Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 10/10/2024
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-483500)
Quatre injections de collagène et de lipopolysaccharide provoquent chez les souris une arthrite qui peut s’accompagner de douleur, de handicap et de difficultés à se déplacer. 1 680 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance sévère, avec ensuite jusqu’à quatre injections intraveineuses de nanoparticules, autant de séances de rayonnement infrarouge et trois prélèvements de sang sous anesthésie. Le porteur écrit que l’activation lumineuse est sans danger et que le rayonnement ne devrait pas faire souffrir l’animal, tout en précisant qu’aucun antidouleur ne pourra être administré parce qu’il risquerait de fausser les résultats. Toutes sont tuées à la fin, après un prélèvement sanguin terminal.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune caractérisée par une inflammation chronique des articulations conduisant à une destruction de structures (cartilage, os) et une déformation articulaire. Aujourd’hui pour soulager les patients, des immunosuppresseurs (molécules inactivant la réponse immunitaire) sont souvent prescrits ; s’ils peuvent réussir à réduire l’inflammation locale ils ne sont pas spécifiques et sont donc responsables d’effets indésirables sur l’ensemble de l’organisme. Par ailleurs, aucun traitement aujourd’hui n’est suffisant pour induire une stabilisation complète et durable de la maladie. C’est pourquoi de nouvelles pistes de traitement émergent. En particulier, réussir à éliminer les cellules responsables de l’inflammation de l’articulation apparait comme une stratégie thérapeutique prometteuse. Dans ce contexte, notre objectif, dans ce projet multi-sites, est de cibler les cellules responsables de l’inflammation articulaire avec des nanoparticules aux propriétés photothermiques afin de les supprimer. En réponse à une stimulation lumineuse dans le proche infrarouge, les nanoparticules photothermiques produisent de la chaleur qui provoque la mort des cellules les ayant internalisées. Ainsi en développant des nanoparticules qui ne sont prises en charge que par les cellules pathologiques de l’arthrite puis en activant ces nanoparticules avec un rayonnement approprié nous pouvons espérer supprimer les cellules pathologiques et réduire les signes de la maladie. Il est important de noter que l’activation lumineuse est sans danger pour les tissus environnants et l’ensemble de l’organisme son impact serait ainsi restreint aux seules cellules pathologiques ayant internalisé les particules. Après une pré-sélection de nanoparticules candidates in vitro nous étudierons leur localisation dans l’organisme après leur administration (imagerie réalisée dans un établissement partenaire) et leurs propriétés thérapeutiques dans un modèle animal. Nous travaillerons avec un modèle utilisé depuis des décennies : l’injection de collagène chez la souris, provoquant le développement d’une maladie proche de la polyarthrite humaine. Les souris recevront ensuite des injections de nanoparticules qui seront rendues fluorescentes pour être suivies dans l’organisme ou qui seront activés avec un rayonnement lumineux avant de suivre, à l’aide d’une grille d’atteinte articulaire préétablie, l’évolution de la maladie et conclure sur un bénéfice thérapeutique.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Nos nanoparticules photothermiques ciblées aux cellules responsables de l’inflammation articulaire pourraient constituer une innovation thérapeutique qui enrichira l’arsenal des outils disponibles pour soigner l’arthrite. Seules ou en combinaison avec d’autres stratégies, nos nanoparticules pourraient permettre d’espérer à terme réussir à stabiliser chez les patients la progression de la maladie. Par ailleurs, notre stratégie thérapeutique de suppression par effet de photothermie de cellules inflammatoires (production de chaleur par les nanoparticules conduisant à la mort des cellules les ayant internalisées) est polyvalente puisque ces cellules sont impliquées dans d’autres maladies inflammatoires et auto-immunes. Ainsi, si notre stratégie se confirme prometteuse dans le contexte de la polyarthrite rhumatoïde nous pourrons envisager l’adapter et la transposer à d’autres maladies.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Les animaux inclus dans cette étude recevront au plus : quatre injections (Etablissement utilisateur (EU) n°1) de réactifs induisant l’inflammation réalisées sous anesthésie d’une durée de 10 minutes et une autre injection (geste rapide de moins d’une minute) réalisée sans anesthésie. Ensuite, pour un premier groupe de souris après leur répartition dans un groupe de traitement, les animaux recevront une ou quatre injection(s) de nanoparticules thérapeutiques par voie intraveineuse sous anesthésie générale (Etablissement utilisateur (EU) n°1) d’une durée d’une minute complétée par une anesthésie locale au niveau du point d’injection. Chaque injection de nanoparticule sera suivie 20 heures plus tard de l’application, sous anesthésie générale, d’un rayonnement infrarouge de 10 minutes, non invasif (Etablissement utilisateur (EU) n°1). Afin de suivre la progression de la maladie, 2 fois par semaine, les animaux seront pesés, l’aspect des pattes sera surveillé et l’épaisseur des chevilles de pattes arrière mesurée. Pour suivre certains marqueurs de la maladie, 3 prélèvements de sang sont prévus sous anesthésie générale d’une durée de 10 minutes. En parallèle, pour un deuxième groupe de souris, des animaux, qui auront développé la maladie suite à l’injection du réactif induisant l’inflammation articulaire, recevront une injection de nanoparticules fluorescentes par voie intraveineuse sous anesthésie générale d’une durée d’une minute complétée par une anesthésie locale au niveau du point d’injection (Etablissement utilisateur (EU) n°1). Puis, un suivi, sous anesthésie générale, par imagerie (2h, 6h, 18h 24h et 48h) de la localisation des nanoparticules fluorescentes dans l’organisme sera réalisé (Etablissement utilisateur (EU) n°2).
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
1-Injections de collagène/lipopolysaccharide (LPS). Ces injections (induction de la pathologie) peuvent être source de stress et occasionner un oedème modéré et un inconfort transitoire (2 jours). Enfin, une lésion cutanée locale (type ulcère) peut apparaître. Ces injections sont responsables d’une inflammation au niveau des articulations et d’une réaction auto-immunitaire qui conduisent au développement progressif de la maladie. 2-Développement de l’arthrite. Si les premiers signes cliniques d’arthrite sont perçus par l’expérimentateur entre 21 et 28 jours après la première injection de collagène, le processus d’inflammation initié par les injections de collagène peut être source de souffrance pour l’animal dès le tout début de l’expérimentation. Les souris peuvent être sujettes à différents symptômes proches des manifestations humaines de la pathologie : les animaux peuvent souffrir d’inconfort, de douleur, de handicap et éprouver des difficultés à se déplacer (inflamamtion articulaire). La pathologie peut s’accompagner d’autres signes de mauvaise santé générale (pelage terne, perte de poids…). 3-Administration de nanoparticules et application locale d’un rayonnement proche infra-rouge. L’administration de nanoparticules sera réalisée par voie intraveineuse peuvt être source de stress. Elles seront réalisées par un personnel formé et habitué à effectuer le geste technique associé. L’application locale sur les articulations d’un rayonnement proche infrarouge 20 heures après l’injection des nanoparticules est nécessaire à leur activation. L’application du rayonnement ne devrait ni être source de souffrance pour l’animal ni responsable d’altérations des tissus environnants : seules les cellules ayant internalisé les nanoparticules photothermiques seront impactées par le rayonnement. Puissance du rayonnement choisie pour ne pas causer de lésions cutanée. 4- Prélèvements sanguins. Ils seront de volume adapté à leur fréquence pour laisser le temps à l’entièreté du volume sanguin de se régénérer entre deux prélèvements donc effet très limité sur la santé de l’animal. 5- Transport : Le transport entre les EU partenaires pourra générer un stress léger de courte durée (transport< 15min) 6- Suivi par imagerie des nanoparticules fluorescentes. Le dispositif d'imagerie est adapté à une utilisation préclinique, ne causera pas de souffrance, la fréquence de son utilisation (5 fois en 48h) est d'ailleurs inférieure à celle maximale recommandée (6 fois/24h).
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Tous les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure après la réalisation sous anesthésie d’un prélèvement sanguin terminal nécessaire pour analyser les effets de la nanoparticule candidate sur la progression de la maladie.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Des études in vitro seront réalisées pour sélectionner des nanoparticules candidates non toxiques. Ces études sont une première étape mais ne suffisent pas pour conclure sur l’effet thérapeutique des nanoparticules. En effet, le recours à un modèle animal dans lequel les cellules immunitaires interagissent de manière complexe au sein d’organes organisés est nécessaire. Il existe différents modèles d’arthrite (dont le modèle induit au collagène que nous avons choisi) qui se rapprochent de la pathologie humaine de la polyarthrite rhumatoïde. Le recours à ce genre de modèle animal est obligatoire car c’est un outil qui permet d’étudier les éventuels bénéfices thérapeutiques de la nanoparticule à différents niveaux (état général des animaux, apparence des articulations, analyses sanguines…).
2. Réduction
Le nombre de souris utilisées dans chaque groupe de ce projet a été réduit au minimum nécessaire pour obtenir des résultats interprétables et reproductibles. Nous évaluerons dans une étude pilote quel protocole d’injection de collagène induit l’arthrite dans notre établissement avec une bonne incidence puis sur des animaux malades nous évaluerons l’efficacité du traitement par photothermie à l’aide de tests statistiques adaptés. Il est prévu de réaliser chaque protocole thérapeutique ou de suivi de la répartition dans l’organisme des nanoparticules fluorescence 4 fois afin de s’assurer que les effets observés soient constants et reproductibles d’une expérimentation à l’autre. Pour chaque condition testée, au plus 10 animaux seront inclus par expérimentations pour atteindre au plus 40 souris par groupe. Si dès la troisième répétition d’expérience des effets sont mis en évidence par les tests statistiques alors nous ne réaliserons pas la quatrième répétition, ce qui réduira le nombre d’animaux utilisés. Les résultats seront analysés à l’aide de tests statistiques adéquats qui permettront de mettre en évidence sur tous les paramètres étudiés des différences entre les groupes de souris et de conclure quant à l’efficacité thérapeutique du traitement photothermique.
3. Raffinement
Les animaux seront hébergés dans l’EUn°1, dans l’EUn°2 et pendant le transport par groupes dans des cages enrichies avec l’ajout de matériel de nidification et de bâtons à ronger. Pendant le transport (
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Les souris (Mus musculus) sont des mammifères dont le système immunitaire est très proche du système immunitaire humain. Il existe par ailleurs chez la souris plusieurs modèles déjà établis d’arthrite dont les caractéristiques sont proches de la polyarthrite rhumatoïde humaine. En particulier le modèle d’induction de l’arthrite par injection de collagène chez des souris âgées de 6 à 8 semaines est un modèle largement utilisé. C’est ce modèle que nous mettrons en place dans cette étude.