Impact des métabolites du lait maternel sur la maturation de l’épithélium intestinal et le développement cérébral du nouveau-né ; Etude pré-clinique dans un modèle mini-porc.

Ce projet a pour enjeu l’amélioration des propriétés fonctionnelles des préparations pour nourrissons (PPN) afin de mimer les effets bénéfiques du lait maternel (LM) et de garantir un développement adéquat du nouveau-né. En effet, il reste à ce jour des différences entre le LM et les PPN, notamment concernant les composés bioactifs retrouvés dans le LM peu ou pas présents dans les PPN. Ainsi, ce projet s’intéresse aux métabolites du LM, afin d’évaluer leurs effets sur le développement du nourrisson, particulièrement au niveau des régions digestives et cérébrales. Plus spécifiquement, nous nous intéressons à des métabolites capables d’être produits par des bactéries et dont l’origine au sein du LM peut être bactérienne, issus de la circulation plasmatique maternelle ou produits in situ au sein du LM par la flore résidente. En effet, l’un des objectifs de ce projet est de pouvoir incorporer ces métabolites dans les PPN par procédés fermentaires. Ainsi, 4 groupes de métabolites ont été sélectionnés : acides gras à chaîne courte, polyamines, dérivés du tryptophane et acides organiques. Ces métabolites ont été préalablement testés in vitro sur des modèles cellulaires d’épithélium intestinal et cérébral afin de sélectionner ceux présentant des intérêts fonctionnels et développementaux. Les métabolites sélectionnés seront ainsi étudiés in vivo dans le modèle mini-porcs Yucatan en les incorporant dans des PPN fournies de façon continue des 2 aux 21 jours des porcelets. Nous disposerons de trois groupes de porcelets, un groupe témoin qui recevra une PPN sans métabolites et deux groupes expérimentaux qui recevront des PPN supplémentées en métabolites, à des concentrations proches du LM, par deux procédés distincts ; une supplémentation par des métabolites achetés dans le commerce et une supplémentation en métabolites apportés par fermentation d’une matrice laitière via des souches de bactéries lactiques et propioniques. Ainsi, nous pourrons évaluer l’impact des métabolites sur le développement physiologique intestinal et cérébral du mini-porc et valider que la fermentation d’une fraction laitière est un procédé fiable pour les apporter.

L’enjeu de ce projet est d’améliorer la fonctionnalité des PPN en s’intéressant aux métabolites du LM pour mimer au mieux les effets bénéfiques de ce dernier sur la santé et le développement du nourrisson. La sélection des métabolites présentant des intérêts fonctionnels et développementaux est en cours de finalisation et se basera sur les résultats obtenus à partir de modèles in vitro d’épithélium intestinal et de neurones cérébraux. Les métabolites d’intérêts appartiennent aux 4 groupes suivant : acides gras à chaîne courte, polyamines, dérivés du tryptophane et acides organiques. Les métabolites sélectionnés seront incorporés aux PPN à des concentrations proches de celles du LM. L’expérimentation sur porcelet, présentant des caractéristiques physiologiques proches du nouveau-né humain, permettra d’évaluer l’impact de l’apport de ces métabolites par voie orale au cours de la période post-natale précoce au sein d’un système plus complexe et intégré que les modèles cellulaires in vitro et permettant également de prendre en compte la présence du microbiote intestinal et les effets que les métabolites peuvent avoir sur ce dernier. Ce projet contribuera à enrichir les connaissances concernant les métabolites retrouvés au sein du LM en vue d’améliorer la composition des PPN et de se rapprocher des propriétés fonctionnelles du LM. Il permettra également de valider que l’incorporation des métabolites par fermentation bactérienne d’une matrice laitière est un procédé pertinent.

Les porcelets seront isolés en cage individuelle durant toute la durée du protocole expérimental, de l’âge de 2 jours à l’âge de 21 jours. Chaque cage individuelle est équipée d’un distributeur automatique de lait par lequel chaque porcelet recevra l’un des trois traitements alimentaires du projet de façon contrôlée et adaptée. Les traitements alimentaires fournis sont les suivant : une PPN témoin sans métabolites et deux PPN enrichies en métabolites, l’une par ajout d’une fraction fermentée de matrice laitière et l’autre par ajout direct des métabolites via des produits achetés dans le commerce. Aucun prélèvement biologique, ni intervention chirugicale ne sera réalisé sur les animaux vivants durant la période d’expérimentation. Les paramètres mesurés concerneront la consommation alimentaire et la croissance des porcelets. Tous les animaux concernés par la procédure (n = 30) seront euthanasiés à la fin de l’expérience pour réaliser des prélèvements post-mortem de tissus et contenus digestifs et de zones cérébrales.

Les métabolites testés sont naturellement présents dans le LM, les concentrations testées sont proches des concentrations retrouvées dans celui-ci et ne présentent pas de danger pour les porcelets. De plus, ces métabolites ont été testés in vitro à différentes concentrations pour identifier leurs propriétés bénéfiques sur l’épithélium intestinal et le système nerveux central. Enfin, la plupart de ces métabolites ont été étudiés sur différents modèles cellulaires et animaux sans effets toxiques notables dans le cadre de problématiques de recherches différentes. Cependant, l’utilisation de PPN « porcinisées » peut entrainer un effet indésirable sur l’appétit des animaux et possiblement provoquer une perte de poids. Néanmoins, la PPN qui sera distribuée aux animaux dans ce projet est identique à la PPN porcinisée utilisée dans un précédent projet qui s’est déroulé de septembre à novembre 2022 et qui n’a engendré aucun problème d’alimentation, ni de trouble digestif chez les porcelets. La séparation brutale de la mère et l’isolement relatif en cage individuelle pendant une période de 19 jours pourraient constituer une source de stress pour les porcelets. Cependant, les porcelets ne subissent pas de stress répétés (une séparation unique et définitive de la mère), ils seront hébergés dans une salle contenant 5 cages permettant des contacts olfactifs et sonores avec leurs congénères et leur environnement sera enrichi avec des jouets, sources d’interaction avec le milieu environnant.

Tous les animaux sont concernés par la procédure décrite (n = 30) et ils seront tous euthanasiés à la fin de l’expérience. L’euthanasie des animaux est nécessaire pour récupérer les tissus et contenus intestinaux ainsi que les tissus cérébraux qui seront analysés par des approches de biologie moléculaire, d’histologie et ex vivo, afin de répondre à notre question scientifique.

Le mini-porc Yucatan est un modèle animal proche de l’Homme, plus que ne peuvent l’être les rongeurs sur de nombreux aspects tels que la taille, l’anatomie du cerveau avec la présence de circonvolutions cérébrales notamment, l’anatomie de tube digestif, la physiologie digestive, le système immunitaire et le microbiote. S’intéressant à l’alimentation infantile, il est à noter que la dynamique de croissance et de développement des organes digestifs et du cerveau chez le porc nouveau-né est très proche de celle décrite chez le nouveau-né humain. De plus, il s’agit d’un animal omnivore monogastrique, ce qui en fait un modèle très utilisé pour les recherches en nutrition humaine. Enfin, sa taille et sa maturité à la naissance sont compatibles avec un allaitement avec des PPN dès les premiers jours de vie. S’intéressant à l’alimentation infantile, les porcelets inclus dans le protocole seront des nouveau-nés de 2 jours d’âge. Ils seront suivis pendant les trois premières semaines de vie avec une alimentation lactée.