Procédures modérées

672 souris vont être utilisées, chacune pouvant recevoir dix injections, subir quatre heures de piqûres de filaments sur la face ou la patte les jours d'injection, boire pendant une semaine une eau qui irrite son intestin, et passer six séries de trente minutes de bruit au cours d'une même nuit. Les procédures sont classées en niveau de souffrance modéré et toutes les souris sont tuées pour le prélèvement d'organes. Le projet cherche un mécanisme commun entre migraine, fibromyalgie et douleurs viscérales, du côté des cellules satellites gliales qui entourent les neurones. Le porteur situe le bénéfice possible au-delà de ce projet, tester un jour de nouvelles molécules, quand les stimulations douloureuses, elles, sont datées et comptées.

Objectifs

Parmi les douleurs chroniques, la migraine qui affecte environ 15% de la population générale, est sur-représentée dans certaines autres maladies douloureuses chroniques. Ainsi, environ 20% des patients souffrant de douleurs du viscérales au niveau des intestins sont également migraineux. Cette proportion atteint jusqu’à 45 à 80% des patients fibromyalgiques (douleurs musculaires diffuses), selon les études. Malgré ces observations cliniques, le(s) mécanisme(s) pouvant expliquer la présence de la migraine dans d’autres maladies douloureuses est(sont) encore peu connu(s). Ainsi, le but de notre projet est de mieux comprendre si un mécanisme commun entre les douleurs viscérales, la fibromyalgie et la migraine pourrait exister. Parmi les mécanismes sous-tendant ce type de douleur chronique, une activation trop importante des neurones pourrait être à l’origine de la sensibilité exacerbée de ces patients. Des cellules particulières appelées les cellules satellites gliales, entourant les neurones dans les ganglions, semblent jouer un rôle clef dans la régulation de l’activité des neurones. Le but de notre projet est donc de caractériser le rôle des cellules satellites gliales entre différents modèles de douleur chronique, de fibromyalgie, douleur viscérale et migraine à la fois chez les mâles et les femelles. Pour cela, nous évaluerons l'expression de plusieurs marqueurs spécifiques d’activation des cellules satellites gliales dans (i) un modèle de douleur, mimant la fibromyalgie, induite par le stress sonore, (ii) un modèle de migraine induite par des injections répétées d’une molécule qui provoque des migraines chez les patients migraineux et (iii) un modèle de douleur viscérale induite par l'administration orale d’une molécule induisant une inflammation du côlon.

Bénéfices attendus

Ce projet nous permettra de mieux comprendre les mécanismes qui expliqueraient pourquoi la migraine est plus fréquente chez des patients souffrant déjà d’autres douleurs (douleurs viscérales inflammatoires et fibromyalgie), notamment le rôle de cellules particulières, appelées les cellules satellites gliales qui entourent les neurones. A plus long terme, comprendre ces mécanismes permettrait de tester de nouvelles molécules pharmacologiques pour cibler plus spécifiquement les patients présentant la présence de la migraine et d’une autre maladie douloureuse viscérale ou de fibromyalgie.

Procédures

Les interventions seront : Injections d’une molécule : chaque injection dure moins d’une minute (au total 10 injections sur plusieurs semaines). Elles seront réalisées sur des souris en contention modérée. Mesure de la sensibilité cutanée : les jours d’injection pendant 4h toutes les 30 minutes ; cette mesure se fait par l'application de filaments fins sur la peau de l'animal au niveau de la face ou de la patte Le modèle de douleur viscérale est induit par l’administration d’une molécule dans l’eau de boisson sur une semaine. Les animaux peuvent être sous anesthésie gazeuse pour réaliser une chirurgie : elle a lieu une fois et elle sera sans réveil. La chirurgie dure environ 45 min. Stress induit par un son : série de sons pendant 30min, répétés toutes les 3 heures, soit 6 fois au cours de la nuit, ce qui représente un total de 3 heures de stress sonore.

Impact sur les animaux

Nous utilisons un modèle de migraine qui provoque une douleur modérée chez l’animal. Cette douleur est ressentie après les injections, mais n’empêche pas les mouvements de l’animal. Une douleur légère est provoquée par les injections de molécules. Elles seront réalisées sur des souris en contention modérée. Mesure de la sensibilité cutanée : cette mesure se fait par l'application de filaments fins sur la peau de l'animal au niveau de la face ou de la patte qui entraine une douleur modérée Le modèle de douleur viscérale est induit par l’administration d’une molécule dans l’eau de boisson sur une semaine. Cette molécule induit une irritation de l’intestin et la douleur provoquée est modérée. Les animaux seront sous anesthésie gazeuse pour réaliser une chirurgie : le début de cette anesthésie peut induire un stress transitoire de l’animal qui dure moins de 2 minutes. La répétition d’un son entraine un stress chez l’animal.

Devenir

Les procédures ne permettent pas de réutiliser les animaux. En effet, elles se terminent par des techniques qui nécessitent le prélèvement d’organes : les animaux seront donc mis à mort à la fin des procédures.

Remplacement

Aucune méthode alternative ne permet de remplacer ce protocole. En effet il est nécessaire de réaliser ces études in vivo, car l’intégration de la douleur implique de nombreuses régions du système nerveux central et périphérique simultanément.

Réduction

Le nombre d’animaux utilisés sera réduit au maximum. Le nombre d'animaux est défini à partir de notre expérience et des tests statistiques donnant le nombre nécessaire pour la discrimination des effets. Ainsi pour toutes les procédures, nous aurons 12 animaux (6 males et 6 femelles) par groupe. Une fois les animaux mis à mort, un maximum d'organes sera prélevé et stocké afin d'être utilisés pour ce projet ou pour d'autres études. Cela limitera le nombre d’animaux utilisés.

Raffinement

La nuisance identifiée sur le bien-être des animaux est la douleur et le stress engendrés dans le cadre des différents modèles. Concernant la douleur générée par l’application des stimulations mécaniques (à l'aide de filaments en plastique), nous limitons les stimulations en durée et en intensité au minimum et l’animal a toujours la possibilité d’échapper à la stimulation puisqu’il est libre de ses mouvements. Les stimulations mécaniques ne dépassent pas les points limites fixés. Pour améliorer le bien-être des animaux, les cages sont enrichies à l'aide de rouleaux permettant aux animaux de se cacher ainsi que de papier de nidification, chose importante pour la souris. Une des procédures nécessite une chirurgie qui se fera sous anesthésie gazeuse par une personne expérimentée.

Choix des espèces

La souris est couramment utilisée au sein du laboratoire depuis de nombreuses années et dans les études précédentes sur le sujet dans d’autres laboratoires. C’est par ailleurs un des modèles les plus utilisés pour les études comportementales dans le domaine de la douleur. Le choix de développer ce modèle chez la souris permettra d'utiliser des animaux génétiquement modifiés pour des cibles impliqués dans la migraine, ce qui est difficilement réalisable chez le rat. Les animaux seront âgés de 6-8 semaines pour la comparaison avec les autres données de la littérature. Ce stade de développement a été choisi car c’est chez le jeune adulte que le plus souvent la maladie migraineuse débute chez l’être humain.

Une partie des souris utilisées est immunodéficiente, incapable de rejeter les cellules cancéreuses humaines qu'on lui greffe et maintenue à l'abri des germes pour ne pas s'infecter. 40 souris en tout vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacune reçoit sous la peau une injection de cellules de cancer du foie, puis sa tumeur est mesurée au pied à coulisse deux fois par semaine sous anesthésie, jusqu'à une possible ulcération de la peau au point de greffe. Toutes sont tuées après un dernier prélèvement de sang, pour que leurs tissus servent à mesurer l'effet d'une protéine membranaire sur la croissance de la tumeur.

Objectifs

Le cancer du foie qui est le 3ème cancer le plus meurtrier dans le monde. Le traitement de référence des formes graves fait appel à des anticorps ciblant le système immunitaire, mais seul un faible pourcentage de patients répond à ces traitements. Il y a donc urgence à mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la progression du carcinome hépatocellulaire afin d’améliorer les thérapies actuelles. Nous avons identifié une protéine localisée sur la membrane des cellules et connue pour participer au développement de différents cancers, et particulièrement le carcinome hépatocellulaire. Une expression élevée de cette protéine est notamment associée à un mauvais pronostic chez les patients, suggérant qu’elle pourrait être une cible thérapeutique pertinente dans le carcinome hépatocellulaire. Ce projet a donc pour objectif de comprendre les effets de la variation d’expression de cette protéine sur la croissance tumorale, en utilisant des lignées cancéreuses humaines ou murines dans lesquels l’expression de la protéine est supprimée (perte de fonction) ou surexprimée (gain de fonction). Ces cellules sont ensuite greffées sous la peau des souris, permettant le développement de tumeurs où il nous sera possible de suivre leur croissance. L’objectif à terme est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la progression du carcinome hépatocellulaire et d’ouvrir de nouvelles pistes de traitement.

Bénéfices attendus

Le cancer du foie est un cancer pour lequel le nombre de cas est en augmentation constante partout dans le monde, et les traitements actuels ne permettent de soigner qu’un faible pourcentage de malades. Notre projet est une étape vers une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la progression du carcinome hépatocellulaire. Ce projet pourrait ouvrir vers de nouvelles pistes thérapeutiques pour prendre en charge le cancer du foie, ainsi que les autres cancers exprimant fortement la protéine que nous avons identifiée.

Procédures

Pour étudier l’effet du gain ou de la perte de fonction du récepteur, les animaux seront soumis à une injection unique sous la peau de cellules cancéreuses du foie. Cette injection prend environ une minute à être réalisée sur animaux anesthésiés. Les tumeurs seront mesurées deux fois par semaine à l’aide d’un pied à coulisse sur animal anesthésié, et cette mesure prend moins d’une minute à être réalisée. A la fin de la procédure, les animaux subiront un prélèvement de sang terminal. Cette procédure est réalisée sur animaux anesthésiés et est réalisée en environ 1 minute.

Impact sur les animaux

La manipulation des animaux entraîne un stress physique modérée de courte durée. Dans certains cas la croissance de la tumeur peut entrainer l’apparition d’une ulcération cutanée au niveau du site d’implantation des cellules, entraînant une douleur modérée de courte durée.

Devenir

Tous les animaux de ce projet seront mis à mort afin de collecter les tissus qui seront utilisés pour des analyses ultérieures.

Remplacement

Plusieurs stratégies de remplacement ont été mises en place afin de réduire au minimum le recours à l'expérimentation animale. Nous utilisons également en parallèle des modèles in vitro afin de confirmer notre hypothèse avant de passer sur le modèle animal. Néanmoins, dans les essais de pharmacocinétiques pour toutes substances thérapeutiques, les tests sur animaux entiers ne sont pas substituables par des tests simplifiés in vitro. Cela en raison du besoin de mesurer les variations de concentration de la substance thérapeutique dans le plasma d’un organisme ayant des organes et des systèmes pleinement fonctionnels. Également, les modèles cellulaires ne permettent pas de reconstituer l’effet de l’angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux qui peuvent influencer la réponse thérapeutique en entrainant l’activation de certaines voies de signalisation) ou toute la complexité biologique (interaction des éléments du microenvironnement tumoral avec le système biologique de la souris ou modélisation de l’hétérogénéité cellulaire et génétique d’une tumeur) d’un être vivant sur l’efficacité d’un traitement. La validation de ces dernières nécessite le recours à l'expérimentation animale en raison de sa grande complexité. De plus, les modèles cellulaires ne peuvent récapituler que partiellement la pathogenèse complexe du CHC.

Réduction

Pour garantir la fiabilité de nos résultats tout en limitant le nombre d’animaux, nous avons déterminé, grâce à des calculs statistiques, un effectif minimum par groupe qui nous permet de détecter une différence significative entre chaque condition. Nous avons prévu quelques animaux supplémentaires pour compenser d’éventuelles variations et n’avons pas inclus de groupes superflus. Les résultats seront analysés avec des méthodes statistiques reconnues pour valider nos comparaisons.

Raffinement

Afin de raffiner au mieux notre méthodologie, le protocole expérimental est planifié en amont, l’environnement des animaux est enrichi avec des tubes de coton pour la nidification, des briques de tremble à ronger, et des tunnels kraft pour leur permettre de se cacher. Ils auront accès sans restriction à la nourriture et à l'eau pendant toute la durée de l'expérience. Les animaux immunodéficients seront maintenus en groupe sociaux dans des cages ventilées en zone exempt d'organismes pathogènes spécifiques, ce qui permet que les animaux immunodéprimés ne développent pas d'infection. Les animaux immunocompétents seront maintenus en groupe sociaux dans des cages ventilées. Les animaux seront manipulés à l’aide de tubes de manipulation afin d’éviter toute préhension stressante par la queue de l’animal. Des points limites précoces ont été établis afin d’interrompre si nécessaire les procédures permettant de soustraire les animaux à toute douleur ou souffrance. Une méthode anesthésique sera appliquée lors des procédures le nécessitant. Les animaux sont observés quotidiennement, et une observation scorée est réalisée 2 fois par semaine.

Choix des espèces

Les souris sont de petits mammifères proches de l’homme. Les phénomènes biologiques mis en jeu chez ces 2 espèces sont très comparables lors d’un traitement anti-cancéreux. Ces modèles ont contribué dans le passé à établir une meilleure compréhension des voies moléculaires impliquées dans la carcinogenèse ainsi que le potentiel curatif de combinaisons thérapeutiques actuellement prescrites chez l’homme. Les animaux seront utilisés à un âge adulte de 8 semaines minimum, afin de mimer la pathologie qui touche principalement les adultes. De plus, il est préférable de greffer les cellules sur des animaux adultes afin que les tumeurs grandissantes entravent le moins possible leur capacité de mouvement. Les animaux seront utilisés à un âge adulte de 8 semaines minimum. Il est préférable de greffer les cellules sur des animaux adultes afin que les tumeurs grandissantes entravent le moins possible leur capacité de mouvement.

12 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Après douze à quatorze heures de jeûne, un produit irritant leur est administré directement dans le côlon pour provoquer une inflammation de trois jours, avec une perte de poids attendue pouvant approcher 20 %, puis ils passent une IRM sous anesthésie avant d'être tués par injection létale. L'objet est de savoir si l'IRM permet de mesurer l'épaississement de la paroi du côlon, en vue d'études ultérieures sur l'effet des polluants. Le porteur qualifie les six animaux par groupe d'"indispensables" pour compenser les différences individuelles, sans autre calcul, cette étude préliminaire devant précisément servir à dimensionner les suivantes.

Objectifs

Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI) sont caractérisées par des poussées inflammatoires entrecoupées de périodes de rémission de durée variable et impactant très lourdement la qualité de vie des patients. Le registre EPIMAD nord de France a montré que l’incidence de la maladie de Crohn (MC) est croissante depuis de nombreuses années et que l’incidence des MICI chez les jeunes et adolescents (10-16 ans) explose. Des études prédisent une prévalence des MICI entre 0.5% à 1% à partir de 2030 et l’incidence grandissante gagne peu à peu les pays en cours d’industrialisation. L’étiologie de ces pathologies reste encore très mal connue et les facteurs de risque environnementaux identifiés jusqu’alors ne peuvent expliquer toute la pathogenèse des MICI et l’explosion de leur incidence. Pour comprendre l’effet de certains polluants sur l’inflammation de l’intestin, notre projet recherche de nouveaux outils permettant de suivre l’évolution et l’étendue de l’inflammation en utilisant des outils capables de mesurer précisément l’ampleur de cette inflammation, notamment en observant l’épaississement de la paroi du côlon. D'autres segments du tube digestif pourront également être explorés. Nous n'avons jusqu'à présent pas une notion suffisante de la capacité de résolution et de la précision de l'outil IRM pour réaliser une mesure précise de l'épaisseur de la paroi intestinale. Ce projet a ainsi pour ambition de lever cette incertitude.

Bénéfices attendus

Afin de répondre à un certain nombre de questionnements sur l'implication de ces polluants environnementaux dans le développement et la modulation de l'inflammation, nous cherchons des outils matériels pertinents qui permettraient de mesurer l'étendue de l'inflammation notamment de l'infiltration inflammatoire par la mesure de l'épaisseur des couches de la paroi colique. Nous savons qu'au cours du développement de la phase inflammatoire, l'infiltrat de cellules inflammatoires va épaissir progressivement la paroi du tissu d'intérêt. Grâce à l’imagerie par résonance magnétique, il est possible d’obtenir des informations très utiles pour mesurer ces changements sans avoir besoin de sacrifier l’animal à chaque étape. Cela permet de suivre l’évolution de l’inflammation chez le même animal à plusieurs moments, selon le traitement reçu. Cette approche aide à mieux comprendre le phénomène tout en réduisant le nombre d’animaux nécessaires pour les expériences futures.

Procédures

Dans ce projet, une inflammation contrôlée du colon est provoquée chez les rats en administrant un produit irritant directement dans le côlon, après une période de jeûne de 12 à 14 heures. Cette inflammation, modérée et de courte durée (3 jours), est conçue pour limiter au maximum les effets négatifs sur les animaux. Une perte de poids modérée, inférieure à 20%, peut survenir au cours des deux premiers jours. À la fin des trois jours, les animaux sont placés sous anesthésie gazeuse pour passer par l’imagerie par résonance magnétique, puis endormis avant mise à mort afin de permettre des prélèvements et analyses de tissus.

Impact sur les animaux

Le modèle utilisé dans cette étude provoque une inflammation très modérée du côlon chez les rats. De notre expérience du modèle, on attend une perte de poids modérée au cours des deux premiers jours, sans autres changements détectables de comportement. L’injection du produit qui déclenche l’inflammation dure environ deux minutes et se fait sous anesthésie générale. Pour éviter que les animaux ne prennent froid pendant l’anesthésie, ils sont installés sur un tapis chauffant jusqu’à leur réveil. Ensuite, chaque rat retourne dans sa cage, où il est régulièrement surveillé pendant 6 heures après la procédure pour s’assurer de son bon état de santé.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés par administration létale d'anesthésique après la session de passage à l'IRM, afin de réaliser les prélèvements tissulaires et analyses ultérieures.

Remplacement

L’utilisation de rats dans ce projet se justifie parce qu’il n’existe pas d’autres modèles capables de mimer fidèlement les phénomènes étudiés, comme l’inflammation de l’intestin ou le comportement des animaux. Les modèles utilisant uniquement des cellules, des simulations informatiques ou des petits organismes comme les vers ou les insectes ne sont pas adaptés pour reproduire les interactions complexes entre les différents organes comme l’intestin, le microbiote, le cerveau ou le foie. De plus, certains effets de l’inflammation, par exemple l’augmentation de la température corporelle, ne peuvent être étudiés que chez un organisme vivant qui peut s’adapter, notamment par des changements dans le sommeil ou l’alimentation. Les jeunes rats offrent aussi un modèle pertinent, reproductible et validé dans la communauté scientifique.

Réduction

Cette étude est une étude préliminaire. Nous prévoyons d’utiliser 12 rats, répartis en deux groupes de 6. Ce faible nombre nous permet d’obtenir les premiers résultats qui serviront de base s’ils sont positifs pour calculer au plus juste le nombre de rats nécessaires pour une étude plus importante. C’est pourquoi dans cet esprit de réduction nous choisissons uniquement de jeunes mâles adultes pour limiter le nombre total d’animaux nécessaires. Avoir 6 animaux par groupe est indispensable pour compenser les différences individuelles et obtenir des résultats fiables sur le plan statistique.

Raffinement

Afin de limiter l’inconfort des animaux, toutes les manipulations pouvant causer un stress ou une douleur, comme l’injection dans le côlon ou l’imagerie par résonance magnétique, seront réalisées sous anesthésie générale. Les rats seront hébergés dans des cages spacieuses au sein d’un environnement adapté (endroit calme et climatisé) où ils pourront bouger librement, se redresser et s’allonger, afin de préserver leur comportement habituel. Plusieurs éléments favorisant leur bien-être seront ajoutés : les rats seront hébergés en petits groupes stables pour maintenir une vie sociale, des objets qu’ils peuvent manipuler seront mis à leur disposition (comme des tubes en carton ou des frisettes), et un fond musical varié sera diffusé. Enfin, les cages transparentes permettront une bonne visibilité et un environnement visuel stimulant.

Choix des espèces

Pour cette étude, nous émettons l’hypothèse que l’exposition aux polluants pendant les phases sensibles du développement, comme l’enfance et l’adolescence, pourrait favoriser la survenue de maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. C’est pourquoi nous utilisons des rats jeunes adultes car ils réagissent physiologiquement et comportementalement de manière proche des humains face à différents polluants environnementaux. Ce modèle est reconnu scientifiquement pour l’étude de l’inflammation intestinale et les installations nécessaires à leur hébergement sont bien adaptées depuis plusieurs années.

12 macaques à longue queue vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue pour l'analyse de leur cerveau. Huit reçoivent des traceurs injectés dans le cerveau au cours d'opérations de quatre à six heures, suivies de trois jours de traitement antidouleur, quatre portent un implant crânien et une barre de tête, et quatre vivent sous restriction d'eau pendant sept à seize mois. Le but est fondamental, comprendre comment les voies descendantes du cortex fabriquent des prédictions, question posée en parallèle chez des humains par IRM fonctionnelle. Sur le remplacement, le porteur écarte l'informatique en affirmant qu'il n'existera pas de modèle assez précis du cerveau d'un primate dans un avenir prévisible.

Objectifs

Les études neurophysiologiques classiques sur le traitement de l’information au sein du cortex montrent que les voies ascendantes de la hiérarchie corticale génèrent des représentations du monde de plus en plus complexes au sein des aires dites de haut niveau hiérarchique, chaque niveau traitant les données sensorielles dans des fenêtres spatiotemporelles de plus en plus étendues. Par contraste, la fonction des voies descendantes reste largement inconnue, constituant ainsi un obstacle majeur à la compréhension du fonctionnement du cerveau dans sa globalité. On attribue pourtant aux voies descendantes, non pas un seule mais plusieurs fonctions complexes telles que l’imagination de représentations sensorielles à partir de concepts issus de l’expérience d’objets visuels (e.g. imagerie mentale d’une orange). La théorie du codage prédictif propose que notre représentation interne du monde se base sur l’interaction entre connexions descendantes (qui transmettent les informations de prédiction sur l’origine des messages ascendants) et les connexions ascendantes (qui 1. encodent la différence entre prédictions des niveaux hiérarchiques supérieurs et signal reçu des niveaux inférieurs et 2. transmettent cette erreur de prédiction aux niveaux supérieurs afin d’adapter en continu leurs prédictions). Les théories sur le traitement hiérarchique prédictif ont un impact significatif sur la compréhension des mécanismes neuronaux liés aux processus de perception, cognition, langage ou encore conscience dans le cerveau humain, en condition saine et pathologique. Malgré cette importance, il existe peu d’évidences empiriques chez les primates dont fait partie l’homme concernant les réseaux de voies descendantes et la nature fonctionnelle des signaux transmis, et les processus d’intégration entre signaux ascendants et descendants restent largement indéterminés. Le but du projet est d’identifier les circuits neuronaux anatomiques et fonctionnels du traitement prédictif dans le système visuel. Le projet se déroule dans deux établissements utilisateurs EU1 et EU2.

Bénéfices attendus

Les questions scientifiques abordées dans le projet sont de nature fondamentale et, comme toute recherche fondamentale en neurosciences, ont une incidence sur les questions de santé et de maladie humaines. Ainsi, les bénéfices immédiats de nos travaux chez l’animal sont pour l'interprétation de la structure et de la fonction du cortex humain, où il est évident que les expériences invasives sur les circuits cérébraux ne peuvent être réalisées. Le projet étudie les mécanismes cérébraux qui sont impliqués dans la représentation neuronale des sens (en particulier la perception visuelle), ce qui permet une compréhension mécanistique du codage prédictif, mais aussi de son rôle dans des processus tels que l'imagerie mentale et l'imagination. Nos recherches sont menées en parallèle chez l’homme avec des paradigmes comportementaux similaires ; où, dans le modèle animal, les techniques invasives permettront de mieux comprendre les mécanismes cellulaires et, chez l’homme, de confirmer et d’extrapoler ces résultats au cerveau entier grâce à l’IRMf. Notre objectif global est de comprendre le traitement hiérarchique dans le cerveau humain, ce qui, dans le domaine émergent de la psychiatrie computationnelle, permettra de mieux comprendre les mécanismes neuronaux en cause dans de nombreux troubles cérébraux.

Procédures

Étapes d’imagerie sous anesthésie générale : scan CT - EU2 (n=12, 1 fois/animal, 10min); IRM - EU1 (n=12, 2 fois/animal, 3-5h). Étape d’injection de traceurs sous anesthésie générale - EU1 (n=8, 1 fois/animal, 4-6h) suivi de traitement anti-inflammatoire et antalgique sur animal vigile en post-opératoire (n=8, 1 fois/animal, 3j). Étape d’enregistrements électrophysiologiques aigus sous anesthésie générale - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 1-3j). Étape d'implantation de l'implant pour enregistrements semi-chroniques sous anesthésie générale - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 5-7h). Étape de fixation de la barre de tête sur l'implant sous anesthésie générale - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 4-5h). Étape d'injection de traceurs et insertion des électrodes - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 5-7h) suivi de traitement anti-inflammatoire et antalgique sur animal vigile en post-opératoire (n=4, 1 fois/animal, 3-5j) - EU1, avec adaptation ou prolongation des traitements post-opératoires selon l’avis du vétérinaire référent. Étape de mis à jeun avant anesthésie générale (max 16h). Étape de contrôle hydrique (n=4, 1 fois/animal, 28-64sem).

Impact sur les animaux

Injection intramusculaire = légère douleur au moment de l’insertion de l’aiguille et de l’injection du liquide médicamenteux. Contrôle hydrique = possible perte de poids et baisse du niveau d’hydratation. En cas de signes cliniques de déshydratation (muqueuses sèches, perte d'élasticité de la peau (plie de peau), concentration de l'urine, réduction en humidité des fèces fraîches, perte de poids corporel), le supplément en eau est augmenté après le travail et discuté avec le vétérinaire. En cas de perduration des signes de déshydratation, nourriture et liquides en biberons sont mis à disposition jusqu'à ce que l'animal ait retrouvé son poids normal. Les causes seront recherchées et discutées avec le vétérinaire, et une adaptation de la procédure de contrôle hydrique sera alors mise en place. Injection intracérébrale de traceurs et Implantation intracrâniale = douleurs post-opératoires liées à l’acte chirurgical, 3 à 5 jours. Un suivi de la douleur en période post-opératoire est réalisé pour adapter le traitement contre la douleur.

Devenir

À l’issue de chacune des trois procédures, les animaux seront euthanasiés (12 animaux, 3 Lots). Le passage d’une étape à l’autre se fait systematiquement sous condition de récupération complète de l’animal après chaque étape. L’analyse post-mortem du cerveau et donc l’euthanasie des 12 animaux est nécessaire à la validation scientifique du projet (identification de la signature cellulaire et moléculaire des connexions ascendantes et descendantes ; quantification anatomique et fonctionnelle des connexions ascendantes et descendantes ; validation de la position anatomique de façon précise des sites d’enregistrements).

Remplacement

La mesure de l'électrophysiologie dans le cortex n'est possible qu'avec des méthodes invasives (enregistrements de cellules individuelles), car elles seules fournissent la résolution spatiale et temporelle nécessaire pour répondre à la question. Les méthodes non invasives telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), l'électroencéphalographie sont donc exclues. L'étude des activités unitaires neuronales in-vivo étant essentielle pour la question de recherche, il est impossible de réaliser les expériences sur des cultures in-vitro. Enfin, les simulations informatiques ne peuvent pas répondre à nos questions de recherche car il n'y aura pas de modèle informatique suffisamment précis du cerveau d'un primate dans un avenir prévisible. En ce qui concerne la connectivité anatomique, seul le traçage peut fournir la connectivité inter-aires dirigée et pondérée dont nous avons besoin. Il a été demontré par ailleurs que la tractographie par IRM de diffusion (IRMd) présente pour l’instant un grand nombre de faux positifs, et l'absence de directionnalité la rendent inadéquate pour le présent projet. Néanmoins, nous utiliserons plusieurs approches statistiques et paramétriques afin d'optimiser la correspondance entre le traçage des voies neuronales et la tractographie. Nous développons également de nouveau protocoles d’IRMd afin d’augmenter la résolution spatiale et donc la précision des mesures. Cela permettra, tant ici que pour de futures expérimentations, d'utiliser l’IRMd, méthode absolument non invasive. Nous utilisons des modèles statistiques pour modéliser les comptages et ainsi comparer la variabilité intra- et inter-individuelle, e.g. en utilisant des modèles linéaires généralisés. Ces modélisations devraient permettre à terme de valider ou du moins d’estimer le degré de validité des mesures réalisées avec de nouveaux protocoles d’IRMd en comparaison avec les mesures issues du traçage neuronal via des traceurs fluorescents rétrogrades.

Réduction

Le principal facteur nous contraignant au choix de 2 animaux au minimum par procédure réside dans le minimum internationalement reconnu pour la publication et la validation des résultats dans des journaux internationaux avec relecture par des pairs. Les statistiques étant réalisés sur le nombre total de cellules séquencées afin de pouvoir les classer en groupes ou clusters qui différent de par leur expression génomique. D'autres animaux sont prévus uniquement en remplacement (par exemple en cas d’atteinte de point limite avant la fin de la procédure et l’impossibilité d’exploiter les résultats pour cet animal), ou dans le cas où nous devrions augmenter la quantité totale de cellules nécessaire pour le séquençage (environ 10000 cellules par type de projection). Notre expérience montre qu’une injection dans 2 aires différentes permet le marquage de 12000-60000 cellules par type de projection de l’aire source vers deux aires cibles injectées. Le nombre de traceurs pouvant être utilisés simultanément a été récemment augmenté de 4 à 5, ce que devrait suffire pour obtenir un nombre suffisant de cellules par type de projection ; réduisant ainsi le nombre d'animaux utilisés. L’analyse statistiques portant sur les mesures répétées (nombre d’essais par neurone et par condition) pour les différents types de neurones unitaires enregistrés. L’utilisation des mesures répétées augmente considérablement la puissance statistique permettant d’étudier l’effet sur un échantillon de petite taille (

Raffinement

Une attention particulière est portée à l'animal après la chirurgie avec la mise en place de points limites pour le passage d'une étape à une autre. Une grille de score post-op nous permet d’évaluer, en fonction de critères spécifiques à l'espèce, les signes indicateurs de gêne ou de souffrance plusieurs fois par jour et d'adapter le traitement antalgique si nécessaire. Par ailleurs, nous avons mis en place des techniques d’enrichissement de l’environnement. Concernant le conditionnement comportemental des animaux, nous faisons appel à une méthode d’entrainement progressive qui se base sur l’habituation et le volontariat de l’animal. Nous avons raffiné les étapes d’imagerie, sous anesthésie génerale, en supprimant l’implantation d’un marqueur de navigation cérébrale, grâce à un nouveau système qui utilise le scanner CT (ou tomodensitométrie) pour aligner les images d’IRM avec un scan du crâne réalisé en per-opératoire par un laser connecté au système de navigation cérébrale. Le fait d’utiliser un système d’enregistrement semi-chronique constitue également un raffinement de la procédure, les électrodes ne sont pas rétractées en dehors du cerveau après chaque session, évitant ainsi la pénétration répétée de la dure mère inévitable pour les enregistrements aigus et qui peut être douloureuse pour l’animal. Pour les actes de scan CT (ou tomodensitométrie) effectués dans l'EU2, le transport de l'EU1 à l'EU2 d'une durée de 10 minutes est effectué sous anesthésie en cage de transport avec couverture de survie et couverture rembourée.

Choix des espèces

1) le cortex cérébral n’existe que chez les mammifères et 2) les fibres inter-aires sont limitées à la matière grise chez le rongeur et donc invisibles à l’IRM. Pour ces raisons, pour étudier simultanément les connexions en IRM et en microscopie, nous devons utiliser le carnivore ou le primate non humain. D’autre part, l’homologie entre le carnivore et l’homme est relativement pauvre mais beaucoup plus importante avec le primate non humain (PNH). Le primate non humain est donc un modèle de choix en neurosciences cognitives pour comprendre le cerveau humain. De nombreuses publications de l’équipe de recherche démontrent une forte homologie entre le connectome cortical humain et non-humain mais également de leurs différences avec celui du rongeur. Nous utilisons des animaux adultes (post puberté) avec une connectivité complètement mature au moment de l’expérimentation.

Sondées en permanence pendant onze jours et logées dans des cases où elles ne peuvent pas se retourner, 10 truies vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Leur cycle ovarien est bloqué par injection d'un analogue hormonal, présenté comme une alternative à l'ablation chirurgicale des ovaires, pour éviter que des variations d'appétit ne faussent la mesure de digestibilité. Le projet se réclame du mal-être des truies gestantes, que le rationnement sévère pousse aux comportements stéréotypés, et il commence par onze jours d'immobilisation et une sonde urinaire à chaque période. Aucune des truies n'est tuée, toutes réintègrent le troupeau expérimental à la fin, disponibles pour l'essai suivant.

Objectifs

L'un des objectifs majeurs de la conduite alimentaire en gestation est d'adapter les apports alimentaires en fonction de l'état de la truie souhaité en maternité. Le défi consiste à obtenir, en fin de gestation, un niveau de réserves corporelles suffisant tout en évitant une prise de poids trop importante, ce qui peut entraîner des problèmes de locomotion ainsi que des syndromes de dysgalacties post-partum, des répercussions négatives sur le taux de survie des porcelets et la longévité du troupeau. La maîtrise de l’état corporel de la truie passe par un rationnement alimentaire sévère qui peut se traduire par l’apparition de comportements stéréotypés. En favorisant le rassasiement des truies, les rations riches en matières premières fibreuses permettent de réduire l’apparition de ces problèmes comportementaux. L'utilisation d'enzymes externes dans l'alimentation des monogastriques est une pratique courante pour améliorer l'efficacité digestive et optimiser la valeur nutritionnelle des aliments. Cette pratique permet d’utiliser des ingrédients alternatifs ou des coproduits de manière plus efficace, qui, sans enzymes, seraient peu digestibles pour l’animal. Parmi ces enzymes, les xylanases sont des enzymes dégradant les polymères de xylose, qui sont des composants importants des fibres des plantes. L’action des xylanases sur l’amélioration de la digestibilité des nutriments est liée à une réduction de la viscosité des digesta, avec des effets positifs sur le transit, mais également à une modulation du microbiote intestinal, une augmentation de la production d’acides gras à chaîne courte, le tout conduisant à des effets positifs sur la santé du tube digestif. L’objectif de cette étude est d’évaluer l’intérêt nutritionnel du remplacement d’une partie des céréales (blé, orge, maïs) par de l’ensilage de maïs, combiné avec l’utilisation d’une xylanase. Cette évaluation sera réalisée sur la base d’une mesure de la digestibilité fécale des aliments. Cette étude est une première étape pour valider une ration qui sera utilisée dans une étude de plus grande ampleur pour évaluer les effets à long terme sur les performances de la truie et ses porcelets

Bénéfices attendus

L'évaluation de la valeur nutritionnelle de régime intégrant de l'ensilage de maïs et supllémenté ou pas avec de la xylanase est un prérequit pour mettre au point des stratégies nutritionnelles pour réduire le mal être des truies tout en assurant une bonne valarisation de l'aliment.

Procédures

Les collectes de fèces et d'urines sont obtenues par défécation et miction naturelles ; aucun autre prélèvement n'est prévu. Les animaux seront équipés d'une sonde urinaire pour faciliter la collecte des urines et éviter la contamination des fèces par de l'urine. Pour chaque période de 30 jours, la sonde urinaire sera maintenue pendant 11 jours lors de la période de collecte. La mesure de la digestibilité est très sensible à toute variation de la prise alimentaire. Pour éviter les effets d'une chute de l'appétit sur la qualité de la collecte, le cycle ovarien de la truie sera bloqué immunologiquement pendant la durée de l'essai.

Impact sur les animaux

Conditions de logement : Dans le cadre de la mesure de la digestibilité, les truies doivent être logées dans des cases individuelles, ce qui leur permet de ne pas se retourner et de dissocier correctement les fèces et les urines. Toutefois, la réduction de la possibilité de mouvement peut entraîner des risques pour leur bien-être. Collecte des urines : Les particularités anatomiques des femelles rendent difficile la collecte séparée des urines et des fèces. Pour contourner ce problème, les truies seront équipées de sondes urinaires de la veille du début de la période de collecte à la fin de cette période (soit une durée de 11 jours). Bien que la sonde soit posée et entretenue dans des conditions d'hygiène rigoureuses, en respectant les protocoles de soins vétérinaires, on ne peut pas totalement exclure un risque d'infections urinaires. Blocage du cycle ovarien de la truie : Les fluctuations hormonales liées au cycle reproductif peuvent influencer les mesures de digestibilité, notamment en agissant sur l'appétit des truies. Pendant la durée de l’essai, la fonction ovarienne sera temporairement bloquée chimiquement. Ce traitement constitue une alternative à l’ovariectomie chirurgicale. Les injections de ce traitement peuvent entraîner possiblement des gonflements ou inflammations au point d'injection.

Devenir

L'ensemble des animaux réintègre le troupeau de truies expérimentales à la fin de la procédure

Remplacement

Le porc est l'espèce cible de ce projet. Compte tenu des spécificités inhérentes au stade physiologique (truie reproductrice), à sa conduite alimentaire et aux conséquences sur l'utilisation digestive des aliments, il n'est pas possible de travailler sur des animaux d'un autre stade physiologique. L'utilisation d'animaux vivants est nécessaire pour rendre compte de processus digestifs extrêmement complexes et soumis à une large variabilité entre individus. Le remplacement n'est, pour l'instant, pas possible, car l'utilisation d'animaux est inhérente au type d'étude.

Réduction

L'utilisation d'un plan expérimental en carré latin 4*4 complet permet de contrôler notre principale source de variation (effet animal), tout en testant plusieurs traitements alimentaires. Chaque traitement est testé exactement une fois par ligne et par colonne, ce qui signifie que chaque animal et chaque période reçoivent une seule fois chaque traitement. Cela permet de : 1/ maximiser la précision des résultats en neutralisant les effets liés à l'animal ; 2/ réduire le nombre d’animaux nécessaires, car chaque animal sert de contrôle pour lui-même à travers plusieurs périodes ; et 3/ limiter la variabilité interindividuelle, ce qui est crucial dans ce type d'essai pour la mesure de la digestibilité. L’utilisation des truies pour la phase de formation sera limitée au strict nécessaire. Une fois le geste maîtrisé par l’équipe technique, le nombre d’animaux sollicités n’excédera pas 4.

Raffinement

Conditions de logement : Pour limiter les risques sur le bien-être des truies, la durée de mise en case individuelle est strictement limitée à 11 jours pour chaque période expérimentale, incluant 1 jour d'adaptation et 10 jours de collecte. Les cages sont équipées de barreaux et placées dans la même pièce, par groupe de 4, afin de permettre aux animaux de maintenir un contact visuel, tactile, olfactif et auditif. Le reste du temps, les truies sont placées en case collective (16 m²), avec des systèmes permettant une distribution individuelle de la ration et un enrichissement adapté (jouets et toile de jute). Pose de sonde urinaire et risque de cystites : Pendant la période de collecte, la présence éventuelle d’infection urinaire sera contrôlée au moment de la miction à l'aide de bandelettes urinaires. En cas d'infection avérée, l'animal sera soigné avec un traitement adapté. Risques d'infection localisée au site d'injection d'un analogue de synthèse du GnRF : Bien que les réactions soient généralement temporaires, des gonflements ou inflammations au point d'injection peuvent survenir. Le cas échéant, l’animal sera traité avec le traitement préconisé par le vétérinaire en charge du suivi des animaux..

Choix des espèces

- Le porc (truie) ne peut pas être remplacé par une espèce modèle compte tenu de la spécificité anatomique de son tube digestif et de sa conduite alimentaire Nous avons choisi de travailler sur la truie reproductrice non-gravide car ce stade est spécifiquement visé par la stratégie alimentaire que nous voulons tester. Nous travaillerons sur des truies en 3ème ou 4ème portées ce qui correspond à la parité moyenne des truies en élevage commercial.

Tués à l'issue pour que leur cerveau soit découpé et analysé, 12 macaques à longue queue vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent des IRM de trois à cinq heures, des injections de traceurs directement dans le cerveau lors d'opérations de quatre à six heures, la pose d'un implant crânien et d'une barre de tête, puis l'insertion d'électrodes. Quatre d'entre eux vivent sous contrôle hydrique pendant vingt-huit à soixante-quatre semaines, avec un risque de déshydratation dont le porteur détaille les signes, muqueuses sèches, peau qui perd son élasticité, urine concentrée. Le choix du macaque tient à ce que le rongeur ne convient pas pour l'IRM des fibres cérébrales et que l'homologie du carnivore avec l'humain est jugée trop pauvre.

Objectifs

Les études neurophysiologiques classiques sur le traitement de l’information au sein du cortex montrent que les voies ascendantes de la hiérarchie corticale génèrent des représentations du monde de plus en plus complexes au sein des aires dites de haut niveau hiérarchique, chaque niveau traitant les données sensorielles dans des fenêtres spatiotemporelles de plus en plus étendues. Par contraste, la fonction des voies descendantes reste largement inconnue, constituant ainsi un obstacle majeur à la compréhension du fonctionnement du cerveau dans sa globalité. On attribue pourtant aux voies descendantes, non pas un seule mais plusieurs fonctions complexes telles que l’imagination de représentations sensorielles à partir de concepts issus de l’expérience d’objets visuels (e.g. imagerie mentale d’une orange). La théorie du codage prédictif propose que notre représentation interne du monde se base sur l’interaction entre connexions descendantes (qui transmettent les informations de prédiction sur l’origine des messages ascendants) et les connexions ascendantes (qui 1. encodent la différence entre prédictions des niveaux hiérarchiques supérieurs et signal reçu des niveaux inférieurs et 2. transmettent cette erreur de prédiction aux niveaux supérieurs afin d’adapter en continu leurs prédictions). Les théories sur le traitement hiérarchique prédictif ont un impact significatif sur la compréhension des mécanismes neuronaux liés aux processus de perception, cognition, langage ou encore conscience dans le cerveau humain, en condition saine et pathologique. Malgré cette importance, il existe peu d’évidences empiriques chez les primates dont fait partie l’homme concernant les réseaux de voies descendantes et la nature fonctionnelle des signaux transmis, et les processus d’intégration entre signaux ascendants et descendants restent largement indéterminés. Le but du projet est d’identifier les circuits neuronaux anatomiques et fonctionnels du traitement prédictif dans le système visuel. Le projet se déroule dans deux établissements utilisateurs EU1 et EU2.

Bénéfices attendus

Les questions scientifiques abordées dans le projet sont de nature fondamentale et, comme toute recherche fondamentale en neurosciences, ont une incidence sur les questions de santé et de maladie humaines. Ainsi, les bénéfices immédiats de nos travaux chez l’animal sont pour l'interprétation de la structure et de la fonction du cortex humain, où il est évident que les expériences invasives sur les circuits cérébraux ne peuvent être réalisées. Le projet étudie les mécanismes cérébraux qui sont impliqués dans la représentation neuronale des sens (en particulier la perception visuelle), ce qui permet une compréhension mécanistique du codage prédictif, mais aussi de son rôle dans des processus tels que l'imagerie mentale et l'imagination. Nos recherches sont menées en parallèle chez l’homme avec des paradigmes comportementaux similaires ; où, dans le modèle animal, les techniques invasives permettront de mieux comprendre les mécanismes cellulaires et, chez l’homme, de confirmer et d’extrapoler ces résultats au cerveau entier grâce à l’IRMf. Notre objectif global est de comprendre le traitement hiérarchique dans le cerveau humain, ce qui, dans le domaine émergent de la psychiatrie computationnelle, permettra de mieux comprendre les mécanismes neuronaux en cause dans de nombreux troubles cérébraux.

Procédures

Étapes d’imagerie sous anesthésie générale : scan CT - EU2 (n=12, 1 fois/animal, 10min); IRM - EU1 (n=12, 2 fois/animal, 3-5h). Étape d’injection de traceurs sous anesthésie générale - EU1 (n=8, 1 fois/animal, 4-6h) suivi de traitement anti-inflammatoire et antalgique sur animal vigile en post-opératoire (n=8, 1 fois/animal, 3j). Étape d’enregistrements électrophysiologiques aigus sous anesthésie générale - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 1-3j). Étape d'implantation de l'implant pour enregistrements semi-chroniques sous anesthésie générale - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 5-7h). Étape de fixation de la barre de tête sur l'implant sous anesthésie générale - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 4-5h). Étape d'injection de traceurs et insertion des électrodes - EU1 (n=4, 1 fois/animal, 5-7h) suivi de traitement anti-inflammatoire et antalgique sur animal vigile en post-opératoire (n=4, 1 fois/animal, 3-5j) - EU1, avec adaptation ou prolongation des traitements post-opératoires selon l’avis du vétérinaire référent. Étape de mis à jeun avant anesthésie générale (max 16h). Étape de contrôle hydrique (n=4, 1 fois/animal, 28-64sem).

Impact sur les animaux

Injection intramusculaire = légère douleur au moment de l’insertion de l’aiguille et de l’injection du liquide médicamenteux. Contrôle hydrique = possible perte de poids et baisse du niveau d’hydratation. En cas de signes cliniques de déshydratation (muqueuses sèches, perte d'élasticité de la peau (plie de peau), concentration de l'urine, réduction en humidité des fèces fraîches, perte de poids corporel), le supplément en eau est augmenté après le travail et discuté avec le vétérinaire. En cas de perduration des signes de déshydratation, nourriture et liquides en biberons sont mis à disposition jusqu'à ce que l'animal ait retrouvé son poids normal. Les causes seront recherchées et discutées avec le vétérinaire, et une adaptation de la procédure de contrôle hydrique sera alors mise en place. Injection intracérébrale de traceurs et Implantation intracrâniale = douleurs post-opératoires liées à l’acte chirurgical, 3 à 5 jours. Un suivi de la douleur en période post-opératoire est réalisé pour adapter le traitement contre la douleur.

Devenir

À l’issue de chacune des trois procédures, les animaux seront euthanasiés (12 animaux, 3 Lots). Le passage d’une étape à l’autre se fait systematiquement sous condition de récupération complète de l’animal après chaque étape. L’analyse post-mortem du cerveau et donc l’euthanasie des 12 animaux est nécessaire à la validation scientifique du projet (identification de la signature cellulaire et moléculaire des connexions ascendantes et descendantes ; quantification anatomique et fonctionnelle des connexions ascendantes et descendantes ; validation de la position anatomique de façon précise des sites d’enregistrements).

Remplacement

La mesure de l'électrophysiologie dans le cortex n'est possible qu'avec des méthodes invasives (enregistrements de cellules individuelles), car elles seules fournissent la résolution spatiale et temporelle nécessaire pour répondre à la question. Les méthodes non invasives telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), l'électroencéphalographie sont donc exclues. L'étude des activités unitaires neuronales in-vivo étant essentielle pour la question de recherche, il est impossible de réaliser les expériences sur des cultures in-vitro. Enfin, les simulations informatiques ne peuvent pas répondre à nos questions de recherche car il n'y aura pas de modèle informatique suffisamment précis du cerveau d'un primate dans un avenir prévisible. En ce qui concerne la connectivité anatomique, seul le traçage peut fournir la connectivité inter-aires dirigée et pondérée dont nous avons besoin. Il a été demontré par ailleurs que la tractographie par IRM de diffusion (IRMd) présente pour l’instant un grand nombre de faux positifs, et l'absence de directionnalité la rendent inadéquate pour le présent projet. Néanmoins, nous utiliserons plusieurs approches statistiques et paramétriques afin d'optimiser la correspondance entre le traçage des voies neuronales et la tractographie. Nous développons également de nouveau protocoles d’IRMd afin d’augmenter la résolution spatiale et donc la précision des mesures. Cela permettra, tant ici que pour de futures expérimentations, d'utiliser l’IRMd, méthode absolument non invasive. Nous utilisons des modèles statistiques pour modéliser les comptages et ainsi comparer la variabilité intra- et inter-individuelle, e.g. en utilisant des modèles linéaires généralisés. Ces modélisations devraient permettre à terme de valider ou du moins d’estimer le degré de validité des mesures réalisées avec de nouveaux protocoles d’IRMd en comparaison avec les mesures issues du traçage neuronal via des traceurs fluorescents rétrogrades.

Réduction

Le principal facteur nous contraignant au choix de 2 animaux au minimum par procédure réside dans le minimum internationalement reconnu pour la publication et la validation des résultats dans des journaux internationaux avec relecture par des pairs. Les statistiques étant réalisés sur le nombre total de cellules séquencées afin de pouvoir les classer en groupes ou clusters qui différent de par leur expression génomique. D'autres animaux sont prévus uniquement en remplacement (par exemple en cas d’atteinte de point limite avant la fin de la procédure et l’impossibilité d’exploiter les résultats pour cet animal), ou dans le cas où nous devrions augmenter la quantité totale de cellules nécessaire pour le séquençage (environ 10000 cellules par type de projection). Notre expérience montre qu’une injection dans 2 aires différentes permet le marquage de 12000-60000 cellules par type de projection de l’aire source vers deux aires cibles injectées. Le nombre de traceurs pouvant être utilisés simultanément a été récemment augmenté de 4 à 5, ce que devrait suffire pour obtenir un nombre suffisant de cellules par type de projection ; réduisant ainsi le nombre d'animaux utilisés. L’analyse statistiques portant sur les mesures répétées (nombre d’essais par neurone et par condition) pour les différents types de neurones unitaires enregistrés. L’utilisation des mesures répétées augmente considérablement la puissance statistique permettant d’étudier l’effet sur un échantillon de petite taille (

Raffinement

Une attention particulière est portée à l'animal après la chirurgie avec la mise en place de points limites pour le passage d'une étape à une autre. Une grille de score post-op nous permet d’évaluer, en fonction de critères spécifiques à l'espèce, les signes indicateurs de gêne ou de souffrance plusieurs fois par jour et d'adapter le traitement antalgique si nécessaire. Par ailleurs, nous avons mis en place des techniques d’enrichissement de l’environnement. Concernant le conditionnement comportemental des animaux, nous faisons appel à une méthode d’entrainement progressive qui se base sur l’habituation et le volontariat de l’animal. Nous avons raffiné les étapes d’imagerie, sous anesthésie génerale, en supprimant l’implantation d’un marqueur de navigation cérébrale, grâce à un nouveau système qui utilise le scanner CT (ou tomodensitométrie) pour aligner les images d’IRM avec un scan du crâne réalisé en per-opératoire par un laser connecté au système de navigation cérébrale. Le fait d’utiliser un système d’enregistrement semi-chronique constitue également un raffinement de la procédure, les électrodes ne sont pas rétractées en dehors du cerveau après chaque session, évitant ainsi la pénétration répétée de la dure mère inévitable pour les enregistrements aigus et qui peut être douloureuse pour l’animal. Pour les actes de scan CT (ou tomodensitométrie) effectués dans l'EU2, le transport de l'EU1 à l'EU2 d'une durée de 10 minutes est effectué sous anesthésie en cage de transport avec couverture de survie et couverture rembourée.

Choix des espèces

1) le cortex cérébral n’existe que chez les mammifères et 2) les fibres inter-aires sont limitées à la matière grise chez le rongeur et donc invisibles à l’IRM. Pour ces raisons, pour étudier simultanément les connexions en IRM et en microscopie, nous devons utiliser le carnivore ou le primate non humain. D’autre part, l’homologie entre le carnivore et l’homme est relativement pauvre mais beaucoup plus importante avec le primate non humain (PNH). Le primate non humain est donc un modèle de choix en neurosciences cognitives pour comprendre le cerveau humain. De nombreuses publications de l’équipe de recherche démontrent une forte homologie entre le connectome cortical humain et non-humain mais également de leurs différences avec celui du rongeur. Nous utilisons des animaux adultes (post puberté) avec une connectivité complètement mature au moment de l’expérimentation.

Pour vérifier que des modèles de tumeurs imprimés en 3D donnent les mêmes résultats que des souris, 224 souris fortement immunodéprimées vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une greffe chirurgicale de tumeur du sein ou de l'ovaire, puis jusqu'à cinq injections hebdomadaires d'une chimiothérapie, avec pesées et mesures de la tumeur deux fois par semaine pendant neuf semaines. Toutes sont tuées au plus tard soixante-dix jours après l'implantation, ou plus tôt si le volume de la tumeur atteint le point limite. Le bénéfice annoncé tient en une phrase, utiliser moins d'animaux non-humains grâce aux modèles imprimés, ce qui suppose ici d'en greffer et d'en tuer 224 pour l'établir.

Objectifs

En 2020, le cancer du sein est le deuxième cancer le plus fréquent et le cancer de l'ovaire est le troisième cancer gynécologique le plus fréquent. Ces chiffres soulignent la nécessite de mettre au point de nouveaux médicaments plus efficaces. Pour évaluer l'efficacité de ces nouveaux médicaments, des nouveaux modèles ont été développé par les chercheurs à l'aide d'une imprimante 3D : les modèles 3D bio-imprimés. Pour cette preuve de concept nous avons sélectionné une chimiothérapie efficace pour de nombreux cancers, notamment des cancers du sein et de l’ovaire. Nous émettons l'hypothèse que l'efficacité de ce médicament dans les nouveaux modèles sera comparable à l'efficacité de ce dernier chez la souris.

Bénéfices attendus

Ce projet permettrait d'utiliser moins d'animaux pour l'évaluation de nouveaux médicaments en ayant recours aux modèles 3D bio-imprimés.

Procédures

Pour chaque souris : 1 injection d’un anti-douleur 30 min avant la chirurgie, 1 implantation de la tumeur par chirurgie sous anesthésie, 1 injection par semaine sur animal vigile du composé testé (durée < 30s) (maximum 5 injections), mesures de la tumeur et pesées (durée < 2 minutes) 2x/semaine (maximum sur 9 semaines). Pour certaines souris : un prélèvement sanguin (durée quelques secondes) sous anesthésie avant la mise à mort.

Impact sur les animaux

- Douleurs post-chirurgicales après implantation de fragments de tumeurs et suture - Douleur de courte durée lors de l’injection (quelques secondes maximum) - Stress lié à la contention et aux mesures des volumes tumoraux et pesées (quelques minutes maximum, 2x/semaine) - Gêne à la locomotion, nuisances possibles si le volume tumoral au site d’injection atteint le point limite.

Devenir

Les animaux seront mis à mort au maximum 70 jours post-implantation si aucun point limite n’a été atteint avant.

Remplacement

Ce projet nécessite l'utilisation de souris afin de récolter les données nécessaires à l’établissement de la preuve de concept sur l’intérêt des modèles 3D bio-imprimés pour l’évaluation des thérapies anti-cancéreuses, afin de réduire l'utilisation des modèles murins. Dans ce projet, les données récoltés à partir des tumeurs de souris seront comparées aux données obtenues à partir de modèles 3D bio-imprimés et de modèles cellulaires 2D.

Réduction

Le nombre d'animaux strictement nécessaires pour obtenir des résultats statistiquement significatifs a été calculé à l'aide d'un logiciel de statistiques.

Raffinement

Avant toute manipulation, les animaux bénéficieront d’une période d’acclimatation et d’habituation aux manipulateurs pendant 7 jours. Les expérimentateurs sont expérimentés et sont à même de détecter très rapidement le moindre signe de douleur afin d’appliquer les meilleures mesures. L’état général, le comportement (activité, isolement …), les critères physiques (poils hérissés, dos vouté) ou le moindre signe de douleur sera évalué et annoté sur une fiche de suivi, et comparé à la grille de score de référence pour prendre les mesures nécessaires afin que le bien-être animal soit respecté. Un anti-douleur sera administré au minimum 30 min avant l’intervention chirurgicale afin de palier à la douleur. Les souris seront anesthésiées avant la chirurgie et avant la mise à mort pour minimiser leur stress. Les animaux seront hébergés en groupe de 6 souris par cage et chaque cage présentera des enrichissements (coton de nidation, tunnels pour jeux) régulièrement renouvelés. Les copeaux de litière seront remplacés par de la cellulose afin d’être moins irritants pour les souris présentant des tumeurs et éviter les nécroses. Tous les animaux seront mis à mort au plus tard 70 jours après le début de la procédure si aucun point limite n’a pas été atteint avant ce délai.

Choix des espèces

Les souches murines sont particulièrement adaptées pour l’étude de tumeurs. Afin d’éviter le rejet de la greffe des cellules tumorales humaines, l’utilisation d’une souche murine fortement immunodéprimée est requise. Les animaux seront utilisés à l’âge de 5 à 6 semaines afin de favoriser la prise tumorale.