Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 15/12/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-054432)
388 rats vont être utilisés, tous tués à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré à sévère. Une partie subit une ligature chirurgicale d’une artère du cœur pour provoquer un infarctus, geste dont le porteur attend une mortalité de 20 à 30 %, suivie d’un gavage salé pour déclencher une décompensation cardiaque puis d’un cathétérisme qui sert de mise à mort. L’objet est de tester trois molécules sur l’insuffisance cardiaque aiguë décompensée, qui n’a pas de traitement. Le porteur affirme qu’aucune méthode in vitro ou in silico ne reproduit cette pathologie multifactorielle.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
L’insuffisance cardiaque aiguë décompensée (ICAD) représente un challenge thérapeutique majeur puisque, à ce jour, il n’existe pas de traitement. Notre hypothèse est que l’altération du métabolisme énergétique du cœur contribue à aggraver la dysfonction cardiaque menant à l’ICAD. En utilisant un modèle expérimental d’ICAD chez le rat, nous allons déterminer si des traitements pharmacologiques améliorant le métabolisme énergétique cardiaque préviennent la dysfonction cardiaque liée à l’ICAD. Ce projet, en ciblant le métabolisme énergétique cardiaque au cours de l’ICAD, permettra d’approfondir la compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués avec l’objectif de développer de nouvelles stratégies pharmacologiques pour améliorer la prise en charge et le pronostic des patients.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
L’insuffisance cardiaque chronique est une maladie sévère touchant en Europe environ 6.5 millions de patients. Malgré les traitements actuels, l’insuffisance cardiaque chronique reste la première cause de mortalité parmi les maladies cardiovasculaires en France avec 32 000 morts prématurées chaque année. Cette morbi-mortalité élevée est due au fait que les traitements actuels n’empêchent pas la complication majeure de l’insuffiance cardiaque chronique : la décompensation aiguë. Cette dernière représente un challenge thérapeutique majeur puisque les traitements actuels de l’insuffiance cardique sont inefficaces sur celle-ci. Notre hypothèse est que l’altération du métabolisme énergétique cardiaque est un élément déclencheur de la dysfonction cardiaque lors de la décompensation aiguë de l’insuffisance cardiaque. Le but ultime de cette recherche est de démontrer que des traitements visant l’amélioration du métabolisme énergétique cardiaque pourrait donc constituer une nouvelle cible dans la décompensation aigue de l’insuffisance cardiaque. Nous espérons que cette recherche permettra la mise en place d’une nouvelle classe de traitements permettant de limiter le développement de la décompensation aiguë de l’insuffisance cardiaque chez des patients.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Les animaux Wistar de la procédure 1 subiront une procédure chirurgicale (ligature coronaire) pour induire un infarctus du myocarde (n=258 ). Des prélèvements sanguins seront effectués une fois par mois sur tous les animaux de la procédure 1 et 2 sous-anesthésie gazeuse (isoflurane 2 %) de courte durée. Sur les rats survivants de la procédure 1 et les rats ZSF-1, un gavage en NaCl permettra d’induire la décompensation aigue. A ce moment, sera initié des traitements innovants (3 molécules) qui serons sans la nouriture donc voie peros et l’analyse des effets fonctionnels (IRM et échocardiographie cardiaque) sera effectué sous anesthésie pour une durée de 10 minutes/rat. La fonction rénale sera évaluée sous anesthésie gazeuse de 10 minutes/rat maximum pour l’injection du traceur fluorescent suivie d’un test à l’effort (durée 20 minutes) qui sera effectué dans la procédure 1 et 2 sur les animaux vigiles. Le protocole invasif (cathétérisme cardiaque) sera réalise sur des animaux profondément anethésiés et sera sans réveil.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
La première procédure est classée sévère et la deuxième est classée modérée. Les deux procédures mènent à une insuffisance cardiaque. La première procédure est réalisée par une chirurgie cardiaque et la deuxième est induite génétiquement. La chirurgie dans la procédure 1 qui est une ligature coronaire entraine un taux de mortalité de 20% à 48h suivant la chirurgie et au court des 3 mois après ligature peut entrainer une mortalité de 20 à 30%. Il faut aussi tenir en compte que la mortalité après la décompensation par le NaCl dans nos deux modèles peut entraine une mortalité de 10%. Comme décrit dans la littérature la ligature coronaire est une chirurgie qui entraine un taux de mortalité important même avec une maitrise du geste donc pour un nombre attendu de 15 animaux dans chaque sous-groupe nous prenons en compte un pourcentage de mortalité de 30%, comme référer dans la littérature . Les naissances des tests d’effort sont une fatigue de l’animal qui est évalué par des chocs électriques, mais tout cela est prise en compte avec une fiche procédure qui d’écrit les points limite du test. Arrêt du test à l’effort au bout de 3 chocs électriques en 30 secondes ou de 5 chocs électrique en 1 minute. On replace l’animal dans sa cage une fois le test fini ou les points limite définie dans le protocole dépasser. Pour le cathétérisme cardiaque, l’animal subira une chirurgie pour insertion d’un capteur de pression dans la carotide pour obtenir les pressions volume au niveau du cœur du rat, chaque animal sera mise à mort à la fin du test. Il se peut que l’animal décède lors du test ce cathétérisme cardiaque.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Pour les deux procédures tous les animaux seront mis à mort suite à l’évaluation invasive par cathétérisme cardique.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Dans l’objectif de limiter le nombre d’animaux utilisés dans ce projet, nous mettrons en place certaines expériences in-vitro (tests de prolifération de cellules, interactions cellules-cellules). Cependant, l’utilisation des animaux est rendue nécessaire, car il n’existe pas à ce jour de modèle de décompensation aiguë de l’insuffisance cardiaque in-vitro. Cela n’est pas possible d’appliquer des modèles alternatif puisque le développement de la dysfonction est multifactoriel et aucun approche in silico, in-vitro ou ex vivo ne permet l’implication de tout, c’est facteur dans le développement pour l’étude de ce type de médicament avec une visée cardiovasculaire.
2. Réduction
Pour réduire au maximum le nombre d’animaux nécessaires à cette étude, nous réaliserons séquentiellement des mesures non-invasives de la fonction cardiaque par échographie, IRM, de la fonction rénale, de la capacité d’exercice puis une mesure invasive hémodynamique. A la phase terminale nous avons également mis en place une stratégie d’optimisation des prélèvements et des analyses ex vivo au moment de la mise à mort. De plus, nous avllons réalisé des tests statistiques appropriés pour calculer le nombre de rats nécessaires afin de détecter une différence de 10% . Nos expériences dans le laboratoire ont démontré que des groupes de n=15 sont nécessaires pour des évaluations fonctionnelles telles que l’échocardiographie. Notamment, l’analyse répétée en échocardiographie / IRM sur le même animal au cours d’une étude permet également de diminuer le nombre d’animaux par groupe nécessaire pour démontrer un effet significatif. Une meilleure survie post-opératoire permet de limiter le nombre d’animaux par groupe dans le modèle d’infractus du myocarde. Les données et prélèvements obtenus des animaux témoins sains et des contrôles (infarctus du myocarde par ligature coronaire sans gavage au NaCl) seront réutilisés entre études pour limiter le nombre d’animaux. Nous allons d’abord évaluer les effets a court termegavage au NaCl, avec un mise à mort pour le groupe 1 à J3 et pour le groupe 2 et 3 à J14.
3. Raffinement
Tout au long de l’étude, les animaux seront nourris ad libitum et hébergés en groupes sociaux stables dans des portoirs conventionnés au nombre maximum de 4 par cage avec de l’enrichissement (Tunel,Kraft Paper). Les animaux seront maintenus avec un environnement controlé et stabilisé. Afin de limiter le stress occasionné par le transport, une période d’acclimatation d’une semaine après réception des rats sera maintenue avant le début du protocole. Les conditions de soins et les méthodes utilisées seront les plus appropriées pour réduire le plus possible toute douleur, souffrance, angoisse ou dommages durables que pourraient ressentir les animaux. Ainsi, un suivi des animaux sera réalisé quotidiennement durant toute la durée du protocole expérimental, ce qui permettra de déceler un éventuel signe de souffrance. Les rats perdant plus de 15 à 20% de leur poids seront euthanasiés. Pendant la chirugie, nous injectons une solution saline en sous- cûtanée pour maintenir l’hydratation de nos animaux. En post- opératoire une injection de glucose à 5% en IP est réalisée en ainsi qu’un ajout dans la cage de nourriture gélifiée qui aide l’animal à mieux se nourrir. Un traitement analgésique en pré-opératoire et en pré et post-opératoire, soit immédiatement après la chirurgie est réalisé suivi d’une injection toutes les 8h pendant 24h qui suivent l’opération. Nous allons dans ce projet utiliser essentiellement des rats mâles, ce qui diminuera les variations dans les réponses immunitaires, et permettra une meilleure comparaison entre nos modèles.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Les expériences, in vivo, ne peuvent pas être remplacées par des études in-vitro à cause de la complexité de la pathogenèse de l’insuffisance cardiaque, qui nécessite des études fonctionnelles et physiopathologiques. En effet, des études dans notre modèle animal sont nécessaires pour comprendre les altérations globales cardiaques lors de la décompensation cardiaque (altérations simultanées des lymphatiques, des cellules immunitaires, des fibroblastes et du métabolisme des cardiomyocytes). Ainsi, les procédures expérimentales ne peuvent être remplacées par d’autres méthodes expérimentales n’impliquant pas l’utilisation d’animaux vivants et susceptibles d’apporter le même niveau d’information. Les rats mâles Wistar jeunes adultes (200-220g) seront utilisés pour induire l’infarctus du myocarde. Cet âge est justifié par la meilleure résistance des animaux à la procédure de ligature coronaire permettant de ne pas augmenter le nombre d’animaux utilisés. Les Rats mâles ZSF-1 jeunes adultes arriveront à l’âge de 6 semaines pour une question de coût, mais seront utilisés à l’age de 24 semaines pour que la maladie cardiaque ait le temps de se développer.