Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 14/04/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-489633)
22 rats vont être utilisés, tous tués à l’issue, six en gravité légère et seize en gravité modérée. Chaque animal est anesthésié jusqu’à quatre fois pour recevoir un cathéter dans la veine de la queue, une injection puis une stimulation par ultrasons de trente minutes et une imagerie cérébrale, avant d’être tué pour prélever le cerveau. Le porteur indique un stress lié au jeûne et aux anesthésies répétées. Il décrit une première phase menée sur neurones en culture mais affirme « indispensable » le recours à l’animal pour cartographier l’activation cérébrale, en vue d’applications cliniques contre Parkinson, la dépression et Huntington.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Les ultrasons à basse énergie focalisés offrent la possibilité de stimuler de manière non invasive des régions spécifiques du cerveau avec une grande sélectivité spatiale en focalisant le faisceau ultrasonore sur un volume de l’ordre du millimètre cube, offrant ainsi des avantages techniques par rapport aux autres technologies concurrentes. Malgré le grand nombre d’études soulignant les effets des ultrasons dans la stimulation ou la modulation de l’activité neuronale, peu d’études ont exploré et caractérisé les mécanismes de génération et transmission des réponses créées par ce traitement. L’objectif de ce projet est d’étudier la capacité d’un traitement à ultrasons non-invasif pour activer sélectivement des régions du cerveau animal ciblées, tout en libérant de la dopamine par imagerie TEP (Tomographie par Emission de Positon). Une première procédure permettra de mesurer les effets des ultrasons sur l’activité métabolique cérébrale globale, puis, une seconde procédure mesurera ces effets sur la neurotransmission.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
L’objectif principal de cette proposition est de développer et de décrire un mécanisme unificateur, mesurable depuis les neurones individuels jusqu’aux cerveaux entiers des modèles animaux, par lequel les ultrasons peuvent affecter temporairement ou définitivement la fonction neuronale. Les connaissances obtenues tout au long du projet proposé auront un impact important sur le développement de la technologie de la neuromodulation par ultrasons en clinique pour le traitement de divers troubles neurologiques caractérisés par des déséquilibres dans la sécrétion de neurotransmetteurs (la maladie de Parkinson, les troubles dépressifs et la maladie de Huntington).
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Les animaux seront anesthésiés jusqu’à quatre fois. Pendant ces anesthésies, un cathéter sera placé dans la queue, un produit sera injecté par ce cathéter et un traitement par ultrasons sera appliqué pendant 30 minutes. Enfin de l’imagerie sera effectuée pendant 30 à 70 minutes.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Les animaux seront anesthésiés jusqu’à quatre fois. Pendant ces anesthésies, un cathéter sera placé dans la veine caudale, un produit sera injecté par ce cathéter et un traitement par ultrasons sera appliqué pendant 30 minutes. Enfin de l’imagerie sera effectuée pendant 30 à 70 minutes. Les animaux subiront un stress lors de la mise à jeun et l’anesthésie (nécessaires à la réalisation de l’imagerie).
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
La mise à mort des animaux sera nécessaire pour permettre le prélèvement post mortem du cerveau et la réalisation d’analyses complémentaires.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Une première partie de ce projet a été réalisée sur des neurones en culture in vitro pour permettre de définir les paramètres de stimulation permettant une modulation des neurotransmetteurs sans induire d’effets néfastes. En outre, l’utilisation de ces paramètres de stimulation sera confirmée par des expériences incluses dans d’autres protocoles d’expérimentation animale déjà réalisés. Le recours à l’animal reste cependant indispensable à cette étape, elle nous permettra de cartographier et décrire la distribution spatiale de l’activation neuronale par une stimulation focalisée par ultrasons à basse énergie.
2. Réduction
L’utilisation de méthodes d’imagerie permet un suivi longitudinal des animaux ce qui entraine une réduction notable des effectifs nécessaires à l’obtention de résultats significatifs, ceci augmenté par le fait que chaque animal inclus est son propre contrôle (diminution de la variabilité inter individuelle). Dans une étude publiée précédemment, une augmentation statistiquement significative de l’activité cérébrale produite par la stimulation par ultrasons, mesurée par une technique similaire à celle proposée dans notre projet, a été obtenue avec n=7. Cependant cette étude a été réalisée uniquement sur des mâles. Compte tenu des statistiques publiées et d’un calcul de puissance, nous estimons que n = 8 (4 femelles et 4 mâles) nous fournira les données nécessaires pour tirer les conclusions recherchées. Nous prévoyons cependant un lot supplémentaire dans le cas où le sexe impliquerait des différences nous empêchant de moyenner les résultats obtenus chez les mâles et les femelles. La seconde partie du projet portant sur la neurotransmission (contrairement à la première qui étudie le métabolisme), nous attendons une mesure plus sensible et donc anticipons un effectif moindre permettant d’obtenir une différence significative (n=6). Cette étude préliminaire pourra être complétée par un projet ultérieur en cas de résultat prometteur.
3. Raffinement
La mise à jeun sera précisément de 4h pour tous les individus, sans stress supplémentaire lié à un isolement (mise à jeun séquentiellement et dans une cage commune). Les stimulations LEUS et les imageries seront réalisées sous anesthésie gazeuse à l’isoflurane avec un monitorage continu du rythme respiratoire. Cette méthode d’anesthésie permet de régler finement, et en temps réel, la quantité nécessaire à la sédation de l’animal et limite les risques de surdose. Tout au long du protocole, les animaux seront suivis quotidiennement avec une grille de score permettant de détecter précocement tout signe de mal-être.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Nous utiliserons des rats dans ce projet. Ce modèle a été choisi parce que le niveau d’anesthésie, paramètre clé pour une activation cérébrale réussie par ultrasons à basse énergie focalisés, est relativement facile à contrôler chez ces animaux. Le modèle de rat est également très sûr pour garantir des résultats préliminaires réussis car : 1) c’est un modèle qui a été utilisé par plusieurs équipes pour mettre en évidence la neurostimulation et la neuromodulation par ultrasons à basse énergie focalisés ; 2) nous disposons de résultats préliminaires in vivo de stimulation ultrasons à basse énergie focalisés réussie dans notre laboratoire 3) le cerveau du rat possède les grands principes d’organisation anatomique conservés chez l’homme et a une taille qui permet d’étudier de nombreuses aires cérébrales retrouvées également chez l’homme et de les cibler précisément par la focalisation du traitement par ultrasons. Pour toutes les expériences, des rats âgés de 10 semaines seront utilisés afin de maintenir la cohérence de l’âge entre les expériences de ce projet et les expériences précédemment réalisées au laboratoire.