Recherche fondamentale

112 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures d'un niveau de souffrance léger à modéré. Elles reçoivent sous anesthésie une instillation de virus modifié dans le nez, puis huit injections en un mois d'un composé qui déclenche la mort des cellules vieillissantes de leurs poumons. Le projet sert d'abord à vérifier qu'une nouvelle lignée de souris génétiquement modifiées fonctionne, avant de l'employer dans de futurs travaux. Le porteur indique avoir testé ce modèle en culture cellulaire, et affirme que la validation dans un "organisme complexe, proche de l'Homme" reste nécessaire.

Objectifs

En vieillissant, les cellules de nos tissus accumulent de multiples défauts conduisant à un déclin progressif de la fonction tissulaire. Le vieillissement augmente donc les risques de nombreuses maladies, dont le cancer. En 2013, la sénescence cellulaire a été décrite comme l'une des principales caractéristiques du vieillissement. Ce processus est provoqué par un stress ou des dommages intracellulaires et/ou extracellulaires excessifs, et entraîne un arrêt de la division cellulaire à long terme. La sénescence cellulaire a été décrite comme un mécanisme suppresseur de tumeur limitant la capacité des cellules endommagées à proliférer. Cependant, la sénescence cellulaire peut également avoir divers effets favorisant le développement tumoral, en fonction du contexte cellulaire et de la composition de son phénotype sécrétoire pro-inflammatoire. Enfin, l’élimination de cellules sénescentes chez des souris a permis de retarder l’apparition de caractéristiques liés à l’âge et le dysfonctionnement tissulaire, ainsi que d’augmenter la longévité. Pour pouvoir étudier le rôle de la sénescence cellulaire dans divers contextes pathologiques, nous allons mettre au point un nouveau modèle murin afin de (1) pouvoir tracer et quantifier la sénescence des cellules à quatre âges différents et de (2) permettre l’élimination spécifique de ces cellules sénescentes. Nous serons alors à même de mieux comprendre leur implication dans divers contextes pathologiques.

Bénéfices attendus

La mise en place et la validation de ce nouveau modèle murin nous permettra d’étudier par la suite le rôle des cellules sénescentes dans divers contextes pathologiques. Ainsi, cela permettra potentiellement le développement de diverses stratégies thérapeutiques où la sénescence cellulaire joue un rôle prépondérant.

Procédures

Au cours de ce protocole, les animaux seront soumis à l'instillation intranasale de virus ainsi qu'à de multiples injections. Les cellules sénescentes n'étant pas forcément très nombreuses, nous souhaitons tester notre nouveau modèle murin par activation des systèmes de traçage et d'élimination de toutes cellules sénescentes au niveau pulmonaire. Pour se faire, nous aurons recours à l'instillation intranasale de virus modifié permettant l'activation de ces systèmes dans n'importe quel type de cellules présentes au niveau des poumons. Les animaux seront anesthésiés au préalable et recevront une seule instillation. Puis, nous injecterons un composé synthétique venant induire spécifiquement la mort des cellules sénescentes. Les animaux recevront deux injections du composé synthétique par semaine pendant un mois, soit un total de huit injections.

Impact sur les animaux

Au cours de ce protocole, les animaux pourront ressentir une douleur légère et du stress lors des multiples injections.

Devenir

A l'issue de chaque procédure, les animaux seront mis à mort afin d'être analysés et de déterminer si notre nouveau modèle murin est fonctionnel et peut être utilisé pour de futurs projets de recherche scientifique pour lesquels nous souhaitons étudier le rôle de la sénescence dans divers contextes pathologiques.

Remplacement

Notre nouveau modèle murin étant un modèle génétiquement modifié, nous avons testé sa validité dans un premier temps par culture et traitement de cellules dérivées de divers organes de ces souris. Néanmoins, il est nécessaire de valider nos résultats dans un organisme complexe, proche de l’Homme, où de nombreux facteurs externes difficiles à reproduire en culture cellulaire entrent en jeu.

Réduction

Ce protocole contient deux procédures qui ont pour but de mettre au point notre modèle d’étude. Nous utiliserons tous les contrôles nécessaires tout en prenant le nombre minimum de souris par groupe, incluant à la fois des mâles et des femelles. Les animaux d’une même portée ne comportant pas la modification génétique seront utilisés comme contrôles pour les procédures expérimentales. Puisque nous cherchons à valider le modèle murin, nous nous basons sur des données de la littérature quant à la mise au point de l'instillation intranasale de virus ainsi que des injections du composé synthétique induisant la mort cellulaire. De plus, les procédures de validation se feront en deux temps: si nous ne visualisons pas les cellules sénescentes pulmonaires après instillation de virus, nous ne procèderons pas à l'élimination des cellules.

Raffinement

Dès leur arrivée dans l’animalerie, les animaux bénéficieront d’une période d’acclimatation de 7 jours avant toutes manipulations. Une période d’habituation aux expérimentateurs et à la manipulation sera par la suite mise en place. Les souris seront pesées et observées au moins une fois par semaine dès la mise en place du protocole expérimental. Cette pesée entre dans le cadre du suivi de l’état général des souris. Les animaux seront observés lors du change par le personnel animalier. Une liste de scoring sera mise en place afin de déterminer l’éventuel degré de souffrance/l’atteinte d’un point limite. Les animaux seront hébergés en groupe dans chaque cage. Ces dernières comporteront des enrichissements comme du coton de nidation, des batônnets de bois et des maisons.

Choix des espèces

Une fois mis en place, notre laboratoire prévoit d'utiliser ce modèle murin pour des recherches comportant des analyses d’expression de gènes. Ainsi, la souris apparaît comme un modèle pertinent pour effectuer des études vivo du fait de sa forte homologie avec le génome humain. Les divers contextes pathologiques que nous étudierons par la suite n’étant pas toujours évident à mettre en place de façon représentative in vitro, le modèle murin apparaît alors approprié en termes de complexité et de pertinence par rapports aux questions scientifiques de notre équipe. Par ailleurs, nous travaillerons avec des animaux adultes, de différents âges, puisque la sénescence des cellules est plus fréquente au cours du vieillissement physiologique.

6 516 souris vont être utilisées, chacune portant une tumeur induite par un carcinogène, greffée sous la peau ou appliquée sur une peau abrasée, dans des procédures d'un niveau de souffrance léger à modéré. Un quatrième groupe est irradié pour détruire son système immunitaire avant de recevoir une greffe de moelle osseuse, avec des diarrhées, de la prostration et une altération de l'état général possibles pendant trois semaines. Toutes sont tuées pour analyses post-mortem. Le porteur revendique de suivre vingt peptides chez la même souris pour réduire les effectifs, affirme qu'il reste "nécessaire" de valider ses observations dans un "organisme entier", et annonce comme retombée d'accélérer le développement de vaccins anti-tumoraux.

Objectifs

L’essor récent des approches d’immunothérapie a révolutionné la prise en charge de cancers préalablement incurables. Cependant, ces approches ne sont pas efficaces pour les patients et ne s’appliquent pas à tous les cancers. Pour élargir leur champ d’application, il est essentiel d’identifier des stratégies visant à combiner les médicaments d’immunothérapie déjà utilisés avec d’autres molécules ou approches qui augmenteront l’efficacité des traitements. Une piste privilégiée est le développement de vaccins anti-tumoraux. L’objectif de tels vaccins seraient d’induire le développement de cellules immunitaires capables de reconnaître les cellules tumorales. Une étape essentielle est d’identifier les molécules exprimées par les cellules cancéreuses (antigènes) et pas par les cellules saines. Cela est possible car pendant la tumorigénèse, les cellules cancéreuses divergent petit à petit des cellules normales par l’accumulation d’anomalies génétiques ou épigénétiques. On sait depuis longtemps que le système immunitaire peut détecter les anomalies génétiques associées aux cancers. Ces dernières années, de nombreuses équipes ont montré qu’il peut détecter la plupart des anomalies épigénétiques acquises pendant la tumorigénèse. Cependant, il est nécessaire de tester si les cibles dérivant de ces anomalies épigénétiques sont adéquates pour une vaccination anti-tumorale, en déterminant notamment la stabilité de leur expression au cours du temps, leur capacité à induire une réponse immunitaire robuste, etc… L’objectif de ce projet est de fournir une description approfondie des réponses immunitaires contre les anomalies épigénétiques associées aux cancers, pour accélérer le développement de vaccins anti-tumoraux.

Bénéfices attendus

Le développement de l’immunothérapie a révolutionné la prise en charge de nombreux cancers. Cependant, ces protocoles ne sont pas efficaces pour tous les patients et ne s’appliquent pas à toutes les pathologies. Améliorer leur efficacité est un enjeu central en cancérologie. Le développement de vaccins anti-tumoraux thérapeutiques est une piste prometteuse pour améliorer le champ d’application de l’immunothérapie. Ces dernières années, de nombreuses équipes ont identifié de nouvelles sources de molécules exprimées par les cellules tumorales qui peuvent être détectées pour le système immunitaire. Cependant, il est nécessaire de mieux décrire les réponses immunitaires contre ces nouvelles molécules si on veut s’appuyer sur cette découverte pour améliorer la prise en charge clinique des patients. Le projet proposé ici apportera une compréhension approfondie des réponses immunitaires contre les cancers et consolidera les approches visant au développement de vaccins anti-tumoraux.

Procédures

Dans un premier lot d’animaux, une molécule carcinogène (induisant la formation des tumeurs) sera injectée à des souris anesthésiées (1 fois au cours de l’expérience, durée de l’anesthésie inf à 5 min). Dès que les tumeurs seront palpables (5-7 jours post-injection), elles seront mesurées deux fois par semaine sur animaux vigiles à l’aide d’un point à coulisse pendant toute la durée de la procédure. Dans un deuxième lot d’animaux, des cellules tumorales seront injectées aux animaux vigiles (1 fois au cours de l'expérience – durée du geste inf à 10 sec). Dès que les tumeurs seront palpables (5-7 jours post-injection), elles seront mesurées deux fois par semaine sur animaux vigiles à l’aide d’un point à coulisse et les animaux seront traités 2 fois par semaine par injection pendant toute la durée de la procédure. La mesure de la tumeur et l’injection pour le traitement sont réalisées en même temps (une seule contention inf à 2 min). Dans un troisième lot d’animaux, des cellules tumorales seront appliquées aux animaux anesthésiés après abrasion douce de la peau (1 fois au cours de l’expérience – durée de l’anesthésie env 20 min). Dès que les tumeurs seront palpables (5-7 jours post-injection), elles seront mesurées deux fois par semaine sur animaux vigiles à l’aide d’un point à coulisse pendant toute la durée de la procédure. Dans un quatrième lot d’animaux, les animaux seront irradiés pour éliminer les cellules immunitaires. 4h après irradiation, des cellules de moelle osseuse d’intérêt seront injectées par voie intraveineuse sur animaux vigiles (1 fois au cours de l'expérience – durée du geste inf à 10 sec) pour reconstituer le système immunitaire. 6-8 semaines après injection, un prélèvement de sang sera réalisé sur animaux vigiles (1 fois au cours de l'expérience – durée du geste inf à 10 sec) pour évaluer la reconstitution.

Impact sur les animaux

Les animaux greffés avec des cellules tumorales par voie sous-cutanée ou soumis à une procédure de carcinogenèse chimique développeront des tumeurs qui seront mesurées régulièrement. Pour les expériences d’injections de carcinogènes, de cellules ou des traitements, il est attendu une douleur directe associée à l’utilisation d’une aiguille. Pour le prélèvement de sang, il est également attendu une douleur légère liée à la piqûre elle-même (gène de courte durée ). Suite aux irradiations, certains animaux peuvent présenter des problèmes de diarrhée, prostration, altération de l’état général pendant les 3 premières semaines suivant l’irradiation.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de l’expérience pour des analyses post-mortem.

Remplacement

Nous avons réalisé des expériences in vitro ainsi que de nombreuses analyses bioinformatiques qui nous ont permis d’identifier des peptides dérivant de gènes, de mutations ou du génome silencieux exprimés par plusieurs lignées tumorales. Cependant, pour analyser si leur expression peut être affectée lors d’une réponse immunitaire efficace, il nous est essentiel de réaliser certaines expériences en utilisant des modèles de souris. En effet, il n’existe pas à l’heure actuelle de système d’activation in vitro permettant de récapituler la complexité des interactions entre cellules tumorales et système immunitaire lors du développement d’un cancer. Par conséquent, pour décrire les propriétés immunologiques des antigènes dérivés du génome non-codant, il nous est essentiel d’avoir recours à un modèle animal. Le modèle murin est particulièrement adapté du fait de la proximité des systèmes immunitaires entre hommes et souris.

Réduction

Nous avons réalisé des approches expérimentales et bioinformatiques en profondeur pour caractériser au mieux l’expression de différents types d’antigènes par nos cellules tumorales d’intérêt et ajuster les expériences à faire in vivo. Cela permet de réduire le nombre d’animaux utilisés au cours de ce projet. Néanmoins, il est nécessaire de valider ces observations dans le contexte d'un organisme entier où les interactions complexes entre cellules tumorales et système immunitaire seront reproduites. D’autre part, nous utiliserons systématiquement des approches dites de « multiplexage », qui permettront de suivre dans la même souris le comportement d’au moins 20 peptides différents. Ces approches complexes ont déjà été mises en place au laboratoire, ce qui permet de minimiser le nombre d’animaux utilisés dans ce projet . Les nombres d’animaux dans les différentes procédures ont été déterminés sur la base d’expériences similaires au laboratoire et sur la base des données de la littérature

Raffinement

Les animaux seront suivis régulièrement afin d’assurer leur bien-être et pour surveiller les éventuels signes de souffrance ou de stress. Une grille de score a été établie afin d’évaluer la souffrance, et des points limites ont été définis. Les animaux seront mis à mort à l’atteinte des points limites. Dans le cas des greffes de tumeurs, les animaux sont surveillés 2 à 3 fois par semaines pour leur état général et pour mesurer la taille de la tumeur afin d'appliquer les points limites décrits dans la grille de score. Les gestes invasifs seront réalisés sous anesthésie générale avec recours aux analgésiques.

Choix des espèces

La souris est un modèle de choix en immunologie du fait de la forte similitude des systèmes immunitaires humains et murins. D’autre part, la connaissance complète du génome murin permet d'utiliser de nombreux outils bien caractérisés, dont les souris immunodéficientes. Il y a également de nombreux modèles de tumeurs transplantables disponibles, bien décrits et reproductibles, qui permettront de répondre rapidement aux questions posées dans ce projet. Les souris seront utilisées à l'âge adulte afin qu’elles aient fini leur croissance et que les résultats ne soient pas affectés à cause de modifications dues à un âge trop avancé des animaux. De plus, cet âge est adapté pour générer des modèles de tumeurs par la greffe de lignées de cellules tumorales. Enfin, l'âge adulte permet d'étudier un système immunitaire mature.

Injectées avec des vecteurs viraux dans les jours suivant leur naissance ou à quatre semaines, puis soumises à un régime spécifique et à deux gavages, 136 souris subissent la destruction chimique d'un muscle de la patte par injection de chlorure de baryum sous anesthésie. La régénération dure trente jours. Les procédures relèvent d'un niveau de souffrance léger à modéré, et le porteur indique que la lésion peut être douloureuse pendant cette phase. L'objectif déclaré est de valider une méthode qui permettrait ensuite de cibler n'importe quel gène sans créer une nouvelle lignée de souris, et toutes sont tuées pour prélever leurs cellules souches musculaires.

Objectifs

Le muscle possède une remarquable capacité de régénération, due en grande partie à la fonction des cellules souches musculaires, également connues sous le nom de cellules satellites. En réponse à une lésion musculaire ou à une maladie affectant le tissu musculaire, les cellules satellites s'activent et génèrent de nouvelles cellules musculaires pour réparer les dommages. Pour maintenir leur capacité de régénération, les cellules satellites doivent rester dans leur niche appropriée, qui leur fournit des éléments optimaux tels que des nutriments, des signaux chimiques et un soutien physique. Lorsqu'elles sont retirées de cette niche spécialisée, les cellules satellites perdent leur capacité de régénération. L'un des principaux défis de la recherche biomédicale est d'identifier les facteurs qui composent cette niche spécialisée, car cette connaissance pourrait aider à préserver les propriétés régénératrices des cellules satellites et éventuellement à les exploiter à des fins thérapeutiques. La matrice extracellulaire, un réseau complexe de protéines comme les collagènes, joue un rôle crucial dans la niche des cellules satellites. Nous avons identifié plusieurs facteurs candidats de la matrice extracellulaire et nous souhaitons étudier leurs fonctions à l'aide de modèles de souris génétiquement modifiées. Ce projet devrait nous permettre de développer une nouvelle méthode pour générer rapidement des souris génétiquement modifiées afin d'étudier le rôle de différents facteurs de la niche dans la fonction des cellules satellites.

Bénéfices attendus

Bénéfice à court terme (scientifique) : La matrice extracellulaire est un environnement riche et dense composé de nombreuses protéines différentes spécialisées en fonction du tissu. Ce projet nous permettra de cribler l'importance des différents composants de la matrice extracellulaire exprimés par les cellules souches musculaires pour leur activité lors de lésions musculaires. Bénéfice à long terme (scientifique + réduction du nombre d'animaux) : Ce projet nous permettra de confirmer la stratégie de ciblage de differentes gènes d’intérêt en utilisant une seul model. Par conséquent, dans une perspective à long terme, la validation de cette stratégie nous permettra, ainsi qu'à d'autres chercheurs-euses, d'utiliser ce protocole comme un modèle rapide et robuste pour cibler n'importe quel gène d'intérêt dans les cellules souches musculaires directement in vivo sans avoir besoin de développer de nouvelles model de souris pour chaque gène d'intérêt. Cela réduira considérablement le nombre de souris utilisées par projet.

Procédures

Les souris incluses dans ce projet recevront en une injection des vecteurs viraux, en un seul geste (rapide (moins d'une minute)) soit après la naissance, soit à l'âge de 4 semaines. Une fois adultes, les souris seront soumises à un régime alimentaire spécifique en granules pendant deux semaines suivi par deux gavages (pendant deux jours consictifs, un par jour, en un seul geste, ce qui prend moins d'une minute). Deux semaines après, un seul muscle d'une seule jambe sera blessé par injection intramusculaire (rapide (moins d'une minute)) sous anesthésie générale. Le processus de régénération musculaire dure 30 jours chez la souris.

Impact sur les animaux

Concernant l'injection des vecteurs viraux chez les souriceaux après la naissance ou chez les souris adultes, ils seront realisées rapidement et à l'aide d'une aiguille adaptée et fine afin de minimiser la douleur chez l'animal. La douleur est donc considérée comme faible. Le gavage est effectué par des chercheurs formés et expérimentés en un seul geste, rapidement, à l'aide de sondes adaptées. La douleur est minimale et l'inconfort pour l'animal est très faible. Enfin, concernant l'induction de lésions musculaires par injection de BaCl2 dans le muscle tibialis antérieur (TA), l'injection est réalisée rapidement, sous anesthésie, en un seul geste et à l'aide d'aiguilles fines adaptées pour minimiser la douleur. Cependant, étant donné que l'induction de la lésion elle-même peut être douloureuse pour les souris pendant la régénération musculaire, des analgésiques ainsi que des adaptations de l'environnement et de la nourriture des animaux dans la cage ont été envisagés et décrites dans les sections adaptées.

Devenir

Toutes les animaux inclut dans ce projet seront utilisées pour effectuer des prélèvements musculaire afin d'avoir accès aux cellules souches musculaire.

Remplacement

Dans ce projet, nous nous intéressons aux cellules souches musculaires et à la structure de leur matrix extra cellulaire in vivo. Bien que plusieurs systèmes de culture cellulaire se soient développés, le comportement de ces cellules change lors de leur mise en culture. Par conséquent, la simulation complète de la matrice extra cellulaire physiologique des cellules souches musculaire n’est pas encore possible in vitro, ce qui nous oblige à passer par des modèles in vivo.

Réduction

Pour réduire le nombre d'animaux, tous les tests in vitro possibles ont été réalisés. Cependant, pour confirmer notre stratégie de travail nous aurions besoin de 36 souris avant de commencer les expériences principales. Ensuite, pour la phase expérimentale, nous avons décidé de réduire le nombre d'animaux en induisant une lésion musculaire dans un seul muscle d'une seule patte par souris, ce qui nous permettra de comparer le comportement des cellules souches musculaires au repos (muscle controlatéral non lésé = témoin) ou après régénération musculaire. Ainsi, 100 animaux (10 lots de 10 souris, pour avoir par lot, 5 souris controles et 5 souris expérimentales) sont prévus pour la phase expérimentale. Ces groupes représentent le minimum nécessaire pour pouvoir effectuer une analyse statistique et conclure les résultats expérimentaux.

Raffinement

Tout au long du projet, le comportement et le poids des souris seront surveillés par le même manipulateur afin de détecter tout signe de douleur ou d'inconfort chez les souris. Toutefois, l'induction de la blessure musculaire provoque des lésions musculaires et une régénération. De la nourriture et de l’hydrogel seront mis à disposition dans la cage les trois premiers jours au cas où les animaux ne parviendraient pas à atteindre la grille pour se nourrir. Également, des anti-douleurs sont prévus pour réduire la douleur des souris. Un tableau d'évaluation des animaux et des points limites a été préparé, adapté à chaque intervention, et sera consulté tout au long du projet pour évaluer l'état de chaque souris incluse dans chaque procédure

Choix des espèces

Nous avons choisi la souris pour des raisons multiples : 1. La souris est un mammifère et la structure de son muscle squelettique est très similaire à celle du muscle squelettique humain. 2. La courte durée de gestation et la maturité post natale chez la souris sont compatibles avec la durée de nos expériences. 3. La petite taille des souriceaux nous permet de cibler toutes les cellules avec une petite quantité des vecteurs viraux. 4. Des études similaires sur la délivrance de gènes par des vecteurs viraux chez la souris ont servi de base à la conception de l'expérience. 5. Notre laboratoire possède une expertise dans la manipulation des souris. pour l'injection des vecteurs viraux, les souris seront injectées soit après la naissance, soit à l'âge de 4 semaines. L'objectif est de cibler le plus grand nombre de cellules souches musculaire par l'intermédiaire des vecteurs viraux. Par la suite, les tests de régénération musculaire seront effectués chez des souris adultes, soit à 11-15 semaines d'âge, pour étudier le comportement et la capacité des cellules souches musculaires pendant la régénération des muscles squelettiques.