer comment le cannabis influence les processus dans un environnement contrôlé et les effets sur les résultats métaboliques, cardiovasculaires etneurodéveloppementaux 11. Plusieurs espèces différentes sont utilisées dans ces modèles, allant des nématodes aux primates non humains (Figure 3).
Une espèce couramment utilisée est Caenorhabditis elegans (C. elegans), en raison du chevauchement des gènes avec les humains (60 % à 80 % estimé) avec une courte espérance de vie de 2 à 3 semaineset 32 ans. Ils sont utiles pour étudier le développement fondamental aux niveaux cellulaire, moléculaire et génétique. C. elegans possède un SEC fonctionnel, composé de ligands endocannabinoïdes, d’enzymes et de récepteurs, bien qu’ils soient plus primitifs que les systèmesmammifères 33. Des modèles utilisant C. elegans étudient l’impact de l’exposition prénatale au cannabis et de la toxicité du cannabis
La mouche des fruits, Drosophila melanogaster, est un autre modèle utilisé pour étudier l’effet du cannabis sur la fonction cérébrale et la durée de vie. Il a une espérance de vie relativement courte (50 à 90 jours) et un génome similaire à celui de l’humain (70 %). Ils possèdent un système nerveux bien cartographié, utile pour étudier les fonctionscérébrales 34. Cependant, un inconvénient est son absence de structures cérébrales complexes, telles que l’hippocampe, et l’absence deECS 35.
Le système endocannabinoïde (SEC) est fortement conservé chez les espèces de vertébrés, en particulier chez les rongeurs et les primates non humains (NHP)35. Grâce à sa forte conservation de la technologie, il permet des recherches translationnelles où les résultats sont largement applicables à la santé et aux maladies humaines. Comme C. elegans, le poisson-zèbre (Danio rerio) est utilisé pour modéliser l’exposition préclinique au cannabis et a une espérance de vie d’environ 3 ans ainsi qu’un génome similaire à celui de l’humain. Le poisson-zèbre possède des récepteurs fonctionnels du SEC/cannabinoïdes, ce qui en fait un organisme modèle courant pour étudier la fonction des cannabinoïdes et son développement précoce. Le poisson-zèbre est utile pour les études du développement en raison du développement rapide des embryons et des larves, et leur transparence corporelle est notable durant les premiers stades du développement. Ainsi, les poissons-zèbres ont été utilisés pour étudier les effets du cannabis sur l’embryogenèse, le comportement, le développement neuronal et la neuroinflammation36.
Bien que moins courants, les modèles d’embryons de poussin peuvent être utilisés pour étudier l’impact de l’exposition au cannabis. Ce modèle a démontré des effets embryotoxiques et une diminution de la viabilité embryonnaire après administration de THC au début de lagrossesse 37. Bien que ce modèle puisse avoir une utilité limitée, il a le potentiel d’apporter un éclairage sur des questions spécifiques qui pourraient être difficiles à répondre autrement en raison de contraintes éthiques.
Un modèle in vivo largement utilisé est celui des rongeurs (souris et rats de diverses souches), en raison de leurs similitudes génétiques et physiologiques avec les humains38,39. Les souris, en particulier, peuvent être génétiquement manipulées, ce qui peut être un énormeavantage 40. Les rats sont comportementaux plus complexes, ils sont donc utiles pour étudier les interactions sociales, l’apprentissage et la mémoire, la peur et l’anxiété, les changements observés après l’ECP chezl’humain 41,42. Les rongeurs partagent un système endocannabinoïde (SEC) similaire avec les récepteurs CB, les ligands endogènes et les enzymes responsables de la biosynthèse et de la dégradation des endocannabinoïdes. De nombreux modèles utilisent des rongeurs pour étudier plusieurs aspects de l’exposition au cannabis. L’un des inconvénients du modèle des rongeurs est que leur période gestationnelle est beaucoup plus courte que celle des humains, ce qui entraîne une part significative du développement cérébral postnatale.
Enfin, les modèles NHP offrent un degré plus élevé de pertinence translationnelle pour l’humain grâce à des similitudes biologiques et comportementales plus étroites, notamment dans des domaines comme la récompense, la cognition, la mémoire, la coordination motrice et leneurodéveloppement 43. Les modèles NHP les plus populaires sont les macaques rhésus et les singes-écureuils. Les singes écureuils peuvent s’auto-administrer de manière fiable leTHC 44, ce qui permet d’étudier les effets bénéfiques du cannabis et d’évaluer les traitements potentiels du trouble lié à l’usage du cannabis (CUD). Les macaques rhésus peuvent manger des cookies au THC de manière fiable, et il a été constaté que cela nuisait au développement et à la fonction pulmonairede la progéniture 45. Bien que l’avantage d’une ingestion régulière permette une modification de la dose, les coûts et les exigences réglementaires empêchent souvent de nombreux scientifiques de poursuivre des modèles NHP, malgré leurs bénéfices translationnels.
Tous les modèles in vivo ont pour facteur compliqué la manière dont le cannabis est administré et la dose utilisée. Le cannabis peut être consommé de plusieurs façons, et historiquement, l’injection d’un composant du cannabis via IP ou sous-cutanée (SC) était utilisée. L’injection peut jouer un rôle plus important dans le métabolisme du premier passage et retarder l’apparition des effets par rapport à d’autres méthodes d’administration. Le gavage a également été fréquemment utilisé lorsque l’on souhaite une ingestion orale et présente l’avantage de l’exposition du cannabis au système gastro-intestinal. Bien que ces approches puissent être appropriées, l’utilisation des injections et du gauve peut entraîner un stress important aux animaux (et des changements physiologiques), avec des inquiétudes quant à la transposabilité clinique. Les chercheurs continuent d’explorer d’autres voies d’administration et de développer des méthodes qui reflètent mieux les modes d’utilisation du cannabis chez l’humain, tels que des modèles d’inhalation de vapeur et divers produits oraux, dans le but d’améliorer la valeur translationnelle de la recherche préclinique. D’autres études ont examiné comment le cannabis affecte l’anxiété et les comportements similaires à la dépression ainsi que les fonctions cognitives (apprentissage, mémoire et attention). Les études de PCE à ce jour démontrent systématiquement des troubles cognitifs et comportementaux affectifs durables, similaires à ceux rapportés chezl’humain 41,46
Des modèles d’étude de la consommation volontaire, en particulier avec les comestibles au THC, sont utilisés pour mieux comprendre comment le cannabis affecte les personnes qui choisissent de le consommer par voie orale. Des exemples illustratifs de paradigmes de dosage oral volontaire incluent un modèle utilisant de la gélatine au chocolat (THC-E-gel) pour encourager la consommation volontaire à forte dose chez la souris47 et un autre modèle de consommation volontaire via des mini-cookies au chocolat et du beurre de cacahuète mélangé au THC pour une exposition prénatale modérée au THC chezles rats 48. La consommation volontaire a pour avantage de réduire le stress lié à l’administration du gavage, mais la limitation est que la dose peut varier selon la consommation réelle, et donc des mesures séroniques peuvent être nécessaires pour interpréter la dose reçue.
Les modèles animaux sont précieux pour étudier des critères complexes, notamment les déficits comportementaux et les modifications neuropathologiques, qui ne peuvent pas être évalués in vitro. Les modèles animaux peuvent également évaluer des traitements susceptibles d’aider à réduire la consommation de cannabis et à prévenir la rechute dans les modèles d’addiction. Ils offrent un moyen d’étudier des aspects de l’usage et de l’abus de cannabis qui seraient difficiles voire impossibles à examiner chez l’humain pour des raisons éthiques.
Le paysage des études précliniques évolue, principalement grâce aux avancées technologiques. Bien que les modèles animaux traditionnels restent pertinents, l’adoption de méthodologies innovantes est croissante en raison des limites des modèles animaux. Plus précisément, les différences d’espèces, les considérations éthiques et le fait que les modèles animaux ne reproduisent pas fidèlement les réponses humaines continuent de pousser au développement de nouvelles approches. La modélisation computationnelle offre des données plus pertinentes pour l’humain pour des questions scientifiques spécifiques et peut réduire le besoin de tests sur les animaux.
Intelligence artificielle (IA) et apprentissage automatique (ML)
L’IA et l’apprentissage automatique transforment les études précliniques (Figure 2). L’apprentissage automatique est de plus en plus utilisé dans la recherche liée au cannabis pour améliorer l’analyse et la modélisation des données. Une revue de cadrage réalisée par Ng et al. a mis en lumière que les algorithmes de ML peuvent être utilisés pour prédire les risques et les facteurs contribuant à l’usage du cannabis, ainsi que pour extraire des informations sur le cannabis49. Un défi lié à l’algorithme était l’introduction de biais dans les résultats. L’IA et le ML génèrent des données pertinentes pour l’humain, mais dépendent fortement de la qualité et de la nature des données sur lesquelles ils sont entraînés, ce qui permet d’introduire des biais dans les résultats.
La recherche préclinique est essentielle pour comprendre les effets multiples du cannabis et des cannabinoïdes. Le tableau 1 compare les classes modèles précliniques discutées dans cette revue avec les principaux avantages et limites. En utilisant des modèles animaux variés et en affinant continuellement les méthodologies, les scientifiques travaillent à fournir les preuves nécessaires pour développer des médicaments à base de cannabis sûrs et efficaces et orienter les décisions de santé publique.