Primates

Chaque femelle babouin est capturée et anesthésiée cinq fois, pour cinq prises de sang de 16 mL, des injections de denosumab ou de placebo, et l'ablation chirurgicale d'un ovaire suivie de deux à cinq jours d'isolement en infirmerie. 10 babouins femelles âgées de 15 à 25 ans vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, pour mesurer l'effet sur la fertilité d'un médicament contre l'ostéoporose. Le calcul d'effectif repose sur une étude pilote menée sur un seul babouin. Le porteur justifie leur maintien en vie par des prélèvements "pas invalidants", alors que l'une des cinq interventions retire un ovaire à des femelles étudiées pour leur fonction reproductive. Toutes retournent dans leurs groupes sociaux d'origine, et le champ structuré les compte comme réutilisées.

Objectifs

Dans le squelette, certaines cellules osseuses expriment une protéine "RANKL" qui se lie et active un récepteur spécifique "RANK". Ce système de signalisation RANKL est un régulateur reconnu de la santé osseuse, mais sa présence a été démontrée dans les gonades de souris et d'humains, et les données montrent que c'est un puissant régulateur dans la production de spermatozoïdes et de leur motilité. Récemment, des études ont montré que le système RANKL est également présent et actif dans la fonction reproductrice féminine (souris et humains). Les données chez les femmes qui subissent une fécondation in vitro suggèrent que le système RANKL intervient dans le stade précoce de la folliculogenèse et qu'il est également associé à l'âge (sa concentration son inhibiteur plus faible chez les femmes les plus jeunes que chez les femmes âgées de plus de 40 ans). Sur la base de nos données préliminaires, nous suggérons que la signalisation du RANKL joue deux rôles distincts dans la fonction ovarienne : l'un régulant la réserve folliculaire, l'autre jouant un rôle clé durant les dernières étapes de la maturation ovocytaire. Nous émettons l'hypothèse que la signalisation RANKL joue un rôle essentiel dans la fonction ovarienne en régulant la réserve folliculaire et en modulant la maturation ovocytaire pendant les étapes finales du développement folliculaire. Pour tester cette hypothèse, nous mènerons une étude chez le primate non humain (PNH) afin de découvrir le rôle régulateur de la signalisation RANKL pendant la folliculogenèse et la maturation des ovocytes. Ainsi, l'objectif global de ce projet est de découvrir une nouvelle biologie ovarienne qui pourrait être utilisée pour améliorer la fertilité des femmes infertiles et prolonger la longévité reproductive des femmes.

Bénéfices attendus

L'infertilité est un problème courant, qui touche jusqu'à 15 % des couples dans le monde. Actuellement, la plupart des couples infertiles sont traités par des techniques de procréation assistée. Ce traitement réussit dans 70 % des cas, mais il est coûteux, invasif et associé à de potentiels effets secondaires chez la mère. Nos résultats préliminaires indiquent que le système de signalisation RANKL est présent et actif dans la fonction reproductive féminine, constituant ainsi une nouvelle cible pour le traitement de l'infertilité. Le dénosumab, un inhibiteur du RANKL, est actuellement utilisé pour traiter l'ostéoporose et peut donc avoir une importance clinique immédiate. Cependant, les résultats des études chez la souris contrastent avec les données chez l'Homme ce qui limite l'utilisation de modèles murins pour étudier les effets du traitement par le denosumab sur les résultats reproductifs chez les femmes, d'où la nécessité d'étudier les effets de ce traitement chez les PNH. En raison de leur similarité anatomique et physiologique avec l'humain, les babouins constituent un excellent modèle pour les études sur la reproduction et ont été largement utilisés pour étudier la reproduction chez la femme. Nous avons réalisé une étude pilote au cours de laquelle l'analyse de marqueurs sanguins ont démontré que le babouin était sensible au traitement par le dénosumab. Le projet décrit fournira à court terme des informations précieuses sur les effets du traitement au denosumab sur la fonction reproductive féminine évaluée par les changements hormonaux et de l'ovaire. Lorsque nous traitons des animaux ou des humains in vivo avec un inhibiteur de RANKL tel que le Denosumab, moins de petits follicules meurent et plus de follicules survivent et peuvent être recrutés plus tard dans la vie. Cela implique que les femmes vieillissantes pourraient en bénéficier et que les femmes souffrant d'insuffisance ovarienne pourraient profiter de cette opportunité pour avoir de meilleures chances de réussir le prélèvement d'ovocytes lors d'une FIV.

Procédures

Chaque animal sera capturé et anesthésié 5 fois au cours de l'étude : - 3 courtes anesthésies (20-30 minutes) pour prélèvement sanguin (16 mL) et injection de denosumab ou placebo (T0-T1-T2) - 1 anesthésie de 1 à 2h pour chirurgie (ovariectomie unilatérale) avec prélèvement sanguin (16mL) (T3) - 1 courte anesthésie (20-30 minutes) pour prélèvement sanguin (16 mL) (T4)

Impact sur les animaux

Stress lors de la capture. Anesthésie (dépression cardiorespiratoire, déshydratation, hypotension, hypothermie). Prélèvement sanguin (risque hématome). Effets secondaires du denosumab : douleurs ostéo articulaires ou musculosquelettiques rapportées fréquemment chez la femme ménopausée sous traitement chronique, de manière moins fréquente infection du tractus urinaire ou respiratoire, constipation, gêne abdominale ou éruption cutanée (aucun effet secondaire rapporté chez le macaque cynomolgus à 8 fois la dose administrée). Complications chirurgicales : saignements, hémorragies, infection de plaie ou déhiscence. Isolement de 2 à 5 jours en post opératoire (ennui, stress).

Devenir

Tous les femelles seront gardées en vie et dans leurs groupes sociaux d’origine car les prélèvements prévus ne sont pas invalidants.

Remplacement

Récemment, des études ont montré que le système étudié est présent et actif dans les gonades femelles de souris et humains. Cependant, ces études in vitro ont des limites, car l'administration de denosumab a des effets systémiques qui doivent être évalués in vivo. Ce protocole vise à étudier les effets du denosumab qui est un médicament qui agit sur différents organes par des effets systémiques. Ce projet est donc une étape ultérieure à ces analyse in vitro et qui est nécessaire pour étudier les effets du denosumab sur la résorption osseuse et la reproduction féminine. Pour étudier de tels effets systémiques et hormonaux, une étude in vivo est obligatoire et dans ce contexte, il est impossible de remplacer l’utilisation d’animaux vivants par des méthodes alternatives.

Réduction

Avant la mise en place de cette étude, une étude pilote a été réalisée pour s'assurer que les babouins sont sensibles au denosumab, et donc que les babouins sont des modèles animaux valables pour le traitement. Le nombre minimal d'animaux nécessaire pour obtenir des données fiables a été choisi afin de minimiser le nombre d'animaux utilisés. Le calcul de la puissance est basé sur une étude pilote menée sur un seul babouin, où le taux sanguin d'une hormone a augmenté de 40 %. Avec un niveau de test de 5 % (niveau de signification) et une puissance de 80 %, 5 babouins femelles dans chaque groupe à chaque point dans le temps seront suffisants pour atteindre une signification statistique. L'effet sur la folliculogenèse nécessitera également une comparaison entre le placebo et le traitement au denosumab. 4 à 5 animaux dans chaque groupe sont normalement utilisés pour effectuer une telle analyse, ce qui justifie la taille de l'échantillon. Pour réduire le nombre d'animaux, chaque babouin injecté servira également de contrôle interne. L'effet du denosumab sera examiné en comparant les échantillons sanguins de base avec ceux prélevés après l'injection.

Raffinement

Concernant la capture, elle est toujours réalisée en privilégiant une méthode sans contention (ni chimique, ni physique). Elle consiste d’abord à isoler l’animal lors de son passage dans le tunnel de son hébergement. Une fois isolé dans le tunnel, l’animal est transféré dans une boite de transport accolée au tunnel puis transféré dans une zone d’isolement temporaire avec une cage à fond amovible. Tous les prélèvements sont réalisés sous anesthésie injectable. Pendant toute l’anesthésie les individus seront surveillés et monitorés par les vétérinaires (i.e. ECG, Fréquence Cardiaque, Fréquence Respiratoire, Température rectale). Suite aux anesthésies, les femelles seront réveillées dans leurs loges d’origine et réintroduites dans leurs groupes dès qu’elles sont suffisament réveillées, selon la procédure validée par la SBEA. Pour l’ovariectomie (T3), l'intervention a lieu sous anesthésie ) et sous analgésie (anti inflammatoires et morphiniques). L’animal sera isolé la veille de l’intervention de son groupe pour assurer la mise à jeûn, puis restera en infirmerie pendant 2 à 5 jours en post opératoire sous traitement antalgique. Il sera alors suivi avec une grille de score et de douleur spécifique et disposera d’un planning d’enrichissement dédié avec 4 enrichissements manipulatoires ou alimentaires journaliers. Après validation de sa récupération et de son état de santé par l’équipe vétérinaire il sera réintroduit dans son groupe d’origine, en accord avec les procédures validées par la SBEA et sous surveillance de l’équipe BEA.

Choix des espèces

Les résultats des études chez la souris contrastent avec les données chez l'être humain et le schéma d'expression du système de signalisation RANKL chez la souris ne reflète pas celui de l'être humain. Cela limite l'utilisation de modèles murins pour étudier les effets du traitement par le denosumab sur les résultats reproductifs chez les femmes, d'où la nécessité d'étudier les effets de ce traitement chez les primates non humains. En raison de leur similarité anatomique et physiologique avec l'homme, les babouins constituent un excellent modèle pour les études sur la reproduction et ont été largement utilisés pour étudier la reproduction chez la femme. Un autre avantage est qu'il est facile de suivre le stade du cycle œstral chez le babouin car il peut être distingué visuellement chez les babouins femelles par des modifications anatomiques de la région périnéale (gonflement et règles). Les animaux inclus seront tous des babouins femelles d'un âge avancé (15-25 ans), mais non ménopausées. En effet, ces animaux seront plus sensibles aux traitements affectant les résultats reproductifs que les jeunes animaux très fertiles, ce qui est important si nous voulons utiliser le médicament pour le traitement de l'ovaire vieillissant chez les femmes.

Trois à quatre chirurgies de trois à cinq heures chacune, sur le même animal : 6 macaques à longue queue vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun subit d'abord une IRM sous anesthésie, puis les interventions permettant d'implanter des électrodes de stimulation et d'enregistrement dans son cerveau. Il s'agit de cartographier deux populations de neurones du globus pallidus externe, dont la connectivité reste mal connue. Les six animaux sont ensuite tués sous anesthésie profonde, leur cerveau retiré du crâne et congelé, seule façon selon le porteur de localiser les sites d'enregistrement.

Objectifs

Le globus pallidus externe est une structure cérébrale qui joue un rôle central dans le contrôle de nos comportements. Son fonctionnement est également perturbé dans de nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques. Longtemps, on a pensé que cette région du cerveau ne contenait qu’un seul type de neurones. Cependant, des recherches récentes menées chez les rongeurs, les primates non humains et même chez l’humain ont révélé la présence de deux catégories distinctes de neurones. Malgré cela, leur connectivité (c’est-à-dire les zones du cerveau auxquelles chaque type de neurone envoie des signaux), leur rôle dans les fonctions cérébrales, et l’impact potentiel de leur dysfonctionnement restent encore à determiner. Pour y parvenir, nous allons donc stimuler différentes zones du cerveau et observer comment ces stimulations influencent l’activité des deux types de neurones chez des singes anesthésiés. Ce projet se deroulera sur 2EU différents.

Bénéfices attendus

Ce projet a pour objectif de déterminer les connexions dans le cerveau de deux populations de neurones distinctes qui composent une région cérébrale essentielle dans le contrôle de nos comportements et dont le dysfonctionnement est mis en cause dans de nombreuses pathologies neurologiques et psychiatriques humaines. L'étude de cette connectivité anatomique chez les primates non humains revêt donc une importance translationnelle significative. En effet, les primates non humains disposent d'un large éventail de comportements, proches de ceux de l'homme, et leur cerveaux présente une organisation similaire à celle de l'humain. Cela permettra donc d'étendre les conclusions de cette recherche à l'homme et participer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour les patients souffrants d'un dysfonctionnement de cette région du cerveau.

Procédures

Chaque animal subira une imagerie par résonnance magnétique pour obtenir une image morphologique en 3 dimension du cerveau (15min de transport et 60min de procédure). Chacun des animaux sera également soumis à 3 à 4 chirurgies d'une durée de 3 à 5h chacune. Chaque chirurgie permettra l’enregistrement de l’activité neuronale (quelques minutes) durant la procédure de stimulation cérébrale, c'est-à-dire durant l’application impulsions électriques monophasiques uniques de faible intensités, sans danger pour l’animal (durée de 0.1-0.3 ms, intensité de 0.05-0.5 mA) à des fréquences de 0.1-1Hz

Impact sur les animaux

Au cours de la procédure d'imagerie par résonnance magnétique, les nuisances sont essentiellement liées à l'anesthésie qui peut entrainer une baisse de la température corporelle, des troubles respiratoires et/ou cardiaques. De plus, des douleurs/infections peuvent survenir suite aux interventions chirurgicales pour le placement des électrodes d'enregistrement et de stimulation.

Devenir

Une fois la procédure terminée, les animaux seront profondément anesthésiés et euthanasiés afin de pouvoir effectuer des analyses histochimiques post-mortem qui sont indispensables pour localiser les sites d'enregistrements de l'activité neuronale. Après constatation de la mort de l’animal, le cerveau sera retiré du crâne, congelé pour procéder aux analyses histologiques.

Remplacement

Notre projet à pour but de caractériser l'anatomie/connectivité d'une structure du cerveau qui contrôle nos comportements et qui dysfonctionne dans de nombreux troubles neurologiques et psychiatriques, et de faciliter le développement de nouvelles approches thérapeutiques visant à normaliser son activité chez des patients souffrant de son dysfonctionnement. De ce fait, le recours au PNH (du fait de sa proximité avec l’homme en termes d’anatomie cérébrale, de répertoire comportemental etc.) est nécessaire.

Réduction

Pour mener notre étude, nous avons réduit au minimum le nombre d'animaux utilisés en planifiant soigneusement et en maximisant les données recueillies pour chaque animal. Comme nous ne disposons pas de données préalables dans la littérature pour déterminer précisément la taille de l'échantillon, nous avons choisi une méthode statistique qui recommande un échantillon de 5 à 10 animaux pour garantir des résultats fiables, et nous avons décidé d'utiliser six animaux. Ce petit nombre est suffisant pour des tests statistiques valides dans notre domaine, où les études sur les primates non humains utilisent souvent 3 à 5 animaux à cause de leur complexité.

Raffinement

Les singes seront hébergés dans des conditions standard (cycle lumière/obscurité de 12h avec lumière allumée de 7h00 à 19h00, ~ 60% d'humidité et ~ 22°C). Les animaux seront hébergés en groupe et bénéficieront d'un environnement enrichi (jouets, musique, fourrage). Le transport de l’animal vers la plateforme de bio imagerie située à proximité de l’animalerie se fera à l’aide d’une boîte de transport dédiée mise sur un chariot et protégée des regards extérieurs par une housse. L’animal anesthésié sera maintenu au chaud sous une couverture et bordé d’une bouillotte. Durant le transport et l'acquisition de l'imagerie par résonnance magnétique (15min de transport + 60min de procédure), les constantes physiologiques de l'animal seront contrôlées à l'aide d'un oxymètre. La chirurgie sera réalisée de façon stérile et sous anesthésie profonde à l'isoflurane/oxygène, après une induction à la kétamine. Une couverture antalgique avec de la Buprénorphine en préopératoire et du Metacam en postopératoire sera utilisée pour limiter la douleur de l’animal après l’intervention chirurgicale. Nous administrons un anesthésique local avant incision. Une sonde sera insérée dans le rectum des animaux pour contrôler la température. Le suivi des animaux est quotidien, assurée par du personnel qualifié pour cette espèce sur des critères comme la posture de l’animal, son activité, son interaction, sa nutrition. La surveillance est renforcée durant la période post opératoire et en cas d’apparition de troubles. La perte de poids, la déshydratation, la perte de poils et/ou un repli sur soi inhabituel entraineront une surveillance accrue de l'animal et les mesures nécessaires seront prises de concert avec le vétérinaire. Si la situation ne se normalise pas, l'animal sortira immédiatement du protocole.

Choix des espèces

Contrairement à d'autres espèces de vertebrés (e.g., rongeurs), le macaque possède une organisation corticale et un réseau des ganglions de la base semblables à celle de l'homme. Les enregistrements électrophysiologiques seront réalisés sur des animaux de plus de 36 mois, âge où leur système nerveux central est mature. Cela garantit une meilleure comparaison des résultats avec les caractéristiques observées chez l'adulte humain.

Neuf séances d'imagerie sous anesthésie générale, la tête maintenue dans un cadre par les oreilles, précédées chacune d'une mise à jeun la veille, et trois ponctions de liquide céphalorachidien. 15 macaques à longue queue vont subir cela dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, après qu'un syndrome parkinsonien leur a été provoqué par une vingtaine d'injections hebdomadaires d'un neurotoxique. Le RNT qualifie l'imagerie de "non-invasive et indolore" et limite la durée sous anesthésie à deux heures, quand la description des procédures annonce trois heures au maximum. Tous les macaques seront tués à la fin de l'étude pour comparer les mesures non invasives à des dosages dans les tissus, le porteur présentant le don de leurs tissus comme une façon de "valoriser l'animal".

Objectifs

La créatine (Cr) est une molécule qui, dans le cerveau, permet aux cellules de se constituer une réserve d'énergie. Elle circule dans le sang et rentre dans le cerveau via le transporteur de la créatine (CRTR). Le déficit de ce transporteur est responsable d’une maladie neurologique rare : en entrainant une absence de Cr et donc un déficit énergétique au niveau cérébral, il conduit à des retards mentaux sévères, un syndrome autistique et des crises d’épilepsie chez les enfants. A ce jour, aucun traitement n’est disponible. La supplémentation en Cr a été évaluée mais le traitement ne peut pas entrer dans le cerveau . On a développé une Cr modifiée (appelée « molécule test »)) pour le traitement des maladies neurologiques avec un déficit énergétique. Evaluée sur un modèle murin de la maladie liée au déficit de CRTR,, « molécule test » sous forme de microémulsion a permis l’amélioration des fonctions cognitives ainsi qu’une restauration des niveaux de Cr dans le cerveau. Afin d’envisagerun essai clinique de phase 1, il est important de mettre en place au préalable des outils non invasifs de suivi et de poursuivre ces expériences dans des modèles d’étude précliniques plus pertinents. De plus, dans la perspective de généraliser ce traitement à d’autres maladies neurologiques qui présentent des déficits énergétiques, des essais sur des modèles murins de la maladie de Parkinson montrent un effet thérapeutique significatif après un mois d’administration intra-nasale. En effet, la Cr est non seulement une importante source d'énergie pour les cellules, mais possède également des propriétés anti-oxydantes directes. Elle empêche la mort cellulaire en aidant au maintien de l'intégrité des mitochondries, les organites de respiration des cellules. Les déficits de fonctionnement des mitochondries et la génération d’espèces oxydatives sont des causes connues de mort cellulaire dans la maladie de Parkinson. En nous appuyant sur ces premiers résultats, et sur des données déjà acquises chez le modèle primate sain, l’objectif de notre étude est d’évaluer sur un modèle primate de la maladie de Parkinson l’efficacité thérapeutique de la « molécule test »contre cette maladie et de valider les biomarqueurs pertinents qui permettraient de suivre l’efficacité de ce traitement avec des outils non invasifs tels que l’imagerie cérébrale .

Bénéfices attendus

Il existe un besoin de traitement efficace contre les dysfonctionnements mitochondriaux bien établis dans la maladie de Parkinson. Aujourd’hui, aucun traitement n’est disponible, en particulier à cause de la difficulté de pénétrer dans le cerveau en passant la barrière hématoencéphalique. La « molécule test », capable de rentrer dans le cerveau, pourrait relever ce défi. ralentissant ou arrêtant les dysfonctionnements mitochondriaux des neurones afin d’éviter leur mort et ainsi d'entraver la progression de la maladie de Parkinson. Notre approche originale de l’administration de la « molécule test » grâce à un spray intra-nasale vise ainsi à améliorer les symptômes moteurs et la cognition des patients atteints de la maladie avec une approche peu invasive. Au-delà de fournir un nouveau traitement, le développement et la validation des techniques d’imagerie non invasive proposées aura des applications directes en clinique. Ceci permettra de mesurer directement in vivo le taux de la créatine présente, un biomarqueur essentiel dans le suivi des patients qui subiront ce type de traitement.

Procédures

Tous les primates subiront 9 examens d’imagerie non invasive sous anesthésie générale de 3h max. Trois prélèvements de sang et liquide céphalorachidien (LCR) seront faits sur tous les animaux sous anesthésie générale (30min). La maladie de Parkinson sera induite chez tous les animaux par injection intramusculaire chronique hebdomadaire d’une molécule chimique, utilisée depuis 40 ans en milieu scientifique. Le nombre d’injections est animal dépendante et variable mais inférieur à 20 et la durée du geste est de 2 minutes. L’évolution de la maladie chez les animaux sera évaluée à l’aide d’une échelle clinique (observation simple) basée sur la motricité pour ajuster le régime d’injections et atteindre des symptômes parkinsoniens modérés. Les primates seront également filmés une fois par semaine pendant 3 mois au maximum et les vidéos de 30 minutes seront analysés pour quantifier la distance totale parcourue et la vitesse de déplacement.. Une fois le modèle stable, le traitement avec la « molécule test » ou son solvant comme contrôle lui sera administré par spray intranasale une fois par jour, 5 jours par semaine pendant 3 mois.

Impact sur les animaux

La procédure d’imagerie est non-invasive et indolore. Cependant, le caractère répétitif de l’anesthésie et la mise à jeun la veille de chaque séance d’imagerie sont pris en compte à l’égard des point limites. La durée des examens sous anesthésie est limitée à 2h pour minimiser tout inconfort et le risque d’hypothermie est contrôlé par le soutien thermique (couverture chauffante et plaids). L’irritation locale au niveau des oreilles, pour maintenir la tête dans un cadre, est possible. Le temps d’acclimatation et le respect de temps de pause entre séances d’imagerie devraient minimiser les nuisances pour les animaux. La pesée hebdomadaire permettra de dépister toute altération causée par les mises à jeun répétées et de compenser avec un supplément de nourriture avant d’arriver aux points limites si besoin. L’induction du modèle parkinsonien demande des injections intramusculaires qui, selon l’expérience de notre laboratoire, ne sont pas irritantes localement. Une alternance droite-gauche sera quand même mise en place pour réduire l’inconfort. L’induction du syndrome parkinsonien peut donner lieu à un manque d’appétit et de soif transitoire et une prise en charge pour le soutien alimentaire des animaux au quotidien (plusieurs fois par jour) sera faite . L’administration intranasale du produit est rapide et indolore mais demande une contention qui pourrait être stressante pour les animaux. Une accoutumance à la contention et à l’interaction avec les intervenant formés à réaliser ce geste sera effectuée au préalable. Le produit et la voie intranasale ont déjà été testés chez le primate sain et n’ont pas donné lieu à des irritations des muqueuses nasales, mais la dilution du produit et sa fréquence d’administration seront adaptés si besoin. Si nécessaire, les administrations intra-nasales se feront sur l’animal sédaté très légèrement en vue de la proximité de la bouche et du risque pour le manipulateur. L’hébergement individuel lors des mises à jeun ou des intoxications pourrait être une source de stress pour les animaux qui sera réduit au maximum, avec des mises en groupe temporaires et hors repas.

Devenir

A la fin de l’étude, les modèles animaux seront euthanasiés pour valider la sensibilité et la robustesse des mesures non-invasive du métabolisme neuronal versus une mesure invasive dans les tissus, impossibles à pratiquer chez le patient. A l'issue de cette dernière, un don de tissus sera effectué dans une optique de réduction du nombre d'animaux utilisés à des fins scientifiques afin de valoriser l'animal.

Remplacement

Le remplacement de l’animal n’est pas envisageable pour atteindre les objectifs fixés dans ce projet. En effet, aucun milieu de culture ou système synthétique ne permet aujourd’hui d’évaluer l’’utilisation de la voie nasale pour cibler directement le cerveau (voie « nose-to-brain ») via les nerfs olfactifs et trijumeaux. Seul un modèle animal permet de tenir compte des interactions structurelles et fonctionnelles de ces nerfs et cellules, et ainsi de valider une voie d’administration du traitement originale et peu contraignante pour les patients ainsi qu’un biomarqueur d’imagerie in vivo. Les animaux étudiés dans le cadre de ce projet proviendront d’élevages reconnus.

Réduction

Un total de 15 primates est prévu dans ce projet pour tester l’efficacité de la « molécule test » contre les dysfonctionnements métaboliques connus dans un modèle primate de la maladie de Parkinson. Les groupes expérimentaux permettront de comparer 4 animaux modérément parkinsoniens traités avec cette molécule thérapeutique, ou avec son solvant (n=4) et un groupe contrôle (n=4). Le nombre d’animaux par groupe a été déterminé par retour d’expérience de plusieurs projets portant sur ce même modèle animal qui ont démontré une efficacité thérapeutique robuste et donné lieu à des essais cliniques en utilisant les mêmes outils d’imagerie et étude comportementale. Le suivi longitudinal/répété chez le même individu par des méthodes d’évaluation non-invasives, comme le comportement et l’imagerie, permet de réduire le nombre d’animaux nécessaires pour observer des différences significatives dans le temps entre les groupes.

Raffinement

Afin de minimiser le stress et l’angoisse les animaux l arriveront au moins un mois avant le début de l’étude. Le protocole d’anesthésie pour la réalisation d’examens d’imagerie comporte des analgésiques pour minimiser les sensations désagréables lors de l’intubation et l’emplacement dans le cadre d’imagerie. En lien avec ces procédures d’imagerie, certains point limites ont été définis en lien avec une potentielle réaction à l’anesthésie de certains individus très rarement observée dans notre laboratoire. Les paramètres physiologiques (rythme cardiaque, pression artérielle, fréquence respiratoire) sont utilisés pour adapter la profondeur d’anesthésie et comme témoins de la gestion de l’analgésie. Le maintien de la température corporelle est assuré par une couverture chauffante avec rétrocontrôle (sonde rectale). Les primates non-humains seront hébergés en groupes sociaux dans des cages équipées spécifiques de l’espèce. La durée de l’hébergement individuel sera limitée aux mises à jeun pour les séances d’imagerie et l’induction du syndrome parkinsonien, tout en gardant un contact visuel, sonore et olfactif avec les autres primates hébergés dans la même pièce. Des enrichissements adaptés seront mis en place : structurels (balançoire, miroir); alimentaires (fruits, graines dans le fourrage); manipulables (jouets); auditifs (musique). En effet, en préparation à toute manipulation pour le nursing lors de l’induction du parkinsonisme et des administration intra-nasales, un contact quotidien positif sera établi à travers la distribution de friandises à la main et entrainement à boire à la seringue. Les injections intramusculaires pour l’induction du modèle de Parkinson sont réalisées à l’aide de seringues de type « insuline » avec une aiguille très fine pour réduire l’inconfort locale liée à des injections répétées et en alternant les sites d’injection (droite-gauche). Le nombre totale d’injections pour générer un modèle modéré de la maladie de Parkinson ne devrait pas dépasser 30 piqûres sur 7-10 jours consécutifs, puis une injection hebdomadaire. Une échelle d’observation des symptômes sera utilisée au quotidien pendant la période d’induction du modèle pour ajuster le rythme des injections. Les administrations intra-nasales sont rapides et indolores mais une accoutumance à ce mode d’administration du produit sera également mise en place après acclimatation et avant l’initiation de l’étude.

Choix des espèces

Les primates non humains possèdent une architecture cérébrale semblable à celle de l’humain, avec notamment un cortex plissé présentant de nombreux sillons cérébraux et circonvolutions. De plus, leur métabolisme est plus proche du métabolisme humain que ne l’est le métabolisme du rongeur. La maladie de Parkinson et les déficits métaboliques qui entrainent une mort neuronale se produisent chez le patient adulte et les animaux recrutés pour l’étude seront également au stade adulte. Sans compter que la maturation du cerveau peut avoir un impact sur la quantité totale de créatine ainsi que la génération du modèle parkinsonien chez le macaque juvénile est difficile en vue de sa plasticité. Adulte (développement du cerveau achevé) entre 4 et 9 ans. La maturation du cerveau peut avoir un impact sur la quantité totale de créatine et la génération du modèle parkinsonien chez le macaque juvénile est difficile en vue de la plasticité extrême du système nerveux central.

Seuls les macaques crabiers ont montré une réactivité croisée avec l'anticorps testé lors des essais in vitro, ce qui écarte souris, rats, lapins et chiens. Quatre d'entre eux, jeunes adultes, vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun reçoit une injection intraveineuse lente de quinze minutes sur chaise de contention, puis huit prélèvements sanguins et huit mesures du temps de saignement par micro-incision de la peau, étalés sur un mois, avec des contentions de trois à vingt-cinq minutes. Aucune mise à mort n'est prévue et tous sont gardés en vie à la fin du projet sur avis vétérinaire, en vue d'une réutilisation.

Objectifs

Ce projet consiste à étudier les effets et le devenir d’un anticorps bispécifique (ciblant deux protéines sur les plaquettes) à deux doses différentes chez le singe cynomolgus dans le cadre du développement d’un traitement contre les maladies thrombo-inflammatoires chez l’Homme. Ce projet permettra d’établir le profil pharmacocinétique du candidat médicament et ses relations dose-effet mais également de déterminer la dose qui sera utilisée dans de futurs projets précliniques et cliniques. Les données qui seront extraites de ce projet vont également permettre d’évaluer la capacité de l’anticorps à inhiber l’activation plaquettaire tout en préservant une coagulation normale et donc d’obtenir des informations sur sa sécurité. Ce projet ouvrira la voie à des tests cliniques (sur patients humains), offrant l’espoir d’une nouvelle option de traitement pour les maladies causées par une coagulation et une inflammation anormales. Ce projet constitue donc une étape importante et indispensable dans le processus de développement de ce candidat-médicament. Des prélèvements de sang ainsi que des mesures du temps de saignement seront réalisés à différents délais avant et après administration de la molécule test. Différents paramètres physiologiques seront également suivis (ex : température corporelle, poids, état général). L’objectif scientifique de ce type d’étude n’est pas de déterminer la dose toxique. C’est pourquoi, les deux doses utilisées dans ce projet sont, a priori, efficaces pharmacologiquement mais non toxiques (d’après des études préliminaires in vitro réalisées sur la même molécule et in vivo sur un anticorps similaire utilisant la même voie d’action et la même cible). Enfin, aucune mise à mort n’est prévue pour raison scientifique dans le cadre de ce projet.

Bénéfices attendus

La thrombose artérielle est un trouble courant chez l’Homme qui est généralement causé par l'érosion ou la rupture d'une plaque d'athérosclérose (dépôt lipidique dans les vaisseaux sanguins) pouvant provoquer des lésions ischémiques. Lorsque qu’une plaque se rompt et provoque une occlusion dans les artères coronaires ou cérébrales, elle peut entraîner respectivement un infarctus du myocarde ou un accident vasculaire cérébral (accidents vasculaires représentants les principales causes de décès dans le monde). Plusieurs médicaments sont maintenant disponibles pour traiter la thrombose artérielle. Cependant, ces médicaments ciblent des mécanismes communs à la thrombose et à l'hémostase. Leur utilisation entraîne donc un risque accru de complications hémorragiques non contrôlées en parallèle de leur efficacité antithrombotique. Dans ce contexte, il existe une réelle nécessité de développer de nouveaux traitements sûrs et efficaces sans effets secondaires systémiques tels que l'hémorragie. D’après différentes études réalisées in vitro, le candidat médicament (anticorps) testé dans le cadre de ce projet semble avoir le potentiel de fournir une activité immunomodulatrice ciblée avec un profil de sécurité très encourageant pour traiter de manière efficace ce type de maladies thrombo-inflammatoires. En effet, des données publiée sur un anticorps similaire ont montrées que le mode d’action utilisé était efficace et sûr chez les primates et chez l’Homme. En outre, cet anticorps similaire a démontré un excellent profil de sécurité, à la fois chez des volontaires humains sains et chez des patients souffrant d’un accident vasculaire cérébral ischémique aigu, renforçant ainsi le potentiel thérapeutique de ce type d’anticorps. Des tests préliminaires in vitro réalisés sur du sang humain et de singes ont déjà montré des résultats prometteurs pour l’anticorps testé, confirmant son efficacité sans nuire aux cellules sanguines. Les bénéfices attendus du projet sont donc, à terme, la validation et la mise sur le marché d’un nouvel anticorps bispécifique utilisé comme thérapie ciblée, efficace et sûre contre les maladies thrombo-inflammatoires. Cette étude génèrera des données scientifiques qui permettront notamment de sélectionner la dose à privilégier pour de futures études précliniques et cliniques.

Procédures

DDeux groupes de deux animaux seront inclus dans ce projet : Groupe 1 anticorps à 1mg/kg et groupe 2 anticorps à 5mg/kg. Les animaux sont acclimatés à leur environnement (volières, personnel, congénères) depuis plusieurs mois et ils bénéficieront d’une période d’habitation (training aux actes techniques et manipulations) de plus de trois semaines avant le début du projet. À l’issue de cette période, les animaux feront l’objet d’un examen vétérinaire qui permettra de déterminer l’état de santé général des animaux avant l’administration de l’anticorps. Deux prélèvements de sang ainsi que deux mesures du temps de saignement (temps nécessaire à l’arrêt spontané d’un saignement après réalisation d’une micro-incision de la peau) seront réalisés avant l’administration du candidat médicament. Les animaux recevront la molécule test par injection intra-veineuse lente de 15 minutes (temps de contention sur chaise d’environ 25 minutes). Ensuite, 6 prélèvements de sang et 6 mesures du temps de saignement seront réalisés à différent délais post-administration (prélèvements étalés sur une durée d’un mois) afin d'étudier le profil pharmacocinétique, l’effet de la molécule dans le temps et sa capacité à moduler l'activation plaquettaire tout en préservant la coagulation. Les mesures du temps de saignement impliquent une contention sur chaise à contention durant environ 15minutes. Les prises de sang nécessitent une contention de 3 à 15 minutes (contention manuelle ou sur chaise à contention au besoin). Le suivi des paramètres physiologiques (poids et température corporelle) tout au long du projet nécessitera une contention d’environ 5 minutes. Pour le confort des animaux, certains prélèvements et suivis pourront être réalisés simultanément (ce qui diminuera le nombre de manipulations et de contentions).

Impact sur les animaux

Les administrations intra-veineuses peuvent provoquer un stress léger, une douleur légère lors de l’injection, des ecchymoses ou des hématomes. Les prélèvements sanguins et les mesures du temps de saignement pourront provoquer un stress léger, une douleur légère, un saignement local mineur et/ou l'apparition de réactions locales (du type hématome ou œdème léger par exemple). Les pesées ainsi que les mesures de température rectale peuvent également engendrer un stress léger chez les animaux.

Devenir

À la fin du projet, tous les animaux seront gardés en vie (selon avis du vétérinaire de l’établissement utilisateur).

Remplacement

Les études de pharmacocinétique, de pharmacodynamie et de sécurité précliniques in vivo sont indispensables au développement de nouvelles molécules pharmaceutiques. Ce projet permettra de déterminer, entre autres, la concentration plasmatique dans le temps de l'anticorps, sa relation dose-effet mais également de déterminer la dose qui sera utilisée dans de futurs projets précliniques et cliniques. Actuellement, aucune méthode alternative à l'utilisation des animaux (ex: in-vitro, in silico...) n'est susceptible d'apporter le même niveau d'information qu'un organisme vivant entier et complexe dans ce projet.

Réduction

Le nombre d'animaux utilisé dans ce projet a été réduit au minimum sans compromettre les objectifs scientifiques du projet. En effet, 2 groupes de 2 animaux ont été constitués, soit 4 animaux au total. Ce nombre permettra d’obtenir des résultats fiables, interprétables et transposables. Les deux groupes permettront d’étudier les effets de l’anticorps testé à deux concentrations différentes. Le nombre de groupe ne peut donc pas être réduit d’avantage. Le nombre d’animaux par groupe a été limité à 2. Ce nombre permettra de détecter une tendance dans le groupe. Cette étude n’étant pas règlementaire, elle ne nécessite pas de réaliser des tests statistiques sur de grandes cohortes d’animaux.

Raffinement

Afin d'optimiser leur bien-être et de leur permettre d'exprimer leurs besoins comportementaux, les animaux seront hébergés en groupes sociaux. Un programme d'enrichissement complet sera mis en place au sein de l'animalerie. Ce dernier comprendra: 1) Des enrichissements structuraux ; 2) De la litière pour leur permettre de fourrager ; 3) Des jouets variés faisant l'objet d'une rotation une fois par semaine ; 4) Des friandises (ex: céréales, fruits secs) et des fruits et légumes frais distribués quotidiennement (cachés dans la litière ou dans des jouets distributeurs) ; 5) De la musique d'ambiance diffusée pendant la journée à un volume raisonnable dans le but de réduire le stress en couvrant le bruit causé par les activités du personnel dans les salles adjacentes et en habituant les animaux à la voix humaine. Les animaux sont acclimatés à leur environnement (volières, personnel, congénères) depuis plusieurs mois et ils bénéficieront d’une période d’habitation (training aux actes techniques et manipulations) de plus de trois semaines avant le début du projet. Ce programme d’habituation est associé à du renforcement positif (ex : distribution de récompenses) ce qui permettra de réduire le stress des animaux lié aux manipulations (contention, prise de sang, température rectale...). Les animaux seront suivis individuellement et bi-quotidiennement tout au long de l'étude pour détecter tout signe de stress ou de douleur. De même, le personnel veillera à garder une interaction quotidienne avec chaque animal. Les temps de repos accordés aux animaux entre les prélèvements et les volumes prélevés respecteront les recommandations éthiques en vigueur au sein de l’établissement utilisateur. Des points limites précoces ont été déterminés afin de prendre en charge toute forme de douleur ou de souffrance. En cas d’atteinte d’un de ces points, l’animal concerné sera pris en charge selon les recommandations du vétérinaire. L’arrêt du protocole sera envisagé si l’animal ne répond pas au traitement ou si son état se dégrade (sous la responsabilité du vétérinaire).

Choix des espèces

L’anticorps étudié dans ce projet étant à visée humaine, il est important d'avoir recours à un modèle animal pertinent et prédictif. Cet anticorps a pour cible deux protéines spécifiques modulant l’activité plaquettaire. Or, au cours d’études préliminaires in vitro, seuls les singes cynomolgus ont démontré une réactivité croisée avec l’anticorps testé. L’absence de réactivité croisée chez la souris, les rats, les lapins et les chiens exclue donc l’utilisation de ces espèces dans ce cadre de ce projet. La proximité phylogénétique et physiologique entre les macaques et l'Homme, notamment concernant l’organisation de leur système immunitaire explique ces résultats. Des animaux juvéniles seront utilisés dans ce projet (jeunes adultes). Dans la littérature, certaines études montrent que les animaux matures (>4ans) sont statistiquement plus sujet aux anomalies liées au vieillissement pouvant affecter le système cardiovasculaire, il est donc préférable d’écarter au maximum ce biais lié à l’âge des animaux.

Six macaques crabiers vont être utilisés, tous tués à la fin du projet pour une étude post-mortem du cerveau, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent une chirurgie d'implantation pouvant durer six heures, des injections répétées de neurotoxine sur quatre mois qui les rendent parkinsoniens, un isolement de 72 heures après chaque injection, une tâche de vigilance de deux heures trois jours par semaine et des tests de latence d'endormissement de trois heures répétés au moins dix fois par condition. Un contrôle partiel de la ration d'eau pourra être mis en place pour maintenir leur motivation. La luminothérapie ayant déjà été publiée chez la souris et le rat, avec des essais cliniques en cours, le porteur affirme qu'une étude chez le primate non humain reste "nécessaire" avant toute mise sur le marché.

Objectifs

Les troubles du sommeil sont très fréquents dans la population et leur fréquence augmente considérablement chez les patients atteints de la maladie de Parkinson. Ce projet vise à évaluer l’effet de la lumière proche de l’infrarouge appliquée de façon non invasive sur les troubles du sommeil et leur répercutions sur la qualité de l’éveil dans la maladie de Parkinson. Les expérimentations seront réalisées chez l’animal sain puis rendu parkinsonien. La lumière sera appliquée de deux façon différente : en aigue (effet thérapeutique) et en semi-chronique (effet préventif). Dans ces 2 cas, le protocole sera identique, seul le mode d’administration de la lumière sera différent.

Bénéfices attendus

Environ 70 pourcents des patients atteints de la maladie de Parkinson souffrent aussi de troubles du sommeil. Dans la population 1 français sur 3 souffrent d’un mauvais sommeil. Un trouble du sommeil retentit sur la qualité de l’éveil, la physiologie et l’activité des structures cérébrales, ainsi un meilleur sommeil contribuerait à considérablement améliorer la qualité de vie et la santé des sujets sains ou atteints de maladies neurologiques. Ce projet propose d’évaluer l’effet de la luminothérapie, appliquée de façon non invasive, sur les troubles du sommeil. Le contrôle des troubles du sommeil permettrait une meilleure prise en charge des patients atteints de la maladie de Parkinson et contribuerait à améliorer leur qualité de vie. Enfin, il apparait que les troubles du sommeil sont des facteurs aggravants dans les maladies neurodégénératives, ce projet permettrait aussi d’envisager la dimension neuroprotectrice du sommeil.

Procédures

Tout au long du projet, les animaux réaliseront une tâche comportementale de vigilance qui prendra au maximum 2h par jour, à heure fixe et 3j sur7. Elle se déroulera à l’état conscient dans la cage à laquelle ils sont habitués et sur une chaise pour primates, sur laquelle ils sont entrainés à aller. La chirurgie d’implantation sera peu invasive, et durera au maximum 6h. De l’équipement, pour des enregistrements de sommeil, sera placé sur le crâne et sous la peau. Des enregistrements de sommeil, sans fil, se feront dans la cage d’hébergement de l’animal sans manipulation. Un maximum de 10 nuits et de 10 jours de 12h pourra être enregistré dans chaque condition : animal sain, animal sain avec illumination la nuit, animal parkinsonien, animal parkinsonien avec illumination la nuit. Des tests de latence d’endormissement seront réalisés dans une cage de sieste, à laquelle ils sont habitués. Le test dure 3h et sera effectué au moins 10 fois dans chaque condition. Les animaux seront rendus parkinsoniens par des injections de neurotoxine. Après chaque injection les animaux seront isolés pendant 72h jusqu’à l’élimination de la toxine. Les injections permettent l’obtention d’un syndrome parkinsonien modéré et stable. Cette phase dure 4 mois. Les prélèvements de sang et de liquide céphalo-rachidien seront réalisés sous une légère anesthésie et espacés de un mois pour le premier et deux mois pour le deuxième.

Impact sur les animaux

Si nécessaire, afin d’obtenir une motivation maximale de l’animal pour réaliser des tests de memoire et d'attention, un contrôle partiel de la ration d'eau pourra être mis en place selon un protocole adapté à chaque animal et développé à partir de « Avis et recommandations sur le contrôle d'eau pour les protocoles scientifiques chez les primates non-humains », Comité national de réflexion éthique sur l’expérimentation animale, 2021. Cela permettra un maximum de motivation sans impact sur l'état de santé de l'animal. La chirurgie d’implantation peut engendrer une douleur post-opératoire suite à l’implantation du matériel d’enregistrement télémétrique. L’état de santé des animaux sera suivi avec attention et des traitements adaptés seront donnés en cas de douleur. Cet effet indésirable peut durer jusqu’à 1 semaine après l’implantation. Le test de la latence d’endormissement ne devrait pas induire d’effet indésirable chez les animaux car il se fera dans une cage de comportement à laquelle l’animal aura été habitué. Les expériences sur les rongeurs montrent que la luminothérapie ne crée pas de nuisances. Une évaluation de l’impact de la luminothérapie chez l’animal sain sera réalisée en début de projet et les paramètres de son application seront réglés à ce moment. Des injections de toxine engendreront un syndrome parkinsonien modéré présent jusqu’à la fin de l’étude . Lors de la période d’intoxication, les injections de toxine nécessiteront un isolement de 72h toutes les deux semaines pour ne pas contaminer ses congénères ainsi que le personnel. Ce syndrome sera surveillé et des traitements adaptés seront donnés en cas de détection de mal être de l’animal.

Devenir

A la fin du projet il est nécessaire de mettre à mort les animaux afin d’effectuer une étude post-mortem du cerveau pour constater l’effet de l’illumination sur le cerveau. Le nombre utilisé espéré d'animaux est de 3, les 3 autres seront commandés uniquement en cas de problème.

Remplacement

Le singe Macaque fascicularis, utilisé dans cette étude, est un animal qui présente une des structures cérébrales qui contrôlent le sommeil (le cortex, l’hypothalamus et le tronc cérébral) similaire à celles connues chez l'humain, ce qui sous-entend que les mêmes mécanismes se mettent en place au cours du sommeil chez ces 2 espèces. D’ailleurs, il présente un comportement de veille/sommeil similaire à celui des humains, avec un éveil diurne et une nuit organisée en au moins 7 cycles de sommeil. C’est aussi un modèle de choix dans cette étude car une intoxication avec une toxine permet de développer des troubles du mouvement et du sommeil similaires à ceux présents dans la maladie de Parkinson. Des résultats de la luminothérapie ont été publiés chez la souris et le rat, des essais cliniques très ciblés sont en cours, mais l’étude exhaustive des effets de la luminothérapie chez le primate non humain rendu parkinsonien sont nécessaires avant la mise sur le marché d’un tel dispositif pour les patients. A ce stade des avancées sur la luminothérapie, cette étude ne peut se faire qu’au niveau préclinique, donc chez le primate non humain, il nous est donc impossible de remplacer cet animal par un modèle rongeur, un modèle cellulaire ou de simulation informatique. Le recours à ces animaux est donc nécessaire dans cette étude qui constitue une étape vers la validation d’un dispositif thérapeutique utilisable par l’humain.

Réduction

C’est une étude dans le temps et préclinique dans laquelle l’animal est son propre contrôle, peu d’animaux seront donc nécessaires. La répétition des mesures dans les différents états (sain avec ou sans luminothérapie, parkinsonien avec ou sans luminothérapie) permettra d’évaluer l’impact de la luminothérapie avec un test statistique. Le nombre utilisé espéré d'animaux est de 3, les 3 autres sont prévus et seront commandés uniquement en cas de problème.

Raffinement

Durant la chirurgie, des analgésiques, des anesthésiques et des antibiotiques seront administrés aux animaux afin de supprimer les douleurs et de diminuer les risques d’infections. En post-opératoire il sera aussi administré des analgésiques et des antibiotiques afin de réduire au maximum les douleurs et les risques d’infections. Lors de la phase d’intoxication à la toxine les animaux serons isolé pendant 72h toutes les deux semaines. Afin de diminuer le stress des animaux, un programme d’habituation aux conditions expérimentales est mis en place dans l’animalerie. Ces habituations consistent en des entrainements et se feront selon un protocole progressif, dans lequel chaque étape est apprise progressivement et est récompensée. Un tableau de progression est utilisé pour suivre les progrès des animaux. Les techniciens de l’animalerie et les membres de la cellule bien-être animal s’assureront par des visites régulières qu’aucune souffrance ou mal être n’est ressenti par l’animal au cours de l’expérimentation. Le personnel impliqué sur le projet est formé au bien-être animal. Des points limites suffisamment précoces et adaptés à la procédure expérimentale ainsi qu'un arbre décisionnel pour intervenir le plus rapidement possible pour limiter la souffrance animal sont mis en places.

Choix des espèces

Le primate non-humain fait partie des mammifères les plus proches de l’espèce humaine. Son anatomie cérébrale est très proche de celle du cerveau humain. Les Macaques fascicularis, qui ne constituent pas une espèce de primates menacée d’extinction, possèdent des circuits neuronaux proches de ceux de l’humain et permettent ainsi la compréhension des circuits neuronaux impliqués dans les mécanismes du comportement de veille/sommeil, ce qui n’est pas le cas des rongeurs qui ont un rythme inversé avec des cycles plus courts. Il est possible de reproduire chez cet animal un syndrome parkinsonien similaire à celui observé chez les patients s'accompagnant de plus d'un trouble de sommeil comme chez le patient parkinsonien. Des adultes seront utilisés dans cette étude car les traitements à développer à la suite visent des patients adultes.

Gardés en vie à la fin du projet après examen vétérinaire, neuf macaques crabiers vont être réutilisés dans d'autres protocoles. Ils sont soumis à des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, à raison d'une injection, seize prélèvements sanguins, quatorze échographies et deux biopsies cutanées par animal sur cinq semaines, chaque intervention se déroulant sous anesthésie générale. L'objet est de mettre au point une forme sous-cutanée d'un anticancéreux du sein aujourd'hui administré par voie intraveineuse, avec pour bénéfice annoncé le confort des patientes. Aucune alternative au "model primate non-humain" n'existe selon le porteur, les rongeurs ne permettant pas d'injecter un volume comparable à celui utilisé chez l'être humain.

Objectifs

Le cancer du sein est une maladie qui touche de nombreuses femmes, une sur huit sera confrontée à cette maladie au cours de sa vie. Seules 20 à 30 % des cas, peuvent bénéficier d’un traitement par un anticorps commercialisé sous le nom d’Herceptin®. Il a transformé la maladie cancéreuse aiguë en maladie chronique pour une majorité de patiente. Depuis 2013, une nouvelle voie d’administration, la voie sous-cutanée a été autorisée par la Commission de l’Union européenne pour le traitement de ce type de cancer. Cette nouvelle voie est très prometteuse en termes de confort pour la patiente et de gain de temps pour le personnel hospitalier. Un nouveau traitement est actuellement proposé associant le même anticorps à un agent cytotoxique (T-DM1) en administration par voie intra-veineuse uniquement. Dans ce projet, nous proposons de développer une formulation sous-cutanée pour la diffusion progressive du T-DM1 (en l’associant à un hydrogel), améliorant grandement le confort des patientes tout en conservant la même efficacité. Dans ce projet, 9 macaques cynomolgus seront utilisés et répartis en 3 groupes.

Bénéfices attendus

Si ce projet démontre que l’utilisation de cette nouvelle formulation administrée par voie sous-cutannée est équivalente à l’utilisation du médicament administré par voie iv, cela permettra aux patients atteints d’une forme spécifique de cancer du sein de bénéficier d’un meilleur confort de traitement..

Procédures

Les gestes réalisés sur chaque animal (sous anesthésie générale) seront : - 1 injection - 16 prélèvements sanguins – 14 échographies (en même temps que certains prélèvements) sur 5 semaines - 2 biopsies cutanée. Chaque intervention durera de 10 à 30 minutes.

Impact sur les animaux

Les dommages attendus seront principalement liés aux injections de l’anesthésique et aux conséquences des prélèvements sanguins répétés (potentiels hématomes aux sites de prélèvement) et d’une biopsie (plaies en cicatrisation). L’injection du traitement pourrait entraîner une possible inflammation au site d’injection. En accord avec la littérature, le traitement testé ne provoque pas d’effet secondaires majeurs à cette dose.

Devenir

Tous les animaux sont gardés en vie à la fin du projet. Ils sont examinés par un vétérinaire pour vérifier qu’ils ont recouvré leur état de santé en fin de protocole.

Remplacement

Il n’existe pas d’alternative au model primate non-humain pour cette expérimentation. Les modèles rongeurs utilisés précédemment ont montré la non-toxicité de l’élément d’essai mais ne permettent pas d’injecter un volume suffisant similaire à celui utilisé chez l’Homme et permettant d’étudier la biodégradation du gel. Il en est de même avec les modèles sous-cutanés de peau humain ne permettant pas l’injection d’un volume suffisant pour valider la biodégradation du gel. De plus, les primates non-humains possèdent un récepteur de l’anticorps testé similaire à celui de l’humain.

Réduction

Dans ce projet, le nombre d’animaux utilisés a été réduit à son maximum pour répondre aux questions posées. Compte-tenu de l’apport des études préliminaires réalisées sur le modèle rongeurs, 3 animaux par groupe seront suffisants pour obtenir les données de pharmacocinétique, de biodégradation et évaluer la réponse inflammatoire (au niveau du site d’injection) et au niveau global (dans la circulation sanguine). Ce projet représente une phase préliminaire aux études réglementaires utilisant un effectif plus important.

Raffinement

- Hébergement : les animaux seront hébergés au minimum par paire. Un programme de socialisation et d’enrichissement spécifique à l’éspèce et à l’âge des animaux utilisés est mis en place sur tout le site, et supervisé par le responsable du bien-être animal. Les enrichissements sont structurels (perchoirs, balançoire…), alimentaires (graines pour fourragement, fruits, friandises…) ou consistent en l’apport d’objets de manipulation changés régulièrement. - Procédures : les animaux seront anesthésiés pour chaque intervention et seront sous couverture analgésique pour les biopsies - Des points limites ont été définis pour arrêter la procédure en cas de souffrance des animaux, évaluée grâce à une grille de scoring

Choix des espèces

Dans ce projet, des macaques cynomolgus seront utilisés, car ils présentent une similarité du récepteur FcRN qui permet une comparaison des pharmacocinétiques avec l’humain. De plus, de par leur taille/poids, ils sont plus adaptés que les modèles rongeurs pour des volumes d’injections >1mL ainsi que pour les prises de sang longitudinales. Actuellement c’est la seule espèce de primates de cette taille disponible. Ce projet ne justifie pas d’utilisation d’animaux d’un stade de développement particulier. Néanmoins, les animaux seront âgés de plus de 18mois (animaux juvéniles ou adultes).

Aucun des six macaques à longue queue de ce projet ne sera tué à l'issue, le porteur prévoyant de les transférer vers d'autres études sans retirer chirurgicalement le matériel implanté. Ils vont être utilisés dans des procédures classées d'un niveau de souffrance modéré, avec des injections intramusculaires d'aripiprazole par périodes de deux semaines sur quatre mois, quinze scans d'imagerie cérébrale sous anesthésie répartis sur plus d'un an, l'implantation par vis en titane d'un plot de tête et d'une chambre d'enregistrement ouvrant sur une craniotomie de 10 mm sur 10, puis trente injections intracérébrales hebdomadaires sur huit mois. Le porteur reconnaît un risque d'infection lié à la chambre et des lésions cérébrales à prévoir avec la répétition des pénétrations d'électrode, tout en jugeant une lésion débilitante "extrêmement rare". Le maintien en vie s'explique par la valeur acquise par ces animaux, entraînés à réaliser des tâches cognitives sur écran tactile et donc réutilisables pour des approches invasives.

Objectifs

L’aripiprazole est un antipsychotique de troisième génération indiqué dans le traitement de différentes maladies neuropsychiatriques présentant un déséquilibre dopamine-sérotonine, telles que le syndrome de Gilles-de-la-Tourette, la schizophrénie et les troubles bipolaires. Bien que son utilisation s’accroisse, les mécanismes d’action de l’aripiprazole restent peu compris. Les objectifs du présent projet sont d’identifier où et comment ce traitement agit dans les différentes régions cérébrales pour moduler de multiples fonctions cognitives et motrices.

Bénéfices attendus

Ce projet est conçu pour répondre à des questions en lien avec des problématiques cliniques, mais aussi pour enrichir nos connaissances fondamentales concernant le fonctionnement cérébral et l’importance de la balance dopamine-sérotonine dans le contrôle comportemental. Ainsi, notre projet va permettre de recueillir des informations inédites concernant le mode d’action de l’aripiprazole, désormais traitement de première intention pour de nombreux patients atteints de troubles psychiatriques. Une meilleure compréhension des mécanismes d’action de l’aripiprazole et des effets cognitifs induits par ce traitement ouvrira certainement une meilleure prise en charge thérapeutique de ces patients, avec une approche de plus en plus individualisée. En combinant différentes modalités d’imagerie cérébrale, nous allons avoir l’opportunité de caractériser comment la balance dopamine-sérotonine module l’activité neuronale de repos à l’échelle du cerveau entier. Cette balance étant défectueuse dans de nombreuses pathologies (ex : dépression, anxiété, schizophrénie, Tourette, addictions), nos résultats seront donc d’intérêt pour de nombreuses applications. En complément, l’apport de l’electrophysiologie va nous permettre d’étudier des aspects plus fonctionnels de l’action de l’aripiprazole et de la balance dopamine-sérotonine au niveau des neurones du striatum. Nos résultats devraient ainsi démontrer l’importance de cette structure sous-corticale dans le contrôle de certains biais décisionnels, et définir quels types de troubles émergent lorsque la balance dopamine-sérotonine devient dysfonctionnel dans cette région du cerveau.

Procédures

(i) Traitement pharmacologique systémique par aripiprazole en semi-chronique (plusieurs périodes de 2 semaines, injections en IM). Ces tests s’étendront sur 4 mois, afin de tester comportementalement plusieurs doses de traitement. (ii) Examens d’imagerie cérébrale sous anesthésie générale. L’action de l’aripiprazole sur les systèmes dopaminergiques et sérotoninergiques sera étudiée via 5 traceurs ciblant différents récepteurs (5 traceurs x 3 doses d’aripiprazole = 15 scans par animal). Ces imageries s’étendront sur une période de plus d’un an. (iii) Implantation chirurgicale d’un plot de tête et d'une chambre avec craniotomie sous anesthésie générale (1 fois,

Impact sur les animaux

La partie pharmaceutique du projet impliquant un traitement chronique par aripiprazole ne constitue pas une source potentiel de nuisances importantes. L’aripiprazole est une molécule fréquemment utilisée en clinique humaine avec très peu d’effets secondaires nuisibles, il est rapporté un effet sédatif et orexigène (augmente l’appétit) bien moindre que pour les autres neuroleptiques. Les imageries cérébrales vont nécessiter l’injection d’un produit de contraste pouvant induire des élévations du taux de fer sanguin et potentiellement des troubles hépatiques. Pour limiter ces risques, les imageries seront espacées d’au moins deux semaines et des analyses sanguines seront réalisées pour contrôler les enzymes hépatiques. Ainsi, aucun effet nuisible significatif n’est spécifiquement prévu suite à l’accumulation des imageries sur animal anesthésié. La partie électrophysiologique du projet implique l’implantation d’un plot de tête et d’une chambre d’enregistrement par l’intermédiaire de vis en titane chirurgicalement implantées sur la tête de l’animal. La chambre d’enregistrement donnera sur une craniotomie (10 x 10mm) permettant l’accès à la dure-mère et au cerveau pour pouvoir y positionner une électrode au moment des sessions d’expérimentation. La présence de cette chambre d’enregistrement constitue une source potentielle d’infection requérant une attention particulière, avec des soins fréquents adaptés. De potentiels lésions cérébrales engendrées lors de la pénétration de l’électrode dans le cerveau sont à prévoir avec la répétition des sessions d’enregistrement. Le suivi comportemental quotidien des animaux nous informera sur la présence ou non d’une lésion débilitante. Cette possibilité demeure toutefois extrêmement rare. Il n’est pas démontré que l’effet cumulatif entre les phases d’imagerie, de pharmacologie et d’électrophysiologie de l’étude soit délétère pour la santé de l’animal. La partie de l’étude intégrant les examens d’imagerie et le traitement par aripiprazole étant classée en procédure légère, nous estimons que la sévérité totale du projet demeure modérée pour les animaux.

Devenir

A la fin du protocole, en concertation avec le vétérinaire réfèrent et dépendamment du degré réel de sévérité de la procédure pour chaque animal, les singes seront préférentiellement réutilisés pour une autre étude. Ces animaux auront acquis une grande valeur scientifique, du fait de leur entrainement à réaliser des taches cognitives sur écran tactile. Les animaux ayant une chambre implantée seront préférentiellement réutilisés pour une autre étude nécessitant des approches invasives telles que l’électrophysiologie ou des perturbations intracérébrales. De ce fait, nous ne prévoyons pas de désimplantation chirurgicale à la fin de notre protocole. Également, notre protocole ne nécessite pas l'euthanasie de ces animaux pour des fins scientifiques.

Remplacement

L’utilisation du modèle primate non-humain apparait essentiel pour la réalisation de cette étude pré-clinique, combinant des approches d’imagerie TEP/IRM avec de l’électrophysiologie. Phylogénétiquement, ce modèle d’étude pré-clinique est le plus proche de l’humain dans l’expression de ses comportements et dans son organisation anatomo-fonctionnelle du cerveau. Ainsi, les informations obtenues seront plus facilement transposables et identifiables à une application chez l’humain. De plus, des taches comportementales variées peuvent être réalisées par ces animaux permettant ainsi l’étude d’un large spectre de comportements complexes. Enfin, certains radiotraceurs TEP utilisés dans cette étude ne sont disponibles et utilisables que chez le primate non-humain, faisant de ce modèle un élément irremplaçable pour la conduite de cette étude.

Réduction

Au total, nous prévoyons la possibilité d’inclure 6 animaux dans le protocole. Ce nombre a été choisi sur la base du nombre minimum standard d’animaux (n=4) défini par la communauté scientifique abordant des problématiques pharmacologiques chez le primate non-humain, et sur la possibilité d’avoir à remplacer des animaux en cours de protocole (n=2). Nos approches seront réversibles et complémentaires, ce qui permettra de répéter les tests et de comparer différentes doses d’agents pharmacologiques sur les mêmes animaux pour ainsi optimiser la puissance statistique de notre étude. Les données électrophysiologiques recueillies sur quatre animaux permettront également d’atteindre un échantillon de neurones striataux importants le plus représentatif possible en fonction des différents territoires cérébraux étudiés.

Raffinement

Notre méthodologie expérimentale a été planifiée afin de minimiser l’impact de notre étude sur la santé et le bien-être des animaux. Un suivi quotidien des animaux sera effectué permettant de contrôler différents facteurs tels que le poids, la prise de nourriture, le comportement social et la mobilité. Dépendamment du score des animaux sur notre grille d’évaluation comportementale, un traitement adapté sera fourni et l’étude pourra être suspendue, voir définitivement arrêtée si les points limites sont atteints. L’imagerie constitue une approche non-invasive qui va nous permettre d’étudier l’activité neuronale dans le cerveau entier des animaux sans engendrer d’effets délétères. En combinant simultanément différentes modalités d’imagerie grâce à une caméra hybride, nous allons réduire (/2) le nombre de scans pour pouvoir collecter un jeu de données suffisants. Les animaux ne seront implantés qu’au moment d’initier la phase d’électrophysiologie de l’étude. La craniotomie réalisée chirurgicalement sera la plus petite possible à l’intérieur de la chambre d’enregistrement, minimisant ainsi le possible risque d’infection. Des traitements analgésiques seront utilisés en périodes pré-, per- et postopératoires. Notre grille d’évaluation de la douleur permettra d’adapter le traitement et le protocole si nécessaire en fonction de divers points limites. Les enregistrements seront effectués avec des microélectrodes fuselées à faible diamètre (150microm) pour ne pas créer de lésion significative au niveau de la structure cérébrale d’intérêt. Les imageries réalisées au préalable nous permettront de cibler avec précision les régions cérébrales à enregistrer et nous indiqueront comment positionner l’électrode pour être le plus efficace possible dans la collection de données électrophysiologiques. En dehors des sessions comportementales qui seront réduites le plus possible, les animaux seront hébergés dans un environnement social avec accès à de grandes volières incluant du matériel de fourrage et de multiples formes d’enrichissement. Pour favoriser des interactions sans stress excessif entre l’animal et l’expérimentateur, les animaux seront entrainés à la technique d’association positive entre un son (clicker), une action, et une récompense alimentaire.

Choix des espèces

Pour cette étude, le modèle primate non-humain (macaque) apparait essentiel pour plusieurs raisons : - Phylogénétiquement, ce modèle animal préclinique est le plus proche de l’humain dans l’expression de ses comportements et dans son organisation anatomo-fonctionnelle. -Différents troubles comportementaux ont déjà pu être induits chez le macaque suite a une perturbation d’activité localisée au niveau du striatum antérieur. -Des taches comportementales variées peuvent être réalisées par ces animaux permettant ainsi l’étude d’un large spectre de comportements complexes. -Toute information physiologique ou physiopathologique obtenue chez le primate non-humain est plus facilement transposable à une application chez l’humain. Les animaux reçus sont généralement des adolescents (3 ans). Ils arrivent souvent déjà en groupe et sont socialement compatibles permettant de les pairer pour leur hébergement. Une recommandation sera formulée en ce sens auprès de nos fournisseurs pour favoriser des groupes sociaux compatibles.

Sur 304 macaques crabiers utilisés dans ce projet, 116 seront transférés vers d'autres projets après accord du vétérinaire et 188 tués pour prélèvement d'organes, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun reçoit de une à quinze administrations d'un candidat médicament, subit jusqu'à neuf prélèvements sanguins par semaine, des prises de température rectale, une télémétrie sur vingt-quatre heures et un examen ophtalmologique sous anesthésie. Le nombre d'animaux, de un à trois par sexe et par dose, ne repose sur aucun calcul statistique. Le porteur conclut qu'il est "indispensable" de passer par une espèce non-rongeur avant la première administration chez l'humain.

Objectifs

Il reste encore de nombreuses pathologies pour lesquelles les besoins thérapeutiques ne sont pas satisfaits. L’objectif principal de la Recherche Pharmaceutique est de développer de nouvelles molécules à visées thérapeutiques qui seront évaluées durant des essais cliniques. Pour cela, un profil de sécurité de ces nouvelles molécules doit être établi conformément à la réglementation. Les études préliminaires vivo de sécurité non clinique interviennent précocement dans le processus de développement pharmaceutique et ne sont réalisées que sur des molécules testées au préalable sur les méthodes alternatives disponibles. Ces études préliminaires sont généralement de courte durée (entre 1 jour et 2 semaines, peuvent exceptionnellement aller jusqu’à 4 semaines dans le cas de molécule de type biologique) et utilisent un nombre restreint d’animaux. Leur objectif est d’identifier le profil cinétique, les potentiels effets secondaires et de cibler la gamme de doses à tester dans les futures études réglementaires. La conception de ces études est optimisée de manière à obtenir un maximum d’informations pour rendre plus efficace l’utilisation de ces animaux. En effet, en fonction des données disponibles du médicament, les examens pourront inclure certains paramètres cliniques (suivi du comportement, de la température, du poids, de la consommation alimentaire), hématologiques, biochimiques et cinétiques nécessitant des prises de sang ou encore histopathologiques par autopsie. Ces analyses seront adaptées à la molécule étudiée et à la pathologie concernée. Les études réalisées dans ce cadre ont pour but d’aider à choisir les doses pour les études réglementaires précliniques et, à terme, permettre de sécuriser la première administration du candidat médicament chez l’humain. Dans le cadre de ce projet, différents médicaments (molécule chimique ou biologique, thérapie génique, anticorps) pourront être testés en fonction des études réglementaires à réaliser.. Cela pourra inclure l'évaluation de médicaments avec une indication en cardiologie, en oncologie, en neuropsychiatrie ou pour le traitement de pathologies métaboliques et maladies auto-immunes. Liste des études concernées - Etudes précoces d’évaluation du profil cinétique et/ou du métabolisme chez le macaque cynomolgus - Etudes précoces d’évaluation de la toxicité de courte durée chez le macaque cynomolgus - Evaluation du profil toxicologique et toxicocinétique chez le macaque cynomolgus

Bénéfices attendus

L’objectif de ce projet est d’évaluer très précocement la toxicité éventuelle de candidats-médicaments en ajustant au mieux les doses et le schéma expérimental des études réglementaires (diminution des contraintes pour l’animal). Détecter le plus précocement possible des effets potentiellement toxiques des candidats-médicaments en développement permettra en plus d’assurer la réduction du nombre d'animaux qui seront utilisés à des fins de recherche pour sécuriser in fine l’utilisation chez les patients.

Procédures

Les études incluses dans ce projet ont une durée de 1j à 4 semaines selon le mode d’administration prévu chez l’humain. Les voies d’administrations (orale ou parentérale) sont celles prévues chez l’Homme. Des examens réguliers seront faits à l’aide de matériel adapté à l’espèce et incluent : observations cliniques, prise de température corporelle (mesure rectale), prélèvements de sang pour vérifier les paramètres hémato-biochimiques et vérifier le passage du médicament dans le sang, examen cardiologique (ECG ou mesure de pression artérielle généralement par télémétrie non invasive sur 24h maximum), collecte d’urines sur 24h maximum (via des entonnoirs placés sous les unités d’hébergement), examen ophtalmologique (sous anesthésie, technique non invasive, en début et en fin d’étude : 30minutes maximum/examen ). Administration des traitements : voie IV (de quelques secondes à 30 minutes si perfusion) et PO (moins d’une minute) et sous-cutané (moins d’une minute); en fonction de la procédure, 1 à 15 administrations max Prélèvements sanguins : durée du prélèvement (moins de cinq minutes) 9 temps maximum sur plusieurs jours par semaine en fonction du type de candidat médicament (exemple : anticorps). Le volume total prélevé par semaine ne dépassera jamais à 7.5 % du volume total circulant

Impact sur les animaux

En fonction de la classe des produits et de la dose, on pourrait s’attendre à avoir, comme mentionné dans notre grille des points limites, des changements ou modifications de l’apparence (ex : absence de toilettage), du rythme respiratoire, de la consommation alimentaire et hydrique, de la température corporelle, de l’activité comportementale, des fonctions digestives et poids corporel. On s’assurera que la somme des observations ne dépassera le degré de sévérité mentionné dans chacune des procédures en mettant des actions correctives avec le support du vétérinaire du centre.

Devenir

L’euthanasie des animaux est envisagée pour effectuer des prélèvements d’organes et analyse histologique/biochimique post-mortem des tissus. Les autres animaux gardés en vie pourront être réutilisés dans d’autres projets après accord du vétérinaire 304 animaux au total dont 116 réutilisés et 188 euthanasiés.

Remplacement

Il n’existe pas à l’heure actuelle de méthodes alternatives à l’utilisation d’animaux pour définir les marges « sécurité » d’un candidat-médicament. Il est indispensable de passer sur une espèce non-rongeur pour sécuriser le passage d’un composé en développement clinique (demande réglementaire).

Réduction

Pour ces études, on utilise 1 à 3 animaux/sexe/dose en tenant compte de la disponibilité de données historiques pour de nombreux paramètres étudiés et de leur variabilité. Le choix du nombre d’animaux dépend de la variabilité des paramètres étudiés. Il n’y a pas d’études statistiques utilisées dans ce cas. Le nombre d’animaux est classiquement défini pour répondre à l’objectif de ces études.

Raffinement

Dans les études de sécurité non clinique, il est rarement fait usage de médicaments qui risquent d’interférer avec le produit à étudier et on s’appuie sur les fiches de point-limite pour prise de décision rapide (arrêt de la dose, euthanasie de l’animal etc…). Cependant, ponctuellement, le vétérinaire peut intervenir et décider de la mise en place de soins spécifiques (adaptés à l’observation notée). Au cas par cas, on peut mettre en place des modifications des conditions d’hébergement pour raffinement (ex : chauffage en cas d’hypothermie suite à l’administration d’un traitement) et mettre en place des techniques de raffinement telles que l’habituation par renforcement positifs (training) Une grille de points limite est employée afin de limiter la souffrance inutile de l’animal en permettant de mettre des actions correctives.Tous les animaux sont stabulés en groupes, sauf cas exceptionnel justifié scientifiquement (enregistrement télémétrie ou signes cliniques nécessitant l’hébergement individuel) ou éthologiquement (incompatibilités), avec de l’enrichissement adapté aux besoins des primates.

Choix des espèces

Les études de sécurité non-clinique n’ayant pas pour but de d’étudier un modèle de pathologie ni un effet thérapeutique mais de prédire au mieux les effets indésirables secondaires liés aux candidats médicament chez l’Homme, des PNH sains peuvent être sélectionnés à la place d’une autre espèce non-rongeur parce qu’ils sont plus proche de l’humain en considérant la totalité des paramètres listés ci-dessous : - Pharmaco et toxicocinétique : exposition plasmatique au médicament, élimination, fraction libre du médicament … - Métabolisme : type et quantité relative de métabolites produits - Pharmacodynamie : homologie, présence, affinité et répartition de la cible pharmacologique - Physiologique : le PNH ne doit pas présenter de réactions physiologiques spécifiques non pertinentes pour évaluer la sécurité chez l’Homme (ex : pH gastrique). - Techniques expérimentales : formulation et excipients tolérés, voie d’administration possible - Expérience des médicaments compétiteurs de la même catégorie. Les animaux utilisés dans ce projet seront de jeunes adultes ou adultes, conformément aux requis réglementaires.

Trois à quatre chirurgies de trois à cinq heures chacune, plus une heure d'IRM sous anesthésie : 6 macaques à longue queue de plus de trois ans vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue pour que leur cerveau soit retiré du crâne et congelé. Le porteur signale des douleurs et des infections possibles après la pose des électrodes, et des troubles respiratoires ou cardiaques liés aux anesthésies répétées. Il qualifie les impulsions électriques envoyées dans le cerveau de "sans danger pour l'animal". Le macaque est retenu pour la ressemblance de son cortex et de ses ganglions de la base avec ceux de l'humain, et le porteur indique avoir choisi six individus faute de données antérieures permettant de calculer un effectif.

Objectifs

Le globus pallidus externe est une structure cérébrale qui joue un rôle central dans le contrôle de nos comportements. Son fonctionnement est également perturbé dans de nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques. Longtemps, on a pensé que cette région du cerveau ne contenait qu’un seul type de neurones. Cependant, des recherches récentes menées chez les rongeurs, les primates non humains et même chez l’humain ont révélé la présence de deux catégories distinctes de neurones. Malgré cela, leur connectivité (c’est-à-dire les zones du cerveau auxquelles chaque type de neurone envoie des signaux), leur rôle dans les fonctions cérébrales, et l’impact potentiel de leur dysfonctionnement restent encore à determiner. Pour y parvenir, nous allons donc stimuler différentes zones du cerveau et observer comment ces stimulations influencent l’activité des deux types de neurones chez des singes anesthésiés. Ce projet se deroulera sur 2EU différents.

Bénéfices attendus

Ce projet a pour objectif de déterminer les connexions dans le cerveau de deux populations de neurones distinctes qui composent une région cérébrale essentielle dans le contrôle de nos comportements et dont le dysfonctionnement est mis en cause dans de nombreuses pathologies neurologiques et psychiatriques humaines. L'étude de cette connectivité anatomique chez les primates non humains revêt donc une importance translationnelle significative. En effet, les primates non humains disposent d'un large éventail de comportements, proches de ceux de l'homme, et leur cerveaux présente une organisation similaire à celle de l'humain. Cela permettra donc d'étendre les conclusions de cette recherche à l'homme et participer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour les patients souffrants d'un dysfonctionnement de cette région du cerveau.

Procédures

Chaque animal subira une imagerie par résonnance magnétique pour obtenir une image morphologique en 3 dimension du cerveau (15min de transport et 60min de procédure). Chacun des animaux sera également soumis à 3 à 4 chirurgies d'une durée de 3 à 5h chacune. Chaque chirurgie permettra l’enregistrement de l’activité neuronale (quelques minutes) durant la procédure de stimulation cérébrale, c'est-à-dire durant l’application impulsions électriques monophasiques uniques de faible intensités, sans danger pour l’animal (durée de 0.1-0.3 ms, intensité de 0.05-0.5 mA) à des fréquences de 0.1-1Hz

Impact sur les animaux

Au cours de la procédure d'imagerie par résonnance magnétique, les nuisances sont essentiellement liées à l'anesthésie qui peut entrainer une baisse de la température corporelle, des troubles respiratoires et/ou cardiaques. De plus, des douleurs/infections peuvent survenir suite aux interventions chirurgicales pour le placement des électrodes d'enregistrement et de stimulation.

Devenir

Une fois la procédure terminée, les animaux seront profondément anesthésiés et euthanasiés afin de pouvoir effectuer des analyses histochimiques post-mortem qui sont indispensables pour localiser les sites d'enregistrements de l'activité neuronale. Après constatation de la mort de l’animal, le cerveau sera retiré du crâne, congelé pour procéder aux analyses histologiques.

Remplacement

Notre projet à pour but de caractériser l'anatomie/connectivité d'une structure du cerveau qui contrôle nos comportements et qui dysfonctionne dans de nombreux troubles neurologiques et psychiatriques, et de faciliter le développement de nouvelles approches thérapeutiques visant à normaliser son activité chez des patients souffrant de son dysfonctionnement. De ce fait, le recours au PNH (du fait de sa proximité avec l’homme en termes d’anatomie cérébrale, de répertoire comportemental etc.) est nécessaire.

Réduction

Pour mener notre étude, nous avons réduit au minimum le nombre d'animaux utilisés en planifiant soigneusement et en maximisant les données recueillies pour chaque animal. Comme nous ne disposons pas de données préalables dans la littérature pour déterminer précisément la taille de l'échantillon, nous avons choisi une méthode statistique qui recommande un échantillon de 5 à 10 animaux pour garantir des résultats fiables, et nous avons décidé d'utiliser six animaux. Ce petit nombre est suffisant pour des tests statistiques valides dans notre domaine, où les études sur les primates non humains utilisent souvent 3 à 5 animaux à cause de leur complexité.

Raffinement

Les singes seront hébergés dans des conditions standard (cycle lumière/obscurité de 12h avec lumière allumée de 7h00 à 19h00, ~ 60% d'humidité et ~ 22°C). Les animaux seront hébergés en groupe et bénéficieront d'un environnement enrichi (jouets, musique, fourrage). Le transport de l’animal vers la plateforme de bio imagerie située à proximité de l’animalerie se fera à l’aide d’une boîte de transport dédiée mise sur un chariot et protégée des regards extérieurs par une housse. L’animal anesthésié sera maintenu au chaud sous une couverture et bordé d’une bouillotte. Durant le transport et l'acquisition de l'imagerie par résonnance magnétique (15min de transport + 60min de procédure), les constantes physiologiques de l'animal seront contrôlées à l'aide d'un oxymètre. La chirurgie sera réalisée de façon stérile et sous anesthésie profonde à l'isoflurane/oxygène, après une induction à la kétamine. Une couverture antalgique avec de la Buprénorphine en préopératoire et du Metacam en postopératoire sera utilisée pour limiter la douleur de l’animal après l’intervention chirurgicale. Nous administrons un anesthésique local avant incision. Une sonde sera insérée dans le rectum des animaux pour contrôler la température. Le suivi des animaux est quotidien, assurée par du personnel qualifié pour cette espèce sur des critères comme la posture de l’animal, son activité, son interaction, sa nutrition. La surveillance est renforcée durant la période post opératoire et en cas d’apparition de troubles. La perte de poids, la déshydratation, la perte de poils et/ou un repli sur soi inhabituel entraineront une surveillance accrue de l'animal et les mesures nécessaires seront prises de concert avec le vétérinaire. Si la situation ne se normalise pas, l'animal sortira immédiatement du protocole.

Choix des espèces

Contrairement à d'autres espèces de vertebrés (e.g., rongeurs), le macaque possède une organisation corticale et un réseau des ganglions de la base semblables à celle de l'homme. Les enregistrements électrophysiologiques seront réalisés sur des animaux de plus de 36 mois, âge où leur système nerveux central est mature. Cela garantit une meilleure comparaison des résultats avec les caractéristiques observées chez l'adulte humain.

Dix marmousets vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacun pouvant enchaîner jusqu'à cent séances d'électrophysiologie de trois à six heures, après trois à cinq mois d'entraînement sous contention cinq jours par semaine. Deux chirurgies crâniennes sous anesthésie générale précèdent ces séances, l'une de quatre heures pour fixer un plot sur le crâne, l'autre allant jusqu'à sept heures pour implanter les chambres d'enregistrement. Le porteur énumère les suites possibles, douleurs, inflammations, infections, difficultés respiratoires, abcès, œdème cérébral, et mentionne des restrictions alimentaires partielles pendant l'entraînement. Six animaux au plus seront tués en fin de protocole, les autres pouvant être réutilisés dans d'autres projets ou replacés après désimplantation.

Objectifs

Dans la nature, de nombreuses espèces animales doivent anticiper les mouvements de leurs proies pour pouvoir les capturer, ou ceux de leurs prédateurs pour pouvoir les éviter. Pour cela, leur cerveau doit compenser les délais inhérents aux traitements des informations visuelles et motrices. Cependant, on en sait encore peu sur la façon dont différentes régions du cerveau, comme celles liées à la vision et au mouvement, collaborent pour effectuer cette tâche. Dans ce projet, nous cherchons à comprendre comment ces zones du cerveau communiquent et s'organisent pour permettre à un marmouset d'attraper un objet en mouvement. Notre hypothèse de travail est que les processus d’anticipation permettant de compenser les retards neuronaux des systèmes visuel et moteur reposent sur des propagations d’activité neuronale. Pour tester cette hypothèse, nous utiliserons une tâche où la position et l'orientation de la cible varient au cours du temps. Nous combinerons différentes techniques de mesure d’activité dans les régions cérébrales d’intérêt, à l’échelle d’une aire cérébrale (imagerie optique) et à l’échelle du neurone (électrophysiologie). Nous utiliserons ces données pour créer un modèle informatique de l’anticipation visuomotrice capable de prédire comment le système nerveux réagit lorsque des perturbations surviennent pendant la tâche. Ce projet fournira des informations nouvelles sur la manière dont le cerveau exécute une fonction essentielle, à savoir attraper de simples objets en mouvement, malgré les incertitudes et les délais dans le traitement de l'information.

Bénéfices attendus

Ce projet améliorera notre compréhension des mécanismes par lesquels le cerveau traite et anticipe la trajectoire et l’orientation d’un objet en mouvement. Sur le plan visuel, il démontrera comment les propagations d’informations au sein de deux types de cartes corticales, l'une représentant la position de l’objet et l'autre son orientation, interviennent dans la prédiction des propriétés futures de l’objet (dans quelle position et quelle orientation il sera). Particulièrement, ces travaux vont nous apprendre comment ces deux informations se combinent pour former une image précise et anticipée des déplacements de l'objet. Sur le plan moteur, ce projet dévoilera comment les populations neuronales à moyenne et petite échelle coordonnent les mouvements proximaux du bras (pour la position de l’objet) et distaux de la main (pour son orientation). Pour finir, nous éclaircirons les phénomènes de transfert d’information de ces signaux d’anticipations, entre système visuel et moteur et leur rôle dans l’anticipation nécessaire à la tâche de capture. Dans un registre appliqué, ce travail contribuera à l’avancée de domaines tels que les interfaces cerveau-machine, en aidant par exemple à identifier quand et dans quelles zones du cerveau injecter des informations visuelles, ou comment utiliser les activités prémotrice et motrice pour optimiser le contrôle du mouvement.

Procédures

Les animaux participant à cette étude devront être progressivement habitués et entraînés pour passer les expériences, ce qui nécessitera de les manipuler plusieurs fois par semaine. Tous les animaux auront une Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) sous anesthésie générale (durée maximale : 2h30), une chirurgie crânienne sous anesthésie générale (durée maximale : 4h) pour la fixation d’un plot de tête, puis une série d’entraînements sous contention (5 fois/semaine pendant 3-5 mois, avec des sessions d’une heure maximum). Les animaux ayant réussi l'entraînement auront par la suite une 2ème chirurgie crânienne sous anesthésie générale pour implanter les chambres d’enregistrement ou les matrices multi-électrodes (durée maximale : 7h). Ensuite, des enregistrements cérébraux seront effectués, soit avec les animaux éveillés, soit sous anesthésie. Le nombre exact de sessions ne peut être déterminé à l’avance car il dépendra de l'état de santé des animaux, de la qualité des enregistrements, et de la quantité de données accumulée au fil des sessions. Cependant, nous estimons, pour les enregistrements éveillés, que le nombre maximum de sessions ne devrait pas excéder 20 et 50 pour les deux techniques d’imagerie optique utilisées, et 100 pour l’électrophysiologie. Ces sessions seront réparties à raison de 1 à 5 /semaine (durée entre 3 et 6h). Pour les enregistrements sous anesthésie, nous estimons un maximum de 10 sessions pour chacune des techniques, à raison d’une session/semaine (durée maximale : 6h). Certains animaux pourront également être soumis à une procédure terminale en fonction de leur état de bien-être et de la sévérité de la procédure, après concertation avec la SBEA et le vétérinaire référent. Les animaux seront suivis quotidiennement par du personnel formé et leur état de santé sera évalué tous les 6 mois. Les données nécessaires devraient être collectées sur une période de 36 mois.

Impact sur les animaux

Ces expérimentations impliquent des chirurgies, des anesthésies répétées dans le temps (IRM anatomique, chirurgie d’implantation des chambres d’enregistrement et du plot de tête), et une manipulation hebdomadaire voire quotidienne des animaux (entraînements vigiles, contention pour induction d'anesthésie, contention pendant les entraînements vigiles, enregistrements éveillés...) avec un isolement temporaire (≤24h) du groupe social lors des entraînements et enregistrements qui pourront induire du stress pendant les mois d'expérimentation. Du stress et des complications faisant suite aux chirurgies et anesthésies peuvent également survenir dans les jours qui suivent l'intervention (mise à jeun la veille de chaque anesthésie, isolement quelques heures en retour de chirurgie, douleurs, inflammation, infections, difficultés respiratoires, perte d'appétit, tremblements, abcès, oedème cérébral...). L’entraînement peut inclure des restrictions partielles de nourriture (fruits, porridge) qui sera fournie dans l’après-midi au lieu du matin/midi.

Devenir

Les animaux inclus dans la procédure terminale (≤6) seront mis à mort. En cas d’échec de l’entraînement, certains animaux pourront être sortis précocement du protocole en n’ayant subi que des procédures légères. Ils pourront alors être réutilisés dans d’autre protocoles. Pour les animaux implantés (plot de tête et chambres d’enregistrement) mais non inclus dans la procédure terminale, une décision sera prise en concertation avec la SBEA (Structure chargée du Bien Etre des Animaux) sur leur devenir (ex : replacés après désimplantation) après avoir évalué l’état général et l’aspect cumulatif des procédures.

Remplacement

Ce projet porte sur l’étude de comportements visuomoteurs très précis dans l’espace et le temps et nécessite d’être réalisé sur des modèles animaux présentant une grande acuité visuelle et de bonnes capacités de contrôle du membre supérieur. Par ailleurs, il requiert l'enregistrement de l'activité cérébrale à des échelles mésoscopique et microscopique avec une grande résolution temporelle et spatiale, simultanément dans les aires visuelles et motrices, ce qu’il est impossible d’obtenir avec des méthodes non invasives. Le marmouset constitue un modèle idéal pour ce projet car il combine de très bonnes capacités de contrôle visuo-moteur avec un cerveau dont la petite taille facilite l’exploration simultanée de plusieurs structures corticales. L'utilisation du marmouset ne peut donc être remplacée.

Réduction

Globalement, nous estimons avoir besoin de 10 animaux pour ce projet. Afin de minimiser le nombre d'animaux, nous prévoyons d’utiliser plusieurs techniques d’enregistrement (imagerie et électrophysiologie) avec chaque animal. Il est vraisemblable que certains animaux (1-2) seront sortis du projet à des phases précoces et ne subiront que des procédures légères, car tous les animaux ne présentent pas la motivation nécessaire pour réaliser des tâches comportementales complexes (ici, fixation d’un point suivie de la capture d’un objet en mouvement, en situation de contention). Pour les animaux implantés (plot de tête et chambres d’enregistrement) mais non inclus dans la procédure terminale, une décision sera prise en concertation avec la SBEA sur leur devenir (ex : réutilisés après désimplantation) après avoir évalué l’état général et l’aspect cumulatif des procédures. Analyses et tests statistiques. Le faible nombre d'animaux estimé pour cette étude se justifie par le fait que l'unité d'observation « n » est l'activité d'un neurone ou d'une population de neurones, et non pas l'animal lui-même. C'est donc le nombre d'observations par animal, plutôt que le nombre d’animaux, qui est déterminant. Notre analyse sera basée sur l’élaboration de modèles prédictifs probabilistes (Bayesian) permettant de reconstruire l’activité neuronale dans différentes conditions expérimentales.

Raffinement

Les animaux seront hébergés par paires dans des volières adaptées et enrichies de plusieurs éléments (hamac, tunnels, nids suspendus, perchoirs...). Ils auront une phase d’habituation aux expérimentateurs, ce qui permettra de diminuer le stress lié à leur manipulation. Chaque étape de l’entraînement se fera par renforcement positif avec des cristaux de gomme arabique, des vers de farine ou de la gomme arabique diluée dans de l’eau (aliments présents dans le régime alimentaire des marmousets). Les phases d'apprentissage seront incrémentielles pour réduire au maximum le stress. Les procédures chirurgicales invasives seront effectuées sous anesthésie générale et une médication appropriée sera fournie dans le but d'éviter toute souffrance liée aux chirurgies. De plus, l’enregistrement simultané de grandes populations de neurones à l'aide d'électrodes à haute densité ou d’imagerie optique nous permettra d’acquérir rapidement une large quantité de données expérimentales, et donc de raffiner la méthodologie par rapport aux standards antérieurs en réduisant la durée des expériences. La chambre d'enregistrement a elle-même été raffinée et continue d’être améliorée au fur et à mesure de l'expérience acquise. Elle est composée d'un piston réglable en hauteur équipé d'une vitre courbe qui épouse la forme du cerveau sans le comprimer. Nous espérons ainsi limiter la repousse des tissus généralement observée, et par conséquent réduire le nombre d'interventions pour retirer ces tissus, ce qui minimisera les risques d'infection et le nombre d'interventions nécessaires à leur réalisation. L'état de santé des animaux sera suivi de près et quotidiennement par du personnel formé et qualifié, et une évaluation du vétérinaire référent et de la SBEA sera réalisée tous les 6 mois. L'expérience acquise au cours de ce projet nous permettra de raffiner nos techniques de chirurgie et d’assurer une meilleure récupération post-opératoire ainsi qu'une amélioration du bien-être tout au long de la période d’expérimentation.

Choix des espèces

Ce projet porte sur une tâche d’interception de cible et explore le fonctionnement du système visuel et moteur. Le système visuel diffère significativement d’un groupe d’espèces à l’autre (ex : rongeurs vs primates) et nécessite donc d'être étudié chez une espèce au plus proche de l’Homme. Le marmouset constitue un modèle tout à fait adéquat car c’est un primate non humain qui possède un système visuel très proche du nôtre, avec une hiérarchie des aires corticales supérieures identique. Concernant le volet moteur, la tâche étudiée se rapproche du répertoire comportemental naturel de cette espèce, qui capture et se nourrit de petites proies et d’insectes. Enfin, le marmouset est lissencéphale, ce qui rend l’ensemble des aires corticales visuelles et motrices facilement accessibles aux techniques d’imagerie et d’électrophysiologie. Age : à partir de 18 mois (animaux matures), car nous avons besoin que les animaux aient terminé leur croissance pour réaliser la tâche comportementale et pour supporter l'implantation de la chambre sur l'os du crâne. Poids : 0.3 à 0.5 kg