Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 22/07/2025
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-700016)
Les fibres optiques implantées dans le cerveau et les électrodes posées dans le muscle tibial antérieur causent un inconfort que le porteur qualifie lui-même de permanent. 1 049 souris vont être utilisées, toutes tuées à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger pour 54 d’entre elles, modéré pour 912 et sévère pour 83. Presque toutes subissent une chirurgie de quarante-cinq minutes à une heure pour recevoir un traceur dans la moelle épinière ou le tronc cérébral, parfois deux fois, tandis que certaines sont suspendues dans un harnais qui leur retire le contact des pattes avec le sol ou courent sur un tapis roulant, l’objectif étant d’identifier les neurones du tronc cérébral qui commandent les changements de direction. Leur cerveau et leur moelle épinière sont prélevés après mise à mort pour les analyses neuroanatomiques.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Notre projet de recherche s’intéresse aux mécanismes qui permettent à un être vivant de changer de direction en marchant. Si nous comprenons bien comment le cerveau contrôle les mouvements en ligne droite, les processus qui permettent de tourner ou de modifier sa trajectoire restent encore mystérieux. Pourtant, ces ajustements sont essentiels dans la vie quotidienne, que ce soit pour éviter un obstacle ou suivre un chemin précis. Récemment, des travaux sur la souris ont permis d’identifier un groupe spécifique de neurones dans le tronc cérébral. Ces neurones particuliers semblent jouer un rôle clé dans le changement de direction. Lorsque nous les activons, la souris modifie sa trajectoire. Nous pensons donc que ces neurones orchestrent la coordination des muscles du cou, du tronc et des pattes pour ajuster la marche. Pour mieux comprendre leur rôle, nous allons combiner plusieurs approches scientifiques : des enregistrements électriques de l’activité cérébrale, des outils génétiques ce qui pourra aider à mettre en place des modèles informatiques de la locomotion. À terme, nos découvertes pourraient aider à mieux comprendre certaines maladies neurologiques qui affectent la marche, comme la maladie de Parkinson ou la sclérose latérale amyotrophique. Elles pourraient aussi ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Le contrôle de la marche par le cerveau est un enjeu crucial, notamment pour les personnes souffrant de troubles neurologiques. Nos recherches pourraient avoir un impact direct sur la récupération motrice après une lésion de la moelle épinière, ainsi que sur les maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson ou les accidents vasculaires cérébraux. Ces affections altèrent profondément la capacité à se déplacer, rendant le quotidien difficile pour des millions de personnes. Jusqu’à présent, la plupart des études se sont concentrées sur la marche en ligne droite. Pourtant, dans la réalité, nous changeons constamment de direction pour nous adapter à notre environnement. Comment le cerveau ajuste-t-il ces mouvements ? Quels mécanismes permettent de garder l’équilibre en tournant ? Ces questions restent largement ouvertes. Notre projet vise à identifier les étapes précises du mouvement qui permettent aux animaux à quatre pattes d’effectuer un virage, tout en conservant leur équilibre. Grâce à des techniques de pointe, comme l’optogénétique (qui permet d’activer ou d’inhiber des neurones avec de la lumière), nous allons examiner le rôle des neurones du tronc cérébral impliqués dans ce processus. En collaboration avec des experts en modélisation biomécanique, nous allons intégrer ces découvertes dans un modèle informatique du contrôle de la marche. Ce type de simulation est essentiel, car il permet de tester virtuellement des scénarios complexes, comme la marche sur un terrain accidenté, sans avoir recours à des expériences supplémentaires sur les animaux. À terme, cette meilleure compréhension du contrôle cérébral des mouvements pourra guider le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques, notamment pour restaurer la mobilité des patients atteints de troubles neurologiques.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
La quasi-totalité des animaux recevront une injection de traceur de neurones au niveau de la moelle épinière et/ou dans le tronc cérébral lors d’une procédure chirurgicale. Le temps d’une injection est estimé entre 45 min à 1h. Le délai entre 2 injections sur un même animal est de 5 à 30 jours. Des tests de comportements moteurs seront réalisés chez quasiment 80% des animaux qui seront libres de leurs mouvements. 25% d’entre eux auront des marqueurs réfléchissants (petites sphères de 3mm de diamètre) apposés au niveau de leurs articulations pendant maximum 1 heure. 10% des animaux feront de la marche rapide (maximum 4 x 2minutes alternés de 5minutes de pause) en ligne droite sur un tapis roulant, spécialement conçu. 30% des animaux seront maintenus par une contention de moins de 10 secondes afin de connecter une fibre optique. 7% des animaux auront une électrode implantée dans le muscle tibial antérieur par une chirurgie d’une durée estimée à 1h. Quelques animaux seront légèrement sur-élevés à l’aide d’un harnais afin d’enlever transitoirement le contact des pattes avec le sol pendant au maximum 4 minutes consécutives.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Nous mettrons tout en œuvre pour minimiser l’impact des interventions. Voici les effets indésirables les plus fréquemment rencontrés lors de ces interventions : – Anesthésie : Dépression transitoire respiratoire et cardiaque, hypothermie. – Injection stéréotaxique: risque très faible d’infection au niveau des sutures. – Implantation de fibres optiques intra-cérébrales: très faible risque d’infection/Inflammation de la zone implantée. Inconfort lié à l’implant (permanent). – Tests moteur dans l’arène: inconfort transitoire lié à la présence de marqueurs collés sur la peau. Stress transitoire lié à la privation alimentaire (30 min maximum) pendant la phase de test. – Sur-élévation : inconfort transitoire lié à l’immobilisation. – Enregistrement d’activité par électromyographie : faible risque d’inflammation du muscle implanté, inconfort permanent lié à l’électrode. – Tests moteurs sur le tapis roulant : effort physique court, stress métabolique transitoire. Notez que la plupart de ces nuisances et effets indésirables, même s’ils peuvent survenir lors de nos expériences, restent exceptionnels. Aucun animal produit n’a de phénotype dommageable (incapacité de se déplacer, de se nourrir, etc…).
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
La mise à mort des animaux à l’issue de chaque procédure est requise afin de permettre le prélèvement du cerveau et de la moelle épinière, nécessaires aux analyses neuroanatomiques prévues dans le cadre de notre projet.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Notre objectif est d’analyser en détail comment le cerveau contrôle les mouvements pendant la marche et d’identifier les circuits neuronaux impliqués. Actuellement, il n’existe aucune alternative non animale permettant de répondre à ces questions de manière complète. Les recherches sur des modèles alternatifs, comme les organoïdes de moelle épinière, progressent, mais ces technologies en sont encore à leurs débuts. Si elles pourront, à terme, aider à mieux comprendre la connectivité neuronale et son adaptation, elles ne permettent pas encore d’étudier concrètement l’impact de l’activation ou de l’inhibition de certains neurones sur les mouvements eux-mêmes. Or, mesurer et analyser ces effets en temps réel est essentiel pour démontrer scientifiquement leur rôle dans la locomotion. Notre projet intègre également une dimension numérique : en collaboration avec des experts, nous allons développer un modèle informatique, et potentiellement robotique, des circuits et des séquences motrices impliqués dans les changements de direction. Cependant, pour que ces modèles soient fiables, nous avons besoin de données issues d’animaux en mouvement. À long terme, nos recherches contribueront à affiner les modèles informatiques et à développer des solutions alternatives, réduisant ainsi progressivement le recours aux animaux dans l’étude du contrôle de la locomotion.
2. Réduction
Chaque animal sera utilisé pour plusieurs types d’analyses : à la fois étudier le rôle fonctionnel des neurones et pour analyser leur organisation anatomique. Cette approche permet d’optimiser l’utilisation des tissus, notamment pour des expériences complémentaires, sans nécessiter de nouveaux prélèvements. Nous avons soigneusement estimé le nombre minimal d’animaux nécessaires pour obtenir des résultats statistiquement significatifs. Pour chaque groupe étudié, nous avons calculé un effectif optimal, en tenant compte des variations possibles dans l’efficacité des procédures et des risques liés à certaines expérimentations. Nous ajustons également ce nombre selon les besoins spécifiques de chaque analyse, en évitant tout recours superflu aux animaux. En adoptant ces méthodes rigoureuses, nous nous engageons à utiliser le strict minimum d’animaux nécessaires, tout en assurant la qualité et la pertinence des données recueillies.
3. Raffinement
Toutes les procédures invasives seront réalisées sous anesthésie générale et accompagnées d’un traitement analgésique adapté. Après chaque intervention chirurgicale, les animaux seront placés dans une chambre chauffante et ventilée, spécialement conçue pour assurer un réveil en douceur et dans des conditions optimales. Une fois complètement réveillés, ils seront réintégrés dans leur cage d’origine afin d’éviter le stress lié à l’isolement. Un suivi post-opératoire rigoureux sera effectué quotidiennement pendant plusieurs jours, selon une grille d’évaluation spécifique à chaque type d’intervention. Nous surveillerons attentivement plusieurs critères tels que le poids, l’état général (respiration, pelage, déplacement, propreté), les expressions faciales indicatrices de douleur (selon les recommandations du NC3Rs), ainsi que le comportement en cage et lors des manipulations. Ces observations seront consignées dans une fiche de suivi avec un système de score permettant d’adapter les soins en fonction des besoins de chaque animal. Si un signe de douleur est détecté, un traitement antidouleur approprié sera administré immédiatement. En cas de problème de cicatrisation, une anesthésie gazeuse sera utilisée pour éviter toute douleur lors de la reprise des sutures, et une crème antibiotique sera appliquée en cas d’infection locale, bien que ces cas restent rares. En dehors du suivi post-opératoire, les animaux bénéficieront d’un contrôle quotidien par le personnel qualifié de l’animalerie.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
L’étude des bases neuronales de la locomotion et de son contrôle par le tronc cérébral, que ce soit en condition normale ou pathologique, nécessite un modèle animal mammifère. Parmi les différentes espèces disponibles, la souris est un choix privilégié en raison de plusieurs atouts majeurs. D’une part, sa petite taille, sa facilité d’élevage et son cycle de reproduction rapide en font un modèle idéal pour les recherches en neurosciences. Depuis plus d’un siècle, elle est largement utilisée dans les études de génétique, car elle est actuellement le seul mammifère pour lequel la modification des gènes via le génie génétique sur cellules souches est facilement accessible. Cette spécificité a permis le développement de nombreuses lignées génétiquement modifiées, offrant des outils précieux pour l’exploration des circuits neuronaux. Dans le cadre de ce projet, les lignées sélectionnées permettent de cibler avec précision une population spécifique de neurones grâce à un traceur viral. C’est la seule approche permettant d’étudier ces neurones de manière isolée et de comprendre leur rôle dans le contrôle des mouvements. De plus, l’anatomie du cerveau et de la moelle épinière de la souris est extrêmement bien cartographiée. Il existe notamment un atlas de coordonnées de chaque région cérébrale, facilitant le ciblage de régions spécifiques et l’interprétation des résultats. Concernant l’âge des animaux, la majorité des expérimentations seront réalisées sur des souris adultes, âgées de 2 à 6 mois, avec une première intervention entre 2 et 3 mois. En effet, l’atlas de coordonnées est le plus fiable à ces stades, où la morphologie du cerveau est comparable entre animaux et ne change plus. En outre, le stade adulte nous assure que les animaux sont capables de se mouvoir et que les circuits étudiés sont matures.