Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 16/03/2026
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-219086)
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La respiration permet le renouvellement indispensable de l’oxygène dans l’organisme et l’élimination du dioxyde de carbone. L’activité respiratoire automatique est générée par des réseaux neuronaux du tronc cérébral dont la localisation ainsi que les mécanismes de fonctionnement sont à présent bien connus. En revanche, les réseaux situés dans les régions supérieures du cerveau qui permettent de contrôler volontairement la respiration ou de l’adapter à nos comportements ou émotions restent largement méconnus. Notre projet vise à identifier chez le rat les neurones impliqués dans la commande volontaire de la respiration, en particulier ceux responsables de l’apnée volontaire. Le premier objectif aura pour but de localiser les neurones des régions cérébrales supérieures qui envoient directement des connexions vers les neurones contrôlant les muscles respiratoires. Pour cela nous utiliserons des traceurs injectés dans la moelle épinière ou le tronc cérébral. Le second objectif consistera à stimuler ou bloquer sélectivement ces neurones identifiés dans les expériences précédentes pour comprendre leur rôle dans la respiration. Les réponses respiratoires et cardiaques seront analysées chez l’animal anesthésié ou éveillé tandis que les neurones seront activés ou désactivés. D’autres expériences viseront à identifier les neurones activés lors de la nage en apnée, grâce à un marqueur d’activité cellulaire. Pour cela, les rats suivront un entraînement progressif et non contraignant à la nage, puis à l’apprentissage de l’apnée volontaire, sous forme d’un exercice ludique et adapté à leur comportement naturel. Ensuite, il s’agira de moduler l’activité des neurones activés lors de la nage en apnée. Nous devrions ainsi pouvoir déclencher des épisodes d’apnée suite à l’activation sélective de certains neurones, ou inversement, bloquer l’apnée suite à l’inhibition de ces mêmes neurones. L’originalité et la force des expériences proposées résident ainsi dans leur capacité à caractériser, de manière inédite, le réseau neuronal impliqué dans le contrôle volontaire de la respiration, tant dans son organisation structurelle que dans ses mécanismes fonctionnels.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Le projet de recherche proposé vise à améliorer nos connaissances sur le contrôle nerveux de la respiration. Il a précisément pour but d’identifier les neurones impliqués dans la commande volontaire de la respiration. De plus, les explorations fonctionnelles réalisées dans ce projet permettront pour la première fois d’établir une relation de cause à effet entre l’activité des neurones identifiés et les paramètres respiratoires et cardiovasculaires. La tâche comportementale sélectionnée, l’apnée associée à la nage en immersion, est particulièrement intéressante. En effet, une baisse du rythme cardiaque (ou bradycardie) est observée lors de l’apnée chez presque toutes les espèces animales étudiées ainsi que chez l’homme. Ainsi, les découvertes effectuées dans le cadre de ce projet pourraient permettre d’identifier des cibles thérapeutiques potentielles et de lutter plus efficacement contre le stress chronique, l’anxiété ou l’hypertension artérielle. Nous espérons que les données obtenues dans cette étude permettront également de proposer de nouveaux concepts sur lesquels fonder des études in silico.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Ce projet expérimental sera mené exclusivement sur des rats. Les animaux seront répartis en plusieurs groupes selon les procédures prévues. Groupe 1 : Apprentissage de la tâche comportementale d’apnée pendant 6 semaines, suivie d’une chirurgie terminale sans réveil d’une durée moyenne de 20 minutes chez l’animal anesthésié. Groupe 2 : Première intervention chirurgicale sous anesthésie d’une durée variant entre 1h30 et 2h30, suivie d’un réveil. Après un délai de 3 à 6 semaines nécessaire à l’apprentissage de la tâche comportementale d’apnée, seconde chirurgie sans réveil, sous anesthésie, de même durée (1h30 à 2h30). Ces interventions pourront inclure des manipulations préparatoires, la mesure des paramètres cardiorespiratoires et des procédures terminales.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Les nuisances et les effets indésirables attendus sur les animaux sont inhérents à la mise en œuvre de plusieurs protocoles décrits dans le présent projet. L’anesthésie, en soi, génère un stress. Les procédures chirurgicales invasives, dont les chirurgies cérébrales et spinales, sont susceptibles d’occasionner des douleurs locales, des démangeaisons et des irritations cutanées lors de la cicatrisation. La pose d’implants sous-cutanés ou cérébraux peut également occasionner une gêne mécanique. Les expériences d’optogénétique prévues dans ce projet nécessitent une illumination transcrânienne ou intracrânienne via des diodes électroluminescentes. Cette illumination sera effectuée avec une faible puissance sans effet thermique et n’entrainera donc aucune conséquence néfaste pour l’animal. Une réduction transitoire, plus ou moins marquée de l’activité locomotrice est observée pendant 12 à 24h environ suivant la chirurgie, et pendant cette période d’isolement post-opératoire, un stress peut être lié à la diminution des interactions sociales. La cicatrisation complète des plans cutanés suturés est observée dans les 5 à 7 jours qui suivent la chirurgie. L’apprentissage progressif de la tâche comportementale de nage, en particulier lors des premières interactions avec le milieu aquatique et la découverte du nouvel environnement, peut être une source de stress temporaire pour les animaux et de fatigue musculaire transitoire. Une légère hypothermie, induisant un inconfort thermique, peut être attendue à la sortie de l’eau. Enfin, l’activation des neurones potentiellement impliqués dans la génération de l’apnée volontaire chez un animal respirant à l’air libre pourrait provoquer une brève apnée sèche, limitée à quelques cycles respiratoires (quelques secondes), tandis que leur inactivation pourrait entraîner un refus de se lancer dans la phase de nage en apnée lors de la tâche comportementale.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Tous les animaux sont mis à mort à l’issue de chaque procédure. En effet, le cerveau doit être prélevé pour localiser précisément les neurones d’intérêt et/ou circonscrire les régions cérébrales ciblées.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Ce projet a pour but d’identifier les neurones impliqués dans la commande volontaire de la respiration. Pour l’instant, les connaissances incomplètes sur le sujet ne permettent pas d’envisager d’approches autres que l’expérimentation animale pour répondre à ces questions (comme une étude in silico par exemple). En effet, il s’agit de mécanismes physiologiques fondamentaux pour lesquels il n’existe que très peu ou pas de résultats antérieurs. Cette absence de connaissances a priori sur ces mécanismes explique donc l’incapacité actuelle à modéliser le fonctionnement des réseaux respiratoires centraux. Nous espérons que les données obtenues dans cette étude permettront de proposer de nouveaux concepts sur lesquels fonder des études in silico.
2. Réduction
Le présent projet repose sur l’utilisation de techniques modernes, encore jamais employées pour identifier les neurones impliqués dans la commande volontaire de la respiration. L’aspect novateur de l’étude garantit des avancées majeures et indispensables sur la physiopathologie de ces systèmes. Les combinaisons de technique d’enregistrement des activités cardiorespiratoires et de manipulation des neurones par optogénétique permettront de fournir des résultats fonctionnels précis, et ainsi, répondre à de nombreuses questions grâce à la mise en œuvre des protocoles expérimentaux envisagés. Cela sert le double objectif d’optimisation des aspects scientifiques et éthiques. De plus, une analyse de puissance statistique sera réalisée systématiquement avant chaque expérimentation afin de déterminer le nombre d’animaux nécessaires pour répondre à la question expérimentale. Une fois les expérimentations réalisées, des tests statistiques appropriés permettront de valider ou non la question initiale posée. Les différentes stratégies expérimentales proposées ici nous permettront de réduire le nombre d’animaux utilisés pour servir les objectifs scientifiques de cette étude en utilisant les outils et les approches techniques les plus appropriés à chaque partie de l’étude. En particulier l’usage de souches transgéniques chez le rat, combiné aux approches opto- ou pharmacogénétiques, permet de cibler beaucoup plus spécifiquement les neurones d’intérêt par rapport aux autres techniques existantes, ce qui contribue à la réduction du nombre d’animaux utilisés.
3. Raffinement
Les animaux seront hébergés dans une animalerie conventionnelle où la température est contrôlée et les cages munies d’un environnement enrichi. Le nombre optimal d’animaux par cage sera respecté et les animaux auront accès à l’eau et la nourriture ad libitum. Les animaux seront anesthésiés pour toutes les procédures chirurgicales. Cette anesthésie, sous forme gazeuse, suit les protocoles standards concernant les pourcentages de gaz dans l’air lors des phases d’induction et de maintien. Une analgésie locale et systémique permettra de couvrir la douleur induite par ces interventions. La température corporelle sera maintenue par un monitorage rectal associé à un tapis chauffant. Un onguent ophtalmique permettra de protéger les yeux des animaux pendant l’intervention. Un suivi post-opératoire rigoureux d’une durée minimale de 7 jours sera effectué, une fiche individuelle de suivi sera remplie et les points limites seront respectés. Lorsque différents dispositifs seront implantés pour effectuer des mesures physiologiques chroniques (2 à 3 semaines), le suivi individuel des animaux sera réalisé pendant toute la durée des expériences en respectant les points limites. Les implants thoraciques et crâniens utilisés sont miniaturisés et dépourvus de batterie interne et sont donc plus légers que les dispositifs télémétriques classiques. Cette conception réduit la charge supportée par l’animal et limite la gêne potentielle lors des déplacements ou de la nage. Dans le cadre de la tâche comportementale, l’apprentissage débutera chez de jeunes animaux afin de limiter le stress. L’entraînement se fera progressivement, avec d’abord une simple mise en contact avec l’eau, puis une nage en surface sur des distances progressivement allongées, puis un apprentissage de l’apnée sur des distances croissantes. L’eau du bassin sera thermostatée à 32 °C (zone de thermoneutralité du rat) afin d’éviter tout inconfort thermique. Après chaque session, les animaux seront séchés et frictionnés dans une serviette douce pour limiter l’inconfort lié à l’humidité. Cette manipulation constitue également une interaction sociale positive pouvant être assimilée à une récompense. Une récompense alimentaire appétente sera proposée à chaque réussite afin de renforcer la motivation et de compenser la dépense énergétique associée à l’effort.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Le rat sera la seule espèce d’animaux utilisée. L’intérêt général de ce modèle repose essentiellement dans la proximité physiopathologique avec l’Homme (transférabilité des résultats), la reproduction rapide des animaux, et les conditions requises pour leur stabulation qui sont relativement peu contraignantes. Le rat est aussi plus robuste physiologiquement que la souris et permet de recueillir davantage de paramètres physiologiques, ce qui contribue à réduire le nombre d’animaux utilisés (car moins de perte expérimentale) dans chacun des protocoles envisagés. Des rats adultes seront utilisés comme reproducteurs. Les expériences seront exclusivement réalisées sur la descendance. Les expériences débuteront chez les animaux sevrés, c’est-à-dire à l’âge de 21 jours (P21). Ces animaux seront identifiés individuellement par implantation d’une puce (1.25 x 7mm) sous-cutanée stérile. Ce début commun à P21 des procédures garantit l’homogénéité des conditions expérimentales entre les différentes parties du projet. Selon les groupes expérimentaux, les animaux seront âgés d’un mois et demi environ pour les plus jeunes jusqu’à trois mois pour les plus âgés lors de l’étape terminale. Ce calendrier expérimental permettra d’atteindre notre objectif qui est d’identifier les neurones impliqués dans le contrôle volontaire de la respiration chez l’adulte, c’est-à-dire lorsque le développement du système nerveux central est achevé.