Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 16/06/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-745117)
590 souris vont être utilisées, toutes tuées à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré, dans deux modèles de la maladie de Charcot. Elles reçoivent des anticorps par voie intraveineuse et des prises de sang, sont suivies par des tests de motricité et de coordination, puis subissent une ponction intracardiaque sous dose létale d’anesthésique pour prélever le système nerveux. Le porteur indique que l’un des modèles perd progressivement sa masse musculaire jusqu’à des difficultés à se déplacer et que la maladie y est fatale, tout en affirmant que les souris ne montrent pas de signes de douleur. Il présente le recours à l’animal comme « indispensable » et le seul à reproduire les interactions entre système immunitaire et système nerveux.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La maladie de Charcot est une maladie neurodégénérative incurable, fatale, causée par la perte des neurones moteurs localisés dans le cerveau et la moelle épinière et qui sont responsables de la contraction des muscles volontaires. La maladie de Charcot touche environ 7000 patients en France. La maladie débute généralement entre 50 et 70 ans par une faiblesse musculaire, évoluant rapidement vers une paralysie généralisée des membres et une insuffisance respiratoire qui conduit au décès dans les 2 à 3 ans suivant l’apparition des symptômes. Malgré l’explosion des connaissances sur les processus pathologiques centrés autour du neurone moteur, d’autres faisceaux d’évidences suggèrent que la maladie met en jeu le système immunitaire. Le système immunitaire comprend de nombreux médiateurs de l’inflammation, un processus qui peut influencer les maladies neurodégénératives comme la maladie de Charcot. Les neutrophiles représentent une population de globules blancs très abondante dans le sang et la première barrière de défense de l’organisme contre les infections bactériennes. Ils ont récemment été montrés comme jouant un rôle dans la maladie d’Alzheimer. En revanche leur rôle dans la maladie de Charcot demeure inconnu. Notre objectif est de comprendre la fonction des neutrophiles dans la maladie et d’évaluer leur potentiel comme cible thérapeutique. A cette fin, nous aborderons cette problématique par une description précise des défauts de cette population de cellules immunitaires au cours du temps. Notre dernier objectif est d’évaluer une approche d’immunothérapie visant sélectivement les neutrophiles. Le but de ce projet est donc de fournir un nouvel éclairage sur la maladie en mettant en évidence la contribution d’un nouveau type cellulaire du système immunitaire et offrir de nouvelles perspectives.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Identifier de nouveaux acteurs cellulaires qui contribuent à la dégénérescence des neurones moteurs dans la maladie de Charcot permet d’avoir une vue plus complète de la maladie et proposer ainsi de nouvelles pistes thérapeutiques. Les bénéfices de cette étude présentent donc un potentiel clinique. Ce projet propose de faire progresser nos connaissances scientifiques sur cette pathologie qui est particulièrement complexe. Notre connaissance encore incomplète de la pathologie explique pour une grande part les nombreux échecs thérapeutiques rencontrés chez les patients jusqu’à présent. Notre projet propose d’explorer une population de cellules du système immunitaire. Facile d’accès en terme thérapeutique, le système immunitaire facilite ainsi le développement des thérapies. Notre projet explore une approche d’anticorps thérapeutiques qui a un fort potentiel clinique comme l’illustre l’efficacité des anticorps médicaments dans la sclérose en plaque par exemple. L’utilisation de deux modèles différents de la maladie est un point fort de cette étude en mimant l’hétérogénéité clinique de la maladie de Charcot. Le bénéfice de notre approche est clairement identifiable de par la robustesse et la reproductibilité de nos résultats et potentielles applications dans deux modèles différents. La valorisation de ce projet se traduira par des publications dans des journaux internationaux à comité de lecture et potentiellement un/des dépôts de brevet.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Le projet implique de délivrer des anticorps thérapeutiques dans la circulation sanguine des souris et de réaliser des prélèvements sanguins. Ces procédures réalisées sur animaux vigiles sont rapides (1-2 min maximum) et n’occasionnent que le stress de la contention et celle d’une piqure. Afin de suivre l’évolution des capacités motrices des souris atteintes de la maladie de Charcot, les animaux seront suivis par des tests comportementaux simples, non invasifs, ne nécessitant pas de déprivation de nourriture. Deux tests comportementaux moteurs seront ici utilisés pour définir les capacités motrices et les propriétés de coordination motrice. Chaque test prend moins de 5 min par souris. Notre étudions le rôle de certaines populations de globules blancs dans la pathologie et leur potentiel thérapeutique. Nous avons besoin de réaliser des études d’histologie du système nerveux et de cytométrie du système immunitaire. A cette fin, une préparation des tissus est nécessaire avant de procéder à la biopsie. Nous procédons donc à une perfusion ou ponction intra-cardiaques sur des animaux anesthésiés ayant reçu une dose léthale d’anesthésique/analgésique. Cette procédure prend moins de 5 min par animal. Des souris pourront se trouver hébergées individuellement, dans un environnement enrichie amplifié pour une durée de 21 jours.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
La maladie de Charcot est une maladie paralysante incurable dont l’issue est inexorablement fatale. Les modèles souris que nous utilisons ont été très bien caractérisés dans de nombreuses publications, ce qui nous assure une optimisation de la règle des 3Rs. Le trait commun de la pathologie chez ces deux lignées de souris est la diminution des capacités motrices. Ces modèles présentent une atteinte motrice variable, un début et une progression de la maladie différents. Les modèles de la maladie de Charcot ont été particulièrement bien décrits quant au tableau et à la chronologie clinique de la pathologie. Un des modèles présentent une réduction progressive de la masse musculaire commençant par les membres inférieurs. Cette amyotrophie se traduit par une perte de poids et des difficultés déambulatoires. Le deuxième modèle perd très lentement ses capacités à effectuer une tache motrice et présente une posture anormale (dandinement) qui est stable pour suivre un déclin normal lié à l’âge et à la prise poids. Ce modèle présente une atteinte motrice plus légère qui n’est pas associée à une espérance de vie plus courte. Les souris, comme c’est le cas chez les patients, ne présentent pas de signes de douleurs. Notre objectif est d’améliorer les symptômes moteurs par des anticorps thérapeutiques. L’administration d’anticorps thérapeutiques dans la circulation est une approche peu invasive, maitrisée et standardisée. Les animaux qui rentrent dans l’évaluation thérapeutique sont impliqués dans du comportement moteur consistant à évaluer de façon non-invasive, non-douloureuse, très peu contraignante et de courte durée la capacité à effectuer une activité motrice simple.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Les animaux seront euthanasiés pour répondre à deux nécessités du projet : 1) prélever des tissus afin d’étudier les liens entre système immunitaire et système nerveux central et déterminer les paramètres histologiques en liens avec des caractéristiques cliniques et un effet thérapeutique. L’autre nécessité est liée à la pathologie elle-même, qui est fatale chez l’homme et également dans un des modèles murins utilisé ici, et rentre dans le cadre de l’étude de l’approche thérapeutique sur l’espérance de vie des souris qui auront reçu ou non le traitement.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
La maladie de Charcot est une maladie fatale et incurable qui se caractérise par une perte des neurones qui contrôlent l’activité des muscles squelettiques. L’utilisation de souris mimant la pathologie humaine est le seul système intégrant la complexité des interactions entre le système immunitaire et le système nerveux. Une telle interaction qui se met en place durant des mois et qui implique d’autres cellules autres que le neurone moteur, ne peut pas être mimée in vitro. Seul les modèles expérimentaux mammifères présentent la complexité des interactions entre les cellules du système immunitaire et les cellules du système nerveux, et les barrières physiologiques comme les méninges. Cependant, afin d’explorer les mécanismes impliqués dans l’interactions neutrophiles et neurones moteurs, nous développons des systèmes de cultures in vitro entre neutrophiles et neurones moteurs. Notre objectif étant également de développer une thérapie utilisant des anticorps ciblant cette population de globules blancs, l’utilisation des modèles animaux de la maladie de Charcot est également indispensable. La validation d’une approche thérapeutique qui intervient dans la complexité de cette communication entre système immunitaire et système nerveux requiert un modèle physiologique complet que seul l’animal offre. Le modèle vivant demeure donc une étape requise pour tout transfert thérapeutique potentiel vers la clinique.
2. Réduction
Nous avons donc déterminé pour une durée du projet de 4 années, un nombre total de 590 souris. Le nombre de souris est déterminé en suivant scrupuleusement les recommandations internationales et les études qui définissent les tailles optimales des cohortes de souris modèles de la maladie. Nous suivons donc un traitement statistique qui permet de réduire le nombre d’animaux et limiter les faux-positifs. Nous nous référons aux études réalisées sur les effets de taille de groupe sur la puissance et la fiabilité des tests statistiques. Pour un premier modèle de la SLA chaque cohorte est composée de 24 souris pour le comportement et 8 souris pour les études histopathologiques, de séquençage et de cytométrie. Pour le second modèle, chaque cohorte est composée de 14 souris pour le comportement et 8 souris pour les études histopathologique, de séquençage et de cytométrie. Afin de minimiser le nombre d’animaux, ceux qui ont servi à la reproduction sont inclus dans les cohortes expérimentales. Nous utilisons également des cohortes mixtes male et femelle, réduisant ainsi le nombre d’animaux euthanasiés au sevrage. Notre projet inclut également une étude in vitro qui permet donc de réduire le nombre d’animaux utilisés.
3. Raffinement
Une connaissance extensive de ces deux modèles de la maladie de Charcot permet de connaître et donc anticiper les différentes étapes de la maladie et donc d’optimiser l’expérimentation. Une surveillance régulière est mise en place et assurée par les expérimentateurs et nous travaillons étroitement avec la structure du bien-être animal. Les conditions d’élevage qui incluent des copeaux dans les litières, igloo, lanières de papier craft et du coton vierge pour faire un nid végétal contribue à améliorer le bien-être des animaux en créant un microenvironnement propice au repos. Les points limites sont définis par le suivi régulier du poids des souris et leur capacité à effectuer une tache motrice reflexe simple. Pour chaque modèle animal de la maladie de Charcot un arbre décisionnel spécifique est défini et suivi par les expérimentateurs associés au projet. De plus une surveillance visuelle quotidienne est effectuée par les zootechniciens. L’administration d’anticorps thérapeutiques est réalisée avec un anesthésique appliqué localement et les animaux sont suivis régulièrement après chaque injection. Toute anomalie indépendante de la pathologie comme des signes d’angoisse, de détresse, de douleur ou d’infection est signalée afin d’apporter une réponse rapide et adaptée. Une grille d’évaluation définie par la structure du bien-être animal nous permet de suivre les animaux ainsi identifiés et de prendre rapidement des mesures adaptées.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Les lignées transgéniques modèles de la maladie de Charcot récapitulent l’hétérogénéité clinique de la pathologie et renforce la validité et valorisation des résultats: début précoce/tardif, progression lente/rapide, traits cliniques, électrophysiologiques et histopathologiques spécifiques de la maladie. L’exploration des propriétés phénotypiques et génétiques des neutrophiles au cours de la maladie ainsi que le protocole d’immunothérapie que nous proposons requiert une expérimentation sur les modèles murins de la pathologie. Notre étude a en effet pour objectif d’amener au plus proche de la clinique une stratégie d’immunothérapie. La complexité des interactions entre le système immunitaire et le système nerveux requiert un modèle à la physiologie complexe qui se rapproche de celui de l’homme. Les modèles de la maladie de Charcot qui sont utilisés récapitulent les principales étapes de la maladie. Nous utiliserons 2 modèles différents qui permettent de représenter l’hétérogénéité clinique et génétique de la maladie. Afin de suivre la maladie nous utiliserons les lignées à trois stades significatifs. L’âge de chaque stade étant différent en fonction du modèle. Nous utiliserons les souris 1) au stade précédent les premiers signes moteurs, c’est le stade asymptomatique. 2) Le stade de début de la maladie ou les premiers signes moteurs sont quantifiables. 3) Un stade ou la maladie est installée, qui est le stade symptomatique. L’espérance de vie des souris est également étudiée dans une procédure thérapeutique.