Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 07/04/2025
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-999754)
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Les pertes de susbtance osseuse, d’origine traumatique, tumorale ou dégénérative, constituent actuellement un problème majeur de santé publique. Les solutions thérapeutiques actuelles présentent toutes des limites et des risques (manque de disponibilité, infections, douleurs au niveau du site de prélèvement, rejet immunitaire). C’est dans ce contexte que se sont développées les stratégies d’ingénierie tissulaire osseuse. De précédentes études ont démontré l’intérêt des technologies de bioimpression pour produire des substituts osseux avec des propriétés optimisées, mimant fidèlement le tissu osseux natif et avec une prévascularisation permettant de limiter le risque de nécrose du greffon. De récents travaux ont pu démontrer la faisabilité d’imprimer des biomatériaux et cellules à l’aide de la Bioimpression Assistée par Laser (LAB) directement au niveau de défauts osseux crâniens chez la souris, pour favoriser une meilleure vascularisation et régénération osseuse. Malgré des résultats prometteurs, les conditions expérimentales n’ont pas permis une régénération osseuse complète. Par ailleurs, l’un des principaux obstacles rencontrés dans un précédent projet concernait l’imagerie et le suivi en temps réel des motifs imprimés in vivo. L’objectif principal de ce nouveau projet est d’optimiser les précédents résultats obtenus en développant une nouvelle bioencre, basée sur l’utilisation d’hydrogels naturels et synthétiques associés à différentes particules minérales, ainsi que des cellules souches ou dérivés cellulaires, afin d’améliorer la régénération osseuse par Bioimpression Assistée par Laser in vivo. Le second objectif du projet est de développer une nouvelle stratégie d’imagerie par IRM pour suivre l’organisation des motifs cellulaires, la vascularisation et la maturation tissulaire avec une haute résolution. Afin de répondre à ces deux objectifs, le projet se déroulera dans deux établissements utilisateurs.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet permettra de mettre en évidence l’effet de la bioimpression in vivo combinée à de nouvelles formulations de bioencre, impliquant des nouveaux biomatériaux associés à différentes particules minérales et cellules/dérivés cellulaires. Ces résultats nous permettront d’envisager un/des dépôts de brevet dans le cadre de ces nouvelles applications. Ce projet visera également à évaluer, au niveau biologique, si des dérivés cellulaires pourraient remplacer les cellules elles-mêmes au sein d’une bioencre et si leur ajout est pertinent dans le contexte de régénération osseuse (permettant ainsi à terme de s’affranchir de l’utilisation des cellules souches). D’un point de vue technologique, ce projet constitue une étape-clé dans l’optimisation de notre station de bioimpression in situ, par l’intégration en son sein du dispositif anesthésique, les optimisations technologiques du dispositif au service d’une bioimpression plus précise et l’utilisation d’une nouvelle interface plus intuitive. Enfin, ce projet permettra de valider l’utilisation d’une nouvelle stratégie d’imagerie non-invasive haute résolution, basée sur l’IRM, pour assurer le suivi en temps des cellules bioimprimées in vivo.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Au sein du premier établissement utilisateur, les animaux seront soumis à une chirurgie (durée de 5 minutes environ) et une procédure de bioimpression in situ (15 secondes pour l’impression en elle-même ; 5 minutes au total en comptant l’installation de la souris et le paramétrage de l’impression), sous anesthésie. Les animaux seront également soumis à l’administration d’un anti-douleur à 3 reprises (par injection intra-péritonéale) à différents temps (durée 30 secondes pour chaque injection) dans le cadre de la procédure analgésique. Au sein du second établissement utilisateur, l’acquisition de chaque séquence IRM sera de 30 minutes, sous anesthésie, et réalisée à 7 reprises (J1, J4, J7, J14, J21, J28, J35).
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Les animaux pourront subir du stress lors de l’anesthésie (phase d’induction dans la boîte, entre 2 et 5 minutes) avant la chirurgie. Des douleurs pourront être ressenties lors des injections (anti-douleur), ainsi qu’après la chirurgie (procédure de classe modérée), sur les 3 jours post-opératoires. Le protocole de bioimpression et d’imagerie in vivo (IRM) n’engendreront aucune douleur (classe légère).
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Les animaux seront mis à mort 2 mois après l’intervention chirurgicale, afin de pouvoir évaluer la vascularisation et la régénération osseuse d’un point de vue quantitatif et qualitatif (microCT, histologie).
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Ces expérimentations doivent se faire dans un modèle animal, car un environnement multifactoriel ne peut pas être reproduit in vitro. Seules ces conditions in vivo chez l’animal permettent l’étude de processus dynamiques complexes tels que la vascularisation et la cicatrisation osseuse, étroitement liées, dans un milieu proche des conditions physiologiques. Néanmoins, des expérimentations in vitro préalables seront réalisées (actuellement en cours) afin de déterminer les formulations optimales pour chaque biomatériau à évaluer in vivo et ainsi réduire considérablement le nombre de conditions expérimentales et donc d’animaux. Cinq conditions expérimentales in vivo sont ainsi finalement prévues pour chacun des deux biomatériaux (soit 2 x (5 x n=10) = 100 animaux) et 3 conditions expérimentales pour le suivi par IRM (soit 3 x n=10 = 30 animaux).
2. Réduction
Afin de réduire le nombre d’animaux, deux défauts osseux seront créés sur chaque animal, de chaque côté de la suture crânienne. Il y aura 10 animaux par groupes, ce qui est le nombre minimal d’animaux que l’ont peut utiliser pour avoir ensuite des analyses statistiques qui soient pertinentes, compte tenu du degré de variabilité inter-individuelle.
3. Raffinement
Les animaux seront hébergés en groupe (5 par cage), dans des cages avec de l’enrichissement naturel afin de leur offrir le meilleur environnement possible pendant l’étude (nid de coton, litière en copeaux de peupliers et jouets). Les expérimentateurs sont tous titulaires d’une formation Concepteur ou Applicateur, et satisfont aux obligations de formation continue en expérimentation animale. Le stress sera réduit en manipulant régulièrement les animaux avant l’anesthésie pour qu’ils s’habituent aux expérimentateurs. Du gel lacrymal sera employé afin de limiter la sécheresse oculaire. Les interventions seront réalisées sous anesthésie. Le réveil s’effectuera sur couverture chauffante. La douleur sera réduite au maximum grâce à l’utilisation d’analgésique avant et après l’opération si besoin, après concertation avec le responsable du suivi du bien-être des animaux et en présence du vétérinaire référent. Les souris seront hébergées en cages individuelles pendant une durée inférieure à 24h après l’opération pour préserver les sutures et permettre un meilleur rétablissement, puis regroupées par 5 en respectant la composition du groupe pré-opératoire. L’estimation de la souffrance sera réalisée dans les 5 premiers jours par l’expérimentateur, en même temps que par le personnel de l’animalerie. Cette estimation est ensuite réalisée quotidiennement par le personnel de l’animalerie. Les animaux seront surveillés concernant leurs activités et leurs comportements. Des points limites stricts et spécifiques du projet seront appliqués.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Les souris utilisées dans ce projet présentent une immuno-déficience marquée, les rendant compétentes pour l’implantation de matériaux contenant des cellules humaines. Elles seront hébergées à l’animalerie pour une durée maximale de 4 semaines avant l’opération et 10 semaines après l’opération. Elles seront protégées des pathogènes et des opportunistes car hébergées en portoirs ventilés. Le défaut osseux de taille critique de calvaria chez ces souris est un modèle qui est largement validé dans la littérature scientifique. Il s’agit d’un modèle de choix en ingénierie tissulaire osseuse pour étudier l’influence des cellules et biomatériaux sur la régénération osseuse. Ce modèle animal est également le seul ayant une taille adaptée à la procédure de bioimpression assistée par laser in vivo à l’heure actuelle, permettant son insertion dans la station de travail. De plus, le site d’implantation au niveau de la surface du crâne permet d’avoir une surface facilement accessible et relativement plane, permettant la focalisation du laser sur le centre du défaut osseux. Les souris seront utilisées à l’âge de 8 à 12 semaines, donc dans un stade adulte pour éviter des faux résultats liés à la croissance de l’animal.