Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 2024-02-21 00:00:00
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-908431)
Implantées de cellules tumorales dans le cerveau par chirurgie, puis soumises à des instillations nasales répétées sous contention ou à la pose d’un cathéter dans la carotide, 392 souris seront toutes tuées, dans des procédures d’un niveau de souffrance modéré pour 337 d’entre elles et sévère pour 55. Le porteur indique que la croissance de la tumeur peut provoquer une perte de poids, une prostration et des difficultés neurologiques au-delà de 3 à 4 mm de diamètre, et qu’une infection peut apparaître au point d’insertion du cathéter. L’hyperthermie magnétique porte la température locale à 44 °C pendant trente minutes, ce qu’il décrit comme sans « désagrément pérenne » pour l’animal. Sur le remplacement, il affirme que les essais in vitro ne prédisent pas le comportement des nanoparticules et conclut que le modèle animal ne peut être substitué à cette étape.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Une des limites actuelles aux stratégies de traitement de certaines tumeurs (notamment cérébrales) est liée au fait que les molécules thérapeutiques utilisées, bien qu’efficaces, ne sont pas délivrées spécifiquement dans le tissu tumoral. Une des voies explorées pour résoudre ce problème est le recours aux nanoparticules (NPs). Non seulement, les NPs peuvent être modifiées pour atteindre de façon spécifique une tumeur (particules dites fonctionnalisées) mais elles combinent potentiellement deux autres avantages : elles pourraient servir directement à une thérapie par chauffage local d’une tumeur (thermothérapie magnétique) et à un suivi par imagerie d’une tumeur. Nous souhaitons cibler des tumeurs cérébrales à l’aide de particules qui contiennent une molécule reconnaissant spécifiquement les cellules tumorales et qui contiennent un cœur de fer et nous souhaitons améliorer leur accumulation dans les tumeurs en limitant leur captation par les cellules macrophages du foie, phénomène décrit comme apparaissant rapidement après l’injection (moins de 10 min) par voie intraveineuse des NPs dans des études précédentes. Les animaux pourront recevoir si nécessaire des ultrasons localisés sur la zone tumorale pour ouvrir localement la barrière hémato-encéphalique, pour optimiser encore l’incorporation dans la tumeur. Nous souhaitons tester différentes méthodes décrites dans la littérature comme limitant la captation de produits actifs par les cellules du foie, dans le cadre de traitement de tumeurs cérébrales. Ces méthodes n’ont pas été décrites pour le type de NPs que nous utilisons. 1) Méthode par administration intra nasale : instillations nasales de faible volume. 2) Méthode par administration sublinguale : les NPs sont concentrées dans un gel appliqué entre la joue et la gencive. 3) Méthode par injections intra carotidiennes répétées en mettant en place un cathéter permanent dans la carotide. 4) Un traitement préalable à l’injection des NPs avec des liposomes qui encapsulent une molécule particulière (clodronate) et qui sont connus pour supprimer transitoirement les cellules macrophages du foie. Si une des méthodes permet d’optimiser de façon satisfaisante l’incorporation des particules dans les tumeurs, un traitement par hyperthermie magnétique sera réalisé.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Les bénéfices attendus sont l’optimisation des procédures de traitements des tumeurs cérébrales par des nanoparticules pour une meilleure incorporation dans les tumeurs et donc un effet thérapeutique potentiellement supérieur.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Les animaux seront traités avec les nanoparticules par un mode d’administration différent selon le groupe auxquels ils appartiennent. La durée de chaque traitement et le nombre d’administrations dépendent de la voie administration allant de quelques secondes à plusieurs fois quelques secondes toutes les 5 minutes pendant 45 min à 30 min. Une partie des animaux seront implantés avec des cellules tumorales par injection intracrânienne, la procédure dure 20 minutes/animal. Le devenir des particules sera suivi par Imagerie IRM (1 heure d’acquisition) après administration des particules, ainsi que 24h après la dernière administration. La croissance tumorale sera également suivie par Imagerie IRM. Pour chaque groupe d’animaux correspondant à un mode d’administration, une partie des animaux recevra un traitement visant à diminuer les macrophages du foie, traitement administré une fois par intraveineuse (d’une durée de quelques secondes) et dont l’effet perdure 5 jour. Les animaux pourront recevoir des ultrasons localisés sur la zone tumorale pour ouvrir localement la barrière hémato-encéphalique, cette procédure dure quelques minutes. Une partie des animaux sera traitée par hyperthermie en faisant chauffer la température localement dans la tumeur par hyperthermie magnétique (c’est le cœur de fer des nanoparticules qui chauffe).
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Les animaux ne seront pas tous confrontés aux mêmes effets indésirables, les effets indésirables prévus dépendent du mode d’administration, de l’induction ou non du modèle tumoral, l’utilisation de méthodes complémentaires (Ultra sons focalisés (FUS), suppression macrophage, hyperthermie…) et des examens qu’ils vont avoir. Les effets indésirables sont classés ci-dessous par type de méthode/examen : L’administration par instillation nasale nécessite soit une anesthésie, soit une contention ferme transitoire, réitérée toutes les 5 min environ sur une durée de 45 minutes. Cette contention peut générer du stress. En fonction de la prise en main du geste, l’une ou l’autre solution sera appliquée. Il est possible qu’un mauvais passage entraine des difficultés respiratoires. La thérapie par hyperthermie magnétique nécessite un examen IRM sous anesthésie, cette technologie entraine une augmentation de la température de l’animal, localisée et transitoire (44°C), durant la stimulation (30 minutes maximum), mais n’entraine pas de désagrément pérenne pour l’animal. Le shunt du premier passage au foie, qui permet aux particules de ne pas passer par le foie en première circulation après injection, réalisé par injections répétées nécessite la mise en place d’un cathéter carotidien, chirurgicalement. Une inflammation et une douleur transitoire sont prévisibles. Une manipulation minimale tous les 5 jours est nécessaire pour éviter que le cathéter ne se bouche. Une infection peut apparaitre au niveau de la zone d’insertion du cathéter. L’induction du modèle tumoral cérébral nécessite une chirurgie, entrainant une légère inflammation et une douleur transitoire. La croissance tumorale peut entrainer une perte de poids, une apathie ou une prostration et des difficultés neurologiques lorsque la tumeur atteint une taille supérieure à 3-4 mm de diamètre (mesurée par imagerie).
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Les animaux seront euthanasiés pour recueillir les organes afin de réaliser des études histologiques sur les tissus. L’imagerie IRM permet la quantification in vivo du fer accumulé dans les tumeurs mais il est nécessaire de vérifier les résultats IRM à l’aide d’une analyse histologique. Les images IRM n’ont pas la résolution nécessaire pour identifier les cellules ayant incorporées les nanoparticules, seule l’analyse post-mortem permet d’observer finement la répartition des particules par type cellulaire.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
L’objectif de ce projet est de valider in vivo l’efficacité diagnostique et/ou thérapeutique de NPs après une accumulation optimisée dans une tumeur et activées par une stimulation externe. Des expériences in vitro ont permis de caractériser l’interaction de NPs isolées avec différents types cellulaires, mais elles ne sont pas prédictives des propriétés in vivo d’affinité, de spécificité et d’effet thérapeutique des NPs pour les cellules cancéreuses ciblées. Avant d’envisager un transfert à l’homme, il est nécessaire d’étudier dans un organisme vivant les relations entre le devenir des NPs (pharmacocinétique), notamment après une accumulation et la modulation de la pathologie (pharmacodynamique), d’évaluer les propriétés thérapeutiques de ces NPs. Par conséquent, à cette étape du projet, le modèle animal ne peut être substitué par un autre modèle d’étude in vitro ou in silico.
2. Réduction
Les études réalisées au laboratoire ont déjà permis de définir des conditions d’implantations des tumeurs, l’apprentissage des actes chirurgicaux se fera en amont, réduisant le nombre d’animaux nécessaire, notamment pour les animaux implantés avec un cathéter carotidien et une tumeur cérébrale. Le suivi longitudinal in vivo avec des dispositifs d’imagerie non invasifs (IRM) permet d’utiliser le même animal à différents temps, et ainsi d’acquérir une grande quantité d’information sur la croissance tumorale et la réponse à un traitement tout en limitant le nombre d’animaux. Le protocole est construit avec différentes étapes (comparaisons des voies d’administrations, ajout d’autres méthodes et pour finir test des paramètres d’hyperthermie avec la méthode la plus intéressante. Si une des voies d’administration testée en première instance ne permet pas de réduire la captation par le foie des particules par rapport à la voie de référence, elle ne sera plus évaluée lors des étapes suivantes, réduisant d’autant le nombre d’animaux. Le nombre de paramètres de traitements pourra être réduit si les premières expérimentations montrent une amélioration significative de la captation tumorale. La quantification du contenu en fer des tumeurs et du foie sera évaluée par IRM puis la présence des particules sera évaluée en post mortem par histologie (semi-quantitatif). Une analyse statistique tenant compte des différents paramètres étudiés (nombre de facteurs, données répétées), a été utilisée pour définir le nombre d’animaux nécessaires à l’atteinte de chaque objectif.
3. Raffinement
L’imagerie IRM, l’administration par voie sublinguale et /ou intranasale et les intraveineuses seront réalisées sous anesthésie. Les animaux utilisés pour l’implantation de cathéters et/ou de cellules tumorales recevront une antalgie préopératoire 30 minutes avant le début de la chirurgie, puis seront anesthésiés. Durant la chirurgie, les animaux seront placés sur un tapis chauffant pour éviter toute hypothermie, puis pendant la phase de réveil, seront maintenus dans une couveuse thermostatée pour favoriser la récupération. Des soins post opératoires seront réalisés, ainsi qu’un suivi tout au long de la durée de vie de l’animal pour évaluer l’état sanitaire ( mise en place de pointd limites).
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Les modèles rongeurs représentent les modèles les plus utilisés en oncologie, notamment parce que les études comparatives sont facilitées par l’existence de nombreuses souches qui fournissent des animaux génétiquement similaires. II existe des modèles immunodéficients (Nude) permettant d’étudier des tumeurs issues de lignées cellulaires humaines sans risque élevé de rejet de la greffe tumorale. Nous utiliserons uniquement des mâles adultes pour corréler avec les études déjà réalisées avec les nanoparticules utilisées.