Cochons

20 porcs vont être utilisés dans des procédures menées sous anesthésie, les animaux étant tués avant tout réveil. Leur coeur est prélevé puis perfusé sur machine, pour entraîner des équipes chirurgicales et médicales à la conservation d'un greffon cardiaque ex vivo, non pour produire des connaissances. Le porteur décrit cette formation comme "indispensable" avant de lancer un programme clinique chez l'humain. Il affirme qu'aucun modèle alternatif ne reproduit les conditions d'un coeur humain et justifie le choix du porc par sa physiologie circulatoire proche.

Objectifs

La perfusion cardiaque ex-vivo requiert une formation spécifique, à la fois chirurgicale et de réanimation, cette discipline étant innovante et actuellement non enseignée par des formations académiques diplômantes. Seule l’expérimentation sur modèle animal permet de reproduire les conditions anatomiques et physiologiques proches de l’homme afin de former les équipes médicales à la technologie de préservation du cœur sur machine de perfusion ex vivo. La formation à la perfusion ex-vivo cardiaque sous la direction de la société fabricant ce dispositif comporte une formation théorique au principe de cette technologie, et une formation pratique sur modèle de cœur porcin perfusé ex vivo. Il s’agit d’une formation indispensable avant de débuter un programme clinique de perfusion cardiaque ex vivo chez l’homme, à la fois pour appréhender les contraintes techniques chirurgicales, et pour s’initier à la surveillance et à l’entretien de la perfusion normothermique au sang d’un organe isolé.

Bénéfices attendus

Le principal bénéfice attendu du projet est la formation des équipes chirurgicales et médicales à la perfusion cardiaque ex-vivo. Il s’agit d’une formation indispensable avant de débuter un programme clinique de perfusion cardiaque ex vivo chez l’homme, à la fois pour appréhender les contraintes techniques chirurgicales, et pour s’initier à la surveillance et à l’entretien de la perfusion normothermique au sang d’un organe isolé.

Procédures

Préservation du greffon cardiaque sur machine de perfusion ex vivo : prélèvement cardiaque, instrumentation et perfusion ex vivo au sang

Impact sur les animaux

L’ensemble des procédures expérimentales sera réalisé sous anesthésie générale. A aucun moment l’animal ne sera conscient ni susceptible de ressentir la douleur.

Devenir

L'ensemble des procédures impliquent l'explantation du coeur ce qui rend la réutilisation, le replacement ou l'adoption des animaux inenvisageable.

Remplacement

La technologie de perfusion cradiaque ex-vivo en vue d'une transplantation est une perfusion normothermique au sang qui fait reprendre une activité cardiaque avec des battements. Il est donc nécessaire pour l’apprentissage de cette technique d’utiliser des organes prélevés sur modèle animal. Il n’existe en effet aucun autre modèle alternatif capable de reproduire les conditions biologiques, anatomiques et physiologiques d’un cœur humain.

Réduction

Afin de réduire le nombre d’animaux nécessaires pour ce projet à visée éducative, cette formation est réalisée dans un centre ayant à la fois une expertise en expérimentation animale et en perfusion d’organe ex vivo. Ainsi depuis 2019 nous réalisé plus de 50 procédures de perfusion ex vivo de cœur porcin sur machine et 8 procédures en pratique clinique. Cette double expertise permet de réduire le risque d’échec de la procédure à visée éducative. Les chirurgiens de notre équipe réaliseront les procédures sur l’animal et la mise en place du cœur sur le dispositif de perfusion ex-vivo, à la fois pour raison règlementaire et pour éviter tout échec en lien avec l’inexpérience de l’équipe en formation.

Raffinement

Respect d’une période d’acclimatation d’une semaine minimum entre l’arrivée à l’animalerie du laboratoire et l’inclusion dans le protocole de recherche. Hébergement en groupe de deux pour favoriser le contact régulier entre congénères. Environnement enrichi avec : promenade régulière, planche à gratter, distributeur de nourriture. Evaluation quotidienne du bien être animal selon plusieurs grilles d'avaluations. Ce protocole ne comprend aucune procédure ou acte invasif sur un animal conscient (anesthésie générale sans réveil).

Choix des espèces

Le modèle animal choisi est le porc. Le porc présente une physiologie circulatoire proche de celle de l’homme (Fréquence cardiaque proche de 100/min, débit cardiaque entre 3,5 et 4 L/min pour un poids de 50 kg). Par ailleurs son anatomie cardiovasculaire facilite la réalisation de la coronarographie et des canulations artérielle et veineuse nécessaires pour sa perfusion isolée ex vivo. Cette convergence permet une adaptation optimale de l’espèce à la formation et limitera au minimum le nombre d’animaux tests (échec techniques). Les animaux utilisés dans le protocole expérimental sont des porcs de 60 kg. A ce stade de développement les porcs ont un système circulatoire très proche de l’homme et leur gabarit permet une modélisation chirurgicale optimale

13 cochons vont être utilisés dans des procédures menées sous anesthésie, les animaux étant tués avant tout réveil. Sur chaque animal, plusieurs saignements sont provoqués par incisions et sections d'artères pour tester des scellants hémostatiques, l'intervention durant de trois à quatre heures pour le premier animal. Le porteur vise le choix d'une solution destinée au marquage CE et énumère des complications possibles comme hémorragie, arythmie ou nécrose des tissus. Il affirme que "seule l'expérimentation animale permet d'évaluer" l'arrêt d'un saignement et retient le cochon pour sa proximité anatomique avec l'humain.

Objectifs

Avec la normalisation de la pratique chirurgicale et l’accroissement de la prise en charge des opérations en France et dans le monde, le nombre d’interventions chirurgicales est en constante augmentation. Ceci accroît considérablement les risques hémorragiques liés à la pratique chirurgicale (notamment section de tissus et de vaisseaux). Ainsi, le développement de solutions hémostatiques permettant l'arrêt du saignement est primordial afin de permettre au chirurgien de stopper les hémorragies per- et éventuellement post-opératoires. Bien qu'il existe de nombreuses solutions sur le marché, aucune aujourd'hui n'est réellement satisfaisante. L'arrêt d'un saignement est un mécanisme complexe dont seule l'expérimentation animale permet d'évaluer l'efficacité. Ainsi ,après avoir développé un panel de cinq solutions pouvant répondre à cette problématique et effectué des tests in vitro permettant d'en éloigner deux, nous sommes forts de trois scellants pouvant potentiellement permettre l'arrêt d'un saignement. Ainsi, l'objectif de cette étude est l'évaluation préliminaires de nos composés par leur capacité à créer l'hémostase, et leur comparaison à des produits déjà présents sur le marché. Le tout afin de situer leur efficacité vis-à-vis des solutions existantes, mais également de diriger un choix vers un scellant final qui sera ensuite amené jusqu'au marquage CE.

Bénéfices attendus

A terme, les résultats de ce projet permettront de finaliser le choix d'une solution parmi les trois scellants développés, ainsi que de comprendre leur positionnement en termes d'efficacité et de temps d'arrêt du saignement par rapport à des hémostatiques, scellants et colles déjà présents sur le marché. Sans cette évaluation, il ne sera pas possible de choisir avec certitude une solution et continuer avec celle-ci jusqu'au marquage CE.

Procédures

Sous anesthésie générale, quatre types de saignements (S1, S2, S3, S4 soit 4 sites différents) seront créés sur un même animal. Pour les saignements S1 et S2, 5 incisions distinctes et équivalentes seront réalisées par sites, à des distances raisonnables pour appliquer les 3 solutions (H1; H2; H3) et les 2 références pour un temps d'intervention d'environ 10min par site. Pour les saignements S3 et S4, un site par produit (solution ou référence) sera sélectionné pour un temps d'intervention d'environ 10min par site. Les quatre types de saignements créés sont les suivants : -S1: saignement sous cutané - S2 : saignement musculaire diffus - S3 : saignement actif - S4 : application des produits en complément de sutures. Dans ce cas précis, les 3 soutions et 1 seule référence seront testés, sur 4 différentes artères. Le temps d’arrêt du saignement sera mesuré pour chaque saignement et chaque produit. Il sera défini par la durée entre l’application du produit et l’obtention de l’arrêt du saignement (en sec). Une fois les solutions appliquées, une évaluation macroscopique sera réalisée et l'hémostase sera confirmée visuellement. L'homogénéité des films obtenus sur les tissus sera notée ainsi que l'apparition de fuite. Les inflammations et éventuelles nécroses seront notées. Pour S3 et S4, et principalement S4, une échographie sera réalisée afin de mettre en évidence la présence de thrombose ou de fuite de produit dans les vaisseaux. Le temps d’intervention par saignement crée est évalué au maximum à 10 minutes. La durée totale d'intervention sur ce porc est estimée de 3H à 4H. Pour les douze porcs suivants, le cas échéant: un site, un type de saignement et une solution seront utilisés par animal. La procédure reste identique avec un temps d’intervention par site estimé à 10min, mais des coupes histologiques seront prélevées afin d'être étudiées.

Impact sur les animaux

Potentielles complications per-opératoires: Bradycardie, Hypotension, Arythmie, Hémorragie non contrôlée, Hypothermie, Défaut d'adhérence aux tissus, réaction inflammatoire, réaction allergique et nécrose des tissus.

Devenir

Concernant la phase de faisabilité, c’est çà dire le premier porc sur lequel plusieurs sites d’intervention pour plusieurs produits seront étudiés avec prélèvement de coupes histologiques , à la fin de la procédure on procèdera à la Mise à mort de l’animal. Concernant la phase sélective, sur les 12 animaux au maximum utilisés, on procèdera également à la mise à mort à la fin de la procédure afin de prélever les coupes Histologiques. La mise à mort est réalisé sous anesthésie générale par injection d'un agent euthanasiant, puis les animaux sont mis au congélateur avant d'être enlèver par un écariseur agréé

Remplacement

Des essais préliminaires in vitro sur l'effet hémostatique de ces solutions en utilisant des animaux morts (souris) ont été réalisés au préalable de ce projet. Les résultats de ces tests ont permi de faire un premier choix parmi les 5 solutions hémostatiques et n'en retenir que 3 à tester. Ainsi 2 solutions ont été éliminées afin de minimiser le nombre d'animal et les essais à réaliser sur le même animal. De plus, en parallèle de ce projet, des tests in vitro sur du sang total de donneurs humains sont prévus afin d'éviter l'utilisation de nombreux animaux.

Réduction

Après des essais in vitro permettant de sélection 3 solutions, l’objectif est ici de vérifier le comportement hémostatique de ces 3 solutions retenues dans ce projet, afin d’en sélectionner 1 ou 2 comme DM appartenant à la catégorie de gel hémostatique non spécifique sur la cascade de coagulation. Pour cela, 2 produits commercialisés comme agent hémostatique, 1 spécifique sur la coagulation et 1 non spécifique, seront utilisés comme témoins. Ces 5 produits devront être testés sur 4 types de saignement représentatifs (sous cutané, musculaire diffus, actif, en complément d’anastomose). Pour le premier lot correspondant à une étude de faisabilité, les 2 variables étudiées étant de nature dichotomique (succès ou échec), la non nécessité de répétabilité et la taille de l’animal, nous permettront d’utiliser un nombre minimum de porc soit un premier lot de 1 seul animal. Pour le deuxième lot correspondant à une étude sélective, 1 porc par site et par produit, le nombre minimum d’animal de 12 porcs a été défini selon des tests statistiques à variable dichotomique. Nous avons défini que pour l’analyse statistique, nous prendrions en compte que 2 solutions (solutions « succès ») au maximum parmi les 3 et qu’un seul produit témoin était suffisant pour comparaison. De plus, nous avons considéré que les 4 types de saignement au maximum suffisaient à démontrer le pouvoir hémostatique de notre ou nos solutions et que l’analyse de la répétabilité pourra être réalisée sur le même animal qui sera ensuite euthanasié

Raffinement

Ceci passe par la gestion des principales complications per-opératoires par la réduction ou l'ajout en perfusion ou directement par voie intraveineuse de solutions médicamenteuses. Seront traîtées des complications telles que la bradycardie, l'hypotension, l'arythmie ou encore une hémorrhagie (contrôlée ou non). En plus de ces gestions des complications, le bien être des animaux avant opération est supervisé par une acclimatation au laboratoire d'environ 4 jours, des contrôles vétérinaire avant le départ de l'éleveur puis au laboratoire,et les porcs seront stabulés seuls pour éviter tout stress. Enfin, l'intervention se fera sous anesthésie générale afin de limiter la douleur.

Choix des espèces

Le porc est un animal de choix car le porc possède certaines caractéristiques physiologiques, anatomiques et génétiques proches de celles de l’être humain. C’est en particulier le cas de ses fonctions cardiaques, pulmonaires et rénales, qui sont bien plus proches des nôtres que ne le sont celles de la souris. Les chirurgiens l’utilisent notamment depuis longtemps pour s’entraîner à la pose de cathéters, s’exercer aux procédures endoscopiques ou à soigner des traumatismes complexes. Le développement de ces techniques a conduit à utiliser le porc comme modèle préclinique, pour tester notamment les dispositifs implantables tels que les pacemakers. La taille des organes du porc, similaire à celle des organes humains, ou le fait que la distribution du sang par son artère coronaire soit très similaire à celle de l’Homme, rendent aussi son utilisation très pertinente dans le cadre de la transplantation d’organes. Utilisation d'animaux adultes (45-50kg, âge: 16 semaines) afin de se rapprocher au plus de l'utilisation finale du dispositif médical (DM), soit principalement chez l'humain adulte.

12 porcs vont être utilisés, opérés sous anesthésie et tués avant tout réveil. Chaque animal subit un prélèvement du bloc cœur-poumon pour évaluer un nouveau dispositif de conservation des greffons pulmonaires par perfusion à froid. Le porteur présente le porc comme l'animal de référence pour l'étude du poumon isolé, ses organes étant proches de ceux de l'humain. Il justifie la mise à mort par la nécessité d'évaluer la fonction pulmonaire et d'éviter une transplantation tant que le bénéfice du dispositif n'est pas prouvé.

Objectifs

L’objectif de cette étude est de créer un nouveau dispositif médical de transport d’organe, capable de perfuser du liquide de conservation, avec une température contrôlée, afin de diminuer le risque de défaillance primaire du greffon. Il comprendra un monitorage continu des paramètres de perfusion transmis aux chirurgiens via une application Bluetooth, offrant un outil de première évaluation de la qualité de l’organe. L’application intégrera un GPS permettant aux différents intervenants (chirurgiens du prélèvement et de l’implantation, anesthésistes) de connaitre la position de greffon en temps réel afin de mieux coordonner les équipes et donc de réduire le temps d’ischémie. Avant de chercher un investissement industriel, nous souhaitons faire une étude de faisabilité pour vérifier que la perfusion hypothermique n’est pas nocive pour le poumon.

Bénéfices attendus

Les avantages attendus de la glacière perfusante connectée sont nombreux: monitorage continu des constantes du greffon ce qui permettra de l’évaluer et d'anticiper ses performances chez le receveur; alarmes paramétrables: en cas de détection d’une anomalie, la perfusion s’arrêtera pour éviter toute lésion d’hyperpression mais la température cible restera maintenue afin de protéger le greffon; perfusion par un soluté dédié permettant un lavage des débris intravasculaires pulmonaire, une diminution de la charge immunologique du greffon du donneur vers le receveur et un effet anti-oedémateux et anti-inflammatoire. De plus cette glacière permettra un refroidissement homogène de l’organe à la température optimale de +10°C (la température n’est pas surveillée dans les glacières et une importante hétérogénéité de température des greffons est constatée) et ce pour tous les greffons.

Procédures

Les animaux seront soumis à une seule intervention de 20 minutes, réalisée sous anesthésie générale, consistant au prélèvement du bloc coeur-poumon à l'issue de laquelle les animaux ne seront pas réveillés. Il n'y a aucune intervention prévue sur animaux vigiles.

Impact sur les animaux

L’ensemble des procédures expérimentales sera réalisé sous anesthésie générale. A aucun moment l’animal ne sera conscient ni susceptible de ressentir la douleur. S'agissant de procédures expérimentales sans réveil, aucun effet indésirable ni nuisances ne sont attendus pour l'animal qui sera euthanasié en fin de procédure. En cas d’échec de l’anesthésie/analgésie au cours de l’expérimentation, l’animal sera euthanasié. La mort de l’animal sera confirmée par l’arrêt permanent de la circulation (arrêt d’activité cardiaque suivie par ECG).

Devenir

La finalité de l'étude est d'évaluer la fonction pulmonaire et les lésions du greffon pulmonaire après perfusion hypothermique. L'euthanasie de l'animal est nécessaire pour évaluer la fonction pulmonaire lors de notre protocole (durée 6h). Il n'existe pas d'autre modèle pour étudier ce système de conservation. Le sort prévu à ces animaux permet d'éviter une transplantation des organes prélevés tant qu'il n'existe pas de preuve du bénéfice de ce système de préservation pulmonaire.

Remplacement

Du fait de son anatomie et sa physiologie respiratoire, le porc est l’animal de référence pour l’étude de la perfusion de poumon isolé. Le matériel dont nous nous servons (glacière et machine de perfusion, avec sa connectique) est celui utilisé chez l’homme afin d’assurer une bonne applicabilité future. Ils imposent d’utiliser des poumons similaires anatomiquement et physiologiquement à ceux d’un humain.

Réduction

Nous avons choisi de réaliser une évaluation physiologique, biologique et scannographique des organes isolés seulement pour comparer les deux méthodes de conservation. Nous évitons ainsi le recours à un modèle de transplantation pulmonaire qui aurait nécessité le double du nombre d’animaux (un donneur et un receveur). Le nombre d’animaux nécessaire à cette étude est évalué à 12, soit 6 par groupe, afin de pouvoir réaliser des comparaisons entre les groupes via des tests statistiques.

Raffinement

Période d’acclimatation de 7 jours entre l’arrivée dans le service et l’inclusion dans le protocole. Arrivée et hébergement en groupe pour vivre entre congénères. Environnement enrichi avec : promenade régulière, planche à gratter, distributeur de nourriture. Evaluation quotidienne du bien être animal seon plusieurs grilles d'avaluations. Ce protocole ne comprend aucune expérimentation ou acte invasif sur un animal conscient (anesthésie générale sans réveil).

Choix des espèces

La machine de perfusion que nous utilisons est faite pour des organes humains et impose donc d’utiliser des organes similaires, tant sur le plan des paramètres de perfusion que de la connectique. Le porc charcutier a des poumons proches de ceux d’un humain sur le plan anatomique et physiologique (fréquence cardiaque 100 battement/mn, débit cardiaque 3-5 L/mn, pression artérielle pulmonaire moyenne < 15mmHg). Le porc permet donc de réaliser une modélisation chirurgicale et expérimentale de haute fidélité pour une meilleure applicabilité des résultats à la pratique clinique. Les animaux de ce protocole sont des porcs de 50kg (environ 90 jours) afin d’avoir un gabarit proche de celui d’un homme. A ce stade, ils ont une physiologie cardio-pulmonaire semblable à l’homme et des poumons du même ordre de grandeur.

Écartement des muscles du dos, laminectomie possible, c'est-à-dire l'ablation d'une partie de l'arc de la vertèbre, puis trois heures de mesures : chaque cochon passe environ quatre heures sous anesthésie pour qu'une sonde soit posée sur ses vertèbres. 10 cochons d'une quarantaine de kilos vont être utilisés, opérés sous anesthésie et tués avant tout réveil, pour mettre au point un dispositif de surveillance de la moelle épinière pendant la chirurgie du rachis. Le porteur qualifie pourtant la sonde de "non invasive" et juge les effets indésirables "inexistants, mise à part l'opération chirurgicale en elle-même", puisque chaque cochon est tué à la fin. La mise à mort sans réveil sert, selon lui, à éviter les douleurs post-opératoires et des soins "source de nuisances pour l'animal".

Objectifs

La moelle épinière (ME) représente l’entrée des informations sensorielles et la sortie des commandes motrices des membres et du tronc. Son atteinte par des traumatismes ou par des pathologies de nature inflammatoire ou neurodégénérative entraîne des conséquences sensorielles et motrices majeures qui affectent la qualité et l’espérance de vie des patients. La prise en charge des pathologies de la colonne vertébrale et de la ME nécessitent fréquemment de recourir à des interventions chirurgicales. Dans ce cas, le placement d’implants métalliques au plus proche de la ME, la correction de l’anatomie de la colonne vertébrale ou la chirurgie directe de la ME comportent un risque significatif de complications neurologiques et de paralysie transitoire ou définitive des membres. A ce jour, le monitoring des Potentiels Évoqués (PE) somesthésiques est la seule technique per-opératoire disponible qui permet d’avoir des informations indirectes sur l’état fonctionnel de la ME et donc la stabilité de sa fonction. Cependant, cette méthode ne permet pas toujours d’identifier un dysfonctionnement métabolique précoce, notamment liées à des phénomènes vasculaires, avant que les fonctions neurologiques ne soient affectées. Dans ce contexte, le projet dans lequel s’intègre la présente demande, a pour objet la conception et l’expérimentation d’un nouveau dispositif médical pour le suivi métabolique de la ME en période per-opératoire lors d’une chirurgie rachidienne. Comme spécifié auparavant, le chirurgien ne dispose, à l’heure actuelle, que d’une information indirecte et retardée sur la vitalité de la ME durant l’opération.

Bénéfices attendus

Le développement d’un outil de monitorage per-opératoire de la moelle épinière (ME) renforcera les moyens disponibles pour la communauté médicale et chirurgicale, nécessaire à identifier précisément les zones fonctionnellement à risque durant l’acte opératoire, mais aussi les zones atteintes après une lésion de la ME ou pour suivre leur évolution afin de mesurer l’effet de nouvelles approches thérapeutiques (chirurgicales, pharmacologiques ou de rééducation). A terme, un tel outil permettrait pour le chirurgien de disposer d’une cartographie de la perfusion sanguine de la moelle épinière et donc de définir ou de modifier en per-opératoire la stratégie chirurgicale (zones de « moindre danger »).

Procédures

Les animaux sont soumis à une intervention chirurgicale réalisée en bloc opératoire sur champ stérile sous anesthésie générale et antalgie adaptée pendant toute la durée de la procédure, avec un recueil de données avec une sonde non invasive placée sur les vertèbres. L’ensemble de l’acte chirurgical et des mesures seront réalisés sur une période d’une journée, avec un temps d’anesthésie estimé à 4 heures : l’abord chirurgical est estimé à 1 heure et le recueil des mesures à 3 h sur animal vivant anesthésié. L'animal est mis à mort en fin de procédure, sans réveil d'anesthésie.

Impact sur les animaux

Etant donné la mise à mort de l’animal à la fin de l’expérimentation, les nuisances ou effets indésirables attendus sont inexistants, mise à part l’opération chirurgicale en elle-même qui sera encadrée par un protocole d’anesthésie et d’antalgie adapté permettant, comme chez l’homme, de réaliser un acte chirurgical dans des conditions adaptées et non délétères pour l’animal. Une possible réaction allergique à l’une des substances chimiques (anesthésie, stimulation) est toutefois toujours envisageable et conduire à une euthanasie anticipée.

Devenir

Tous les animaux inclus dans l'étude sont mis à mort sans réveil, directement à la fin de la procédure pour éviter les douleurs post-opératoires. De plus, l’abord chirurgical avec l’écartement des muscles vertébraux et la réalisation d’une potentielle laminectomie nécessiteraient des soins post-opératoires conséquents et source de nuisances pour l’animal.

Remplacement

Le principe de 3R est au cœur de ce projet de recherche. L’un des objectifs d’une thèse réalisée par un doctorant du laboratoire, préalable à ce travail, est de proposer aux concepteurs de dispositifs médicaux des outils pour aider à la réduction du nombre d’expérimentations, grâce au prototypage virtuel. Pour le moment, le remplacement est malheureusement encore une perspective lointaine. En effet, aucun protocole in-vitro ou ex-vivo ne permet de reproduire fidèlement les conditions rencontrées au bloc opératoire, en particulier concernant la nature des tissus vivants et des flux sanguins. De plus, le bruit physiologique et l’ensemble de signaux parasites de l’environnement sont à considérer, sans oublier l’effet que peut avoir l’emploi des substances pharmacologiques, etc. Une première phase de test in-vitro sur banc d’essai est en cours et ramène des informations incomplètes, bien que précieuses. Des tests sur animaux sont donc inéluctables, afin notamment de calibrer nos modèles. En effet, différents biais (dans les propriétés optiques, notamment) sont présents dans ces modèles par rapport à la réalité de tests sur animaux (coagulation du sang, changement des propriétés des os suite à son retrait post-mortem, etc.). Sans expérimentation in-vivo, la validation du prototype de la sonde ne pourra être réalisée de manière certaine et son application chez l’homme ne pourra pas être entreprise. Le cochon représente le modèle animal le plus proche de l’homme en termes d’anatomie vertébrale et concernant son système cardiovasculaire.

Réduction

Nous avons d’ores-et-déjà réalisé une validation expérimentale informatique de la sonde à l’aide de logiciels/programmes développés au sein de notre laboratoire. De plus, nous avons réalisé des mesures préliminaires sur banc in-vitro. Enfin, des outils statistiques ont permis de s’assurer de la validation statistique de notre recueil futur. La validation du prototype est donc réalisée à ce jour 1) de manière informatique expérimentale et 2) in-vitro sur banc d’essai et 3) de manière statistique permettant d’envisager des résultats concluants in-vivo. Afin de limiter le nombre d’animaux, nous envisageons seulement deux (2) expérimentations pour la première phase de test du prototype de la sonde. Cela nous permettra, en premier lieu, de valider l’usage de la sonde en condition in-vivo par l’acquisition de valeurs de bases de monitorage de la ME, puis de s’assurer de la reproductibilité des mesures en comparant les jeux de données et de la viabilité en conditions in-vivo du prototype. Dans un deuxième temps, si la première phase in-vivo est concluante, une nouvelle série d’expérimentations sur un lot de de huit (8) animaux sera effectuée, sur une période de trois (3) ans, pour répondre notamment au caractère statistique et envisager le passage à l’homme.

Raffinement

Avant expérimentation, les animaux seront maintenus en groupes sociaux pour assurer les meilleures conditions de confort adaptées à leur espèce, dans des boxes avec des copeaux de bois au sol et enrichis avec des jouets en plastique et quelques friandises (e.g. morceaux de pommes). Durant toutes les expérimentations, les animaux seront maintenus sous anesthésie générale, avec administration d’antalgiques puissants (fentanyl IV), tout au long de la procédure et mis à mort sans réveil. Pendant toute la procédure, les principaux paramètres vitaux (température corporelle, fréquence cardiaque, pression télé-expiratoire en oxygène, etc.) seront monitorés par un appareillage conventionnel. La survenue de marqueurs d'une dégradation majeure de la condition de l'animal amènera à une euthanasie anticipée. Celle-ci n’est pas attendue compte tenu de la surveillance de l’animal par un vétérinaire anesthésiste étant en capacité de réagir si besoin.

Choix des espèces

L’objectif de cette expérimentation chez le gros animal est de confirmer le principe de fonctionnement et la pertinence du dispositif développé pour une utilisation future sur l’humain. Certaines mesures avec le dispositif sont fortement contraintes par l’épaisseur des os et les dimensions des vertèbres. Elles doivent donc absolument être confrontées à des conditions proches de celles observées chez l'humain, que l’on retrouve chez le porc spécifiquement vis-à-vis de l’anatomie de ses vertèbres. De plus, le porc possède un système cardio-vasculaire proche de l’humain, avec une cartographie des artères responsables de l’alimentation sanguine de la ME analogue. Nous visons de jeunes animaux, adultes, d'une quarantaine de kilogrammes. L'objectif est d'avoir une ME anatomiquement proche de celle de l'homme. L'âge effectif des animaux est sans importance.

12 cochons vont être utilisés dans une procédure unique d'environ quatre heures menée sous anesthésie, les animaux étant tués avant tout réveil. Un modèle d'ischémie cérébrale est provoqué pour évaluer deux dispositifs de thrombectomie destinés à retirer un caillot dans une artère du cerveau, deux dispositifs testés sur le même animal. Le porteur indique qu'aucune nuisance supplémentaire n'est prévue au-delà du stress de la prémédication, puisque la procédure est sans réveil. Il affirme que la sécurité de ces dispositifs ne peut pas être évaluée in vitro et que seul l'essai in vivo permet de la confirmer.

Objectifs

L'accident vasculaire cérébral ischémique (AVC) est la première cause de handicap et la troisième de décès dans le monde occidental. L’AVC résulte de l'occlusion d'une artère cérébrale par un caillot sanguin appelé thrombus. Le traitement de l'AVC consiste à retirer mécaniquement le thrombus par voie endovasculaire, c'est à dire en passant par les veines et les artères. C'est ce qu'on appelle la thrombectomie mécanique. Pour cette intervention l'opérateur utilise différents outils endovasculaires, et des techniques pour extraire le thrombus de l'artère bouchée. Ce traitement est efficace dans 80 à 90% des cas. Cependant, le temps nécessaire au rétablissement de la circulation sanguine dans l’artère est parfois excessivement long, ce qui influence négativement l'évolution clinique des patients. Notre étude consiste en l'évaluation in vivo de la sécurité et de l'efficacité de deux nouveaux dispositifs endovasculaires conçus pour améliorer les procédures de thrombectomie cérébrale. Ils sont conçus pour être utilisés en conjonction avec les outils habituels et permettront d’améliorer la procédure en renseignant l’opérateur sur la localisation du thrombus et en optimisant le retrait de celui-ci. Ces deux dispositifs, qui se trouvent encore dans une phase de développement, ont déjà fait l'objet de multiples évaluations in-vitro, à l'aide de modèles d'artères cérébrales en silicone qui ont démontré leur efficacité mais n’ont pas permis d'évaluer leur sécurité d’utilisation. En effet, ils pourraient engendrer des dommages au niveau de la paroi d’une artère réelle (dissection ou rupture). Par conséquent, l'objectif de notre projet est d’étudier l’impact de l’utilisation de ces dispositifs à visée clinique sur les parois artérielles réelles, étape indispensable pour leur développement futur. Nous envisageons de reproduire des procédures de thrombectomies chez l'animal (sous anesthésie générale) en utilisant les dispositifs en cours d'évaluation et de prélever les vaisseaux pour réaliser une analyse histopathologique des différentes couches de la paroi en accord avec d'autres études animales similaires de références.

Bénéfices attendus

L'expérience proposée est essentielle pour prouver l'efficacité et la sécurité de deux nouveaux dispositifs d’aide à la thrombectomie (action de déboucher une artère) pour le traitement des accidents vasculaires cérébraux (AVC). En effet, les deux dispositifs que nous avons mis au point, associés avec les outils endovasculaires utilisés pour réaliser des thrombectomies standards, ont montré une bonne efficacité et même une amélioration de la procédure. Néanmoins la sécurité de ces dispositifs ne peut pas être évaluée in vitro et l’efficacité reste à confirmer in vivo. Notre étude comparera directement une procédure nouvelle d’un côté et la procédure standard de l’autre côté sur le même animal. Le gain de connaissances attendu par cette expérience permettra d’envisager une application future chez l’homme. L’apport de ce développement est significatif car le traitement des AVC aigüs représente un nombre important d’interventions dont les résultats cliniques à moyen terme sont directement liés aux aspects techniques de la procédure. Toute amélioration bénéficiera donc à ce domaine de recherche qui est très important en termes de santé publique. L’optimisation de ces dispositifs permettra in-fine d’améliorer le traitement des accidents vasculaires cérébraux (AVC) et par conséquent les résultats cliniques pour les patients.

Procédures

Les animaux ne seront soumis qu'à une seule procédure expérimentale d'environ 4h00 et classée sans réveil. L’animal restera sous anesthésie générale et tous les prélèvements tissulaires seront réalisés post-mortem.

Impact sur les animaux

En dehors des contraintes liées à la préparation de l'animal (stress au moment de la prémédication), aucune nuisance supplémentaire n'est prévue puisqu'il s'agit d'une procédure sans réveil, au cours de laquelle la gestion de la douleur et de l'anesthésie seront rigoureusement surveillées.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort en fin de procédure alors qu'ils sont sous anesthésie générale.

Remplacement

Notre étude consiste en l'évaluation in vivo de la sécurité et de l'efficacité de deux nouveaux dispositifs endovasculaires conçus pour améliorer les procédures de thrombectomie cérébrale. Ces dispositifs sont conçus pour être utilisés en conjonction avec les outils couramment utilisés pour la thrombectomie, en particulier les fils guides, les cathéters et les stentrievers. Ces deux dispositifs permettront d’améliorer la procédure de thrombectomie en renseignant l’opérateur sur la localisation du thrombus et en permettant d’optimiser le retrait de celui-ci. Ces deux dispositifs qui se trouvent encore dans une phase de développement, ont déjà fait l'objet de multiples évaluations in-vitro à l'aide de modèles d'artères cérébrales en silicone. Bien que tous les tests appropriés aient été réalisés pour évaluer l’efficacité des dispositifs, il est impossible d’estimer, dans un environnement in vitro ou in silico, si les dispositifs provoqueront une lésion de la paroi de l’artère traitée (dissection, rupture de la couche musculaire). Ainsi, la seule alternative restante pour évaluer l’impact sur la paroi artérielle est d’utiliser les dispositifs dans un organisme vivant et d'évaluer ses conséquences.

Réduction

Nous évaluerons sur les animaux l’efficacité des deux dispositifs dans les conditions les plus défavorables (caillots durs) car nous avons déjà évalué in vitro l’efficacité des deux dispositifs dans les cas favorables (caillots mous). Ceci permet de réduire le nombre de tests in vivo. Le nombre d'animaux sélectionné est aussi faible que possible pour évaluer la sécurité des dispositifs comme reporté dans des études similaires. Par conséquent, nous prévoyons 24 gestes de thrombectomie par dispositifs testés ce qui représente un total de 12 cochons répartis en 6 sessions de test. Le fait d’évaluer deux dispositifs sur le même animal réduit le nombre nécessaire.

Raffinement

Toutes les mesures nécessaires seront prises pour éviter les nuisances pour les animaux. Concernant l'hébergement de ces animaux, les mesures de raffinement seront mise place en amont : période d'acclimatation d'une semaine, hébergement en groupe afin de limiter leur stress. L'enrichissement est réalisé en créant une zone de repos couverte de litière, leur permettant de s'allonger tous ensemble et de répondre à leur comportement de fouissement. Ils disposent également de jouets suspendus à mordiller. Au cours de la procédure, les animaux seront anesthésiés profondément, avec l’utilisation de médicaments analgésiques et anesthésiques adaptés pour toute la durée des expériences. L’animal sera placé sous anesthésie générale avant de procéder à l’accès artériel fémoral et durant toute la durée de l’intervention jusqu’à sa mise à mort. Par conséquent, aucune expérience douloureuse ne sera ressentie par l’animal pendant les expériences.

Choix des espèces

Le porc convient à ce type d'étude car sa taille, son anatomie vasculaire et le diamètre de ses artères sont proches de celle de l’homme et permettent d’utiliser les mêmes cathéters et dispositifs interventionnels, dans les mêmes conditions de diagnostic et de surveillance (radiologie). Les animaux sont choisis au terme du post-sevrage à l'âge de 3 mois. A ce stade de développement les diamètres de vaisseaux correspondent à ceux de l’humain et permettent donc de réaliser l'étude dans de bonnes conditions.

16 cochons vont être utilisés dans des procédures menées sous anesthésie, les animaux étant tués avant tout réveil. Chaque animal subit une thoracotomie avec pose d'une canule dans l'oreillette droite du cœur, puis trois cycles de saignement massif et d'autotransfusion sous une anesthésie de dix heures, pour tester un dispositif d'autotransfusion avant une étude clinique. Le porteur décrit un choc hémorragique prolongé qu'il juge incompatible avec le réveil de l'animal. Sur le remplacement, il affirme qu'un modèle grand format proche de l'humain est "indispensable" et "sans méthode alternative".

Objectifs

L’autotransfusion consiste à collecter le sang du patient épanché lors de la chirurgie associé à un anticoagulant, à le traiter pour pouvoir réinfuser une grande partie de la portion cellulaire du sang (globules rouges en premier). Le sang collecté est transféré dans le module de traitement, concentré et épuré des molécules contaminantes (héparine, hémoglobine libre), pour obtenir un concentré de globules rouges et de plaquettes avant transfusion peropératoire. Le projet présenté développe un nouveau dispositif d’autotransfusion basé sur la filtration, autour d’un modèle chirurgical d’hémorragie massive chez le miniporc pour évaluer la sécurité et la performance du dispositif lors de nombreux cycles consécutifs. En particulier, il est indispensable d’étudier les paramètres suivants avant une nouvelle étude clinique : performances de l’aspiration (intégrée dans le dispositif) afin de libérer le champ opératoire du sang écoulé, les vitesses de traitement du sang après de nombreux cycles permettant de rendre rapidement le sang au patient limitant la transfusion homologue, l’effet sur la physiologie du patient de la transfusion de grands volumes de sang traité. Il est particulièrement indispensable d’éprouver cette nouvelle technologie par filtration lors de nombreux cycle en conditions chirurgicales pour vérifier la durabilité de la performance de filtration.

Bénéfices attendus

Le bénéfice principal de ce projet est de s’assurer d’une utilisation optimale du dispositif d’autotransfusion chez l’humain. En effet, il s’agit de garantir les performances et la sécurité du dispositif dans les cas de multiples cycles consécutifs, et de les comparer avec un dispositif de référence déjà sur le marché. Les hémorrhagies massives sont des cas rares mais particulièrement exigeants. En effet, la perte d’un important volume sanguin peut très rapidement dégrader l’état d’un patient et engager sa vie. Dans ces cas, il est indispensable que les performances du dispositif d’autotransfusion soient maintenues afin de rapidement rendre le sang au patient. De plus, la comparaison avec un dispositif de référence actuellement déjà sur le marché permettra de s’assurer de performances au moins égales ou supérieures du dispositif testé. Il a été montré que le dispositif testé permet de récupérer les globules rouges mais aussi les plaquettes. La récupération des plaquettes est significativement supérieure pour le dispositif testé par rapport au dispositif référence. Les échantillons sanguins prévus au cours des cycles de saignement et pendant le suivi post-opératoire permettront de tester la supériorité du dispositif testé sur la numération plaquettaire de l’animal lors du saignement de 80% du volume sanguin de l’animal.

Procédures

Une injection intra-musuclaire initiale sur animal vigile Sous anesthésie générale, procédure chirurgicale (thoracotomie avec pose d'une canule de prélèvement dans l'oreillette droite du coeur), cycle de saignement massif et d'autotranfusion: Une anesthésie de 10 heures, 4 heures d'instrumentation et procédures chirurgicales incluant les saignements répétés (3 cycles saignement/autotransfusion) Prélèvements sanguins dans un cathéter en place pendant toute la procédure sur animal anesthésié Euthanasie sur animal anesthésié

Impact sur les animaux

L’objectif du modèle étant d’étudier la performance de la machine et la qualité diu sang retransfusé sur un saignement massif et prolongé dans des conditions extrêmes. Pour se faire, il est nécessaire de mettre en place une réanimation minimale évitant le développement d’une coagulopathie dilutionnelle et sans transfusion de plasma ni de concentré plaquettaire pour ne pas modifier les caractéristiques du sang auto-transfusé. Pour ces raisons, les animaux seront gardés sous anesthésie générale pendant la procédure puis sédation profonde/anesthésie légère pendant l’observation des effets post-transfusionnels avant d’être euthanasié. Ainsi la douleur sera prise en charge et le potentiel état de choc hémorragique sera pris en charge alors que l’animal restera inconscient.

Devenir

Euthanasie En raison de l’induction d’un choc hémorragique prolongé et de la nécessité d’une réanimation minimale (sans transfusion d’alloproduits sanguins de type plaquettes et plasma), il est jugé que ce modèle mis au point pour tester l’appareil dans des conditions extrêmes n’est pas compatible avec le réveil de l’animal.

Remplacement

La stratégie d’évaluation du dispositif développé doit conduire à la démonstration de sa sécurité et de ses performances en vue de l’obtention des autorisations réglementaires pour sa mise sur le marché. Cette stratégie a été discutée avec les autorités réglementaires et notamment l’ANSM. Les évaluations prévues ici consistent à reproduire des situations cliniques extrêmes grâce à un modèle d’hémorrhagie. L’utilisation d’un modèle animal grand format, proche de la situation chirurgicale et conditions d’analyses rencontrées chez l’Homme est indispensable, sans méthode alternative. En effet, l’anticoagulant contenu dans les poches de sang de donneurs utilisé pour les tests in vitro (citrate) est différent de celui utilisé en clinique lors des interventions chirurgicales (héparine). De plus, le sang épanché aspiré lors d’une chirurgie rentre brièvement en contact avec le milieu extravasculaire, ce qui est suffisant pour déclencher la cascade de coagulation ainsi que des méchanismes d’inflammation, dont l’origine est impossible à reproduire in vitro avec du sang anticoagulé au citrate.

Réduction

D’importantes étapes de mise au point in vitro et ex vivo d’échantillons sanguins fournis par EFS et Oniris respectivement ont permis de lever d’importants verrous technologiques et de limiter le nombre d’animaux au strict nécessaire. Le nombre d’animaux est fixé au minimum, tout en assurant l’analyse statistique des résultats obtenus et la pertinence clinique du projet. Un calcul statistique de l’effectif nécessaire a été effectué en prévision de l’étude : L’effectif necessaire pour démontrer la supériorité du dispositif test par rapport au dispositif référence pour la numération plaquettaire de l’animal est calculé d’après la formule suivante : n = f(α/2, β) × 2 × σ² / (μ1 − μ2)² où μ1 et μ2 sont les moyennes attendues pour le dispositif testé et le dispositif référence, σ est l’écart-type et f(α, β) = [Φ-1(α) + Φ-1(β)]², avec Φ-1 est la fonction de distribution cumulative d’un écart normal standardisé. Considérant un niveau de signification (alpha) à 5% et une puissance (1- β) de 90%, l’effectif total nécessaire est de 16, c’est-à-dire 8 pour le groupe du dispositif testé et 8 pour le groupe du dispositif référence. Références : Pocock SJ. Clinical Trials: A Practical Approach. Wiley; 1983. Julious SA. Sample sizes for clinical trials with Normal data. Statist. Med. 2004; 23:1921-1986. Sealed Envelope Ltd. 2012. Power calculator for continuous outcome superiority trial. [Online] Available from: https://www.sealedenvelope.com/power/continuous-superiority/

Raffinement

En plus du raffinement des conditions d’hébergement, les procédures de préparation, d’induction de l’anesthésie, de mise en place de l’analgésie répondent aux exigences de l’analgésie multimodale pré-emptive et sont confiées à des anesthésistes/réanimateurs spécialistes. Une attention identique est portée au suivi des animaux pendant les interventions chirurgicales et le suivi postopératoire grâce à l’ensemble des moyens de monitorage du plateau technique. Les données de monitorage sont enregistrées fréquemment afin de relever à posteriori d’éventuelles réponses physiologiques chez les différents animaux. Des échantillons sanguins sont prélevés avant la chirurgie (après anesthésie), pendant la chirurgie et après la chirurgie (pendant le suivi post-opératoire) afin de collecter le maximum de données sur la numération plaquettaire, l’évaluation de l’hémostase et la biochimie de l’animal. Les besoins en données sont anticipés et ouverts aux analyses exploratoires afin de pouvoir effectuer des analyses sur des paramètres qui n’auraient pas été anticipés. De plus, les études préliminaires in vitro ainsi que la première étude comparative ont permis de raffiner les procédures réalisées et le protocole d’échantillonnage et d’analyse.

Choix des espèces

Le choix du mini-porc est fondé sur plusieurs critères : - Animaux de grande taille, aspect anatomique proche de l’homme ; paramètres hémato- biochimiques comparables et dont les variations sont accessibles par des techniques de dosages similaires à celle utilisées en médecine humaine, afin d’assurer la prédictivité des résultats. - La taille des animaux permet une gestion aisée de l’anesthésie et de l’analgésie, ainsi que l’utilisation d’instruments et de matériels identiques à ceux utilisés chez l’Homme. - Le mini-porc à l’âge adulte atteint un poids minimum de 40 kg et reste maitrisé par le rationnement (environ 50 kg) ce qui représente un avantage lors des manipulations comparativement au porc charcutier qui peut doubler de poids sur la même période et à âge égal. Animaux adultes