Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 09/04/2025
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-726965)
Pour mesurer la vitesse à laquelle les poumons éliminent l’hydrogène, 45 rats sont opérés sous anesthésie générale et tués avant tout réveil. Chaque animal subit jusqu’à trois heures de chirurgie : intubation, ouverture du thorax et de l’abdomen pour poser des capteurs sur le cœur et le foie, puis incision du cou pour brancher les deux artères carotides à un circuit sanguin extérieur. Le porteur signale un risque d’hémorragie et de détresse cardio-respiratoire au moment de la mise en circulation extracorporelle. Il indique que le réveil ne peut être envisagé, les lésions infligées étant irréversibles, et justifie l’ensemble par la perspective de proposer un jour l’hydrogène comme médicament aux autorités de santé.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Actuellement présenté comme une alternative écologique aux énergies fossiles, l’hydrogène (H2) possède également un potentiel thérapeutique important, notamment pour le traitement des maladies cardiovasculaires, neurodégénératives, métaboliques ou encore des cancers. Toutefois, avant de pouvoir proposer cette molécule peu coûteuse et facile à produire comme candidat médicament aux authorités de santé, il est nécéssaire de décrire son comportement quand il est administré à un mammifère. Il est notamment important de comprendre comment il se distribue dans l’organisme, quel(s) organe(s) il peut atteindre en fonction de son mode ou de sa voie d’administration et surtout comment il est éliminé de l’organisme et à quelle vitesse. Les études réalisées jusqu’à aujourd’hui ont permis de confirmer que l’élimination de l’H2 est essentiellement pulmonaire et que le mode d’administration qui permet d’atteindre les concentration sanguines les plus élevées est l’inhalation. Notre projet propose de mettre au point un systéme permettant de détourner le sang artériel d’un rat à l’extérieur de son organisme (circulation extracorporelle artério-artérielle (CEC-AA)) pour permettre une hydrogénation du sang qui soit équivalente à l’administration par inhalation, mais qui n’interfére pas avec l’élimination pulmonaire d’H2. Cette approche permettra de mesurer précisément l’élimination pulmonaire d’H2 en maîtrisant son administration au niveau artériel. Cette demande concerne une phase de mise au point de la CEC-AA chez le rat et une phase de mesure de l’élimination pulmonaire d’H2 quand il est directement dissous dans le sang d’un animal par l’intermédiaire de la CEC-AA.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Le présent projet de recherche permettra de compléter les données pharmacocinétiques de l’hydrogène administré dans le sang artériel et de mettre au point un modèle de l’élimination (clairance) pulmonaire d’H2 chez un mammifère vivant. Ces données sont un prérequis nécéssaire pour proposer, à terme, l’hydrogène comme médicament aux autorités de santé.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Chaque animal subira un protocole chirurgical sous anesthésie générale volatile avec analgésie (injection sous-cutanée unique), d’une durée maximale de 3 heures, pendant lequel il subira une intubation, une ouverture thoracique et une ouverture abdominale pour la mise en place de capteurs (coeur et foie), puis une incision cutanée au niveau du cou pour introduire des tubulures dans les deux artères carotides pour la mise en place d’un système de circulation extracorporelle. A l’issue de la chirurgie et toujours sous anesthésie générale, une injection léthale sera administrée.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Une anesthésie générale profonde avec une couverture analgésique comporte un risque de détresse cardio-respiratoire, particulièrement au moment de la mise en place de la circulation extracorporelle. Par ailleurs, la chirurgie vasculaire présente des risques hémorragiques qui peuvent mettre en danger la vie de l’animal.
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. Le protocole chirurgical mis en oeuvre induisant des lésions irréversibles à l’animal, le réveil ne peut être envisagé sans l’exposé à des douleurs sévères post-opératoires.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Des études d’efficacité de traitements à l’hydrogène ont été réalisées, sur des modèles cellulaires et sur organes isolés, qui ont confirmé le potentiel thérapeutique de cette molécule. La présente étude a pour objectif de définir un modèle préclinique précis pour permettre l’analyse de l’élimination pulmonaire de l’H2 suite à une administration aiguë dans le sang. Nous disposons également de données concernant la distribution dans l’organisme d’H2 suivant différents modes d’administration chez le rat in vivo. Les résultats de cette étude permettront de les compléter pour construire un modèle physiologique du devenir de H2 qui pourra être appliqué chez l’homme. Le contexte physiologique ne peut donc pas être remplacé par un modèle in-vitro ou in-silico.
2. Réduction
Un lot de 25 rats est prévu pour la mise au point du système de CEC et pour sa caractérisation. Ce nombre est un maximum qui pourra vraisemblablement être inférieur. De plus, certains des animaux utilisés pour cette phase de mise au point pourront provenir d’autres protocoles (réutilisation). Un total de 20 rats (2 groupes de 10 animaux) sera utilisé pour l’étude de l’élimination pulmonaire d’H2. Afin de réduire le nombre d’animaux pour cette étude chaque animal constituera son propre contrôle. Le nombre d’animaux dans chacun de ces 2 groupes expérimentaux a été établi en tenant compte du risque de mortalité avant la fin du protocole (2 animaux par groupe) de façon à garantir un nombre total de 8 animaux par groupe. Ce nombre est justifié sur un plan statistique rigoureux.
3. Raffinement
Le protocole expérimental sera réalisé sans réveil et l’intégralité des gestes sera réalisée sous anesthésie générale complémentée par une analgésie. L’animal sera placé sur un matelas chauffant et sous une couverture de survie pour garantir le maintien de sa température coroprelle qui sera monitorée par l’intermédiaire d’une sonde rectale. Les paramtère vitaux seront suivis en continu par l’intermédiaire de 3 électrodes électrocardiographiques et deux capteurs de pression artérielle, placés aux points d’entrée et de sortie de la CEC.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
L’objectif de l’étude est d’établir un modèle physiologique de la distribution dans l’organisme et de l’élimination de l’H2 qui soit transposable à l’homme. Les études in vivo précentes sur l’hydrogène ont été réalisées jusqu’à présent sur le rat, notre modèle doit donc être complété par des données obtenues sur la même espèce pour pouvoir mettre les résultats en cohérence avec l’existant et construire le modèle qui sera par la suite paramétré avec des données humaines. Nous utiliserons des animaux adultes d’un poids corporel minimum de 300 grammes pour qu’ils soient adaptés à la mise en place de la CEC.