Recherche fondamentale

Dans un bras de l'étude, des rats ont l'abdomen ouvert une première fois pour la création d'un anévrisme de l'aorte, puis une seconde fois trois semaines plus tard pour l'implantation d'une endoprothèse, et ne sont tués qu'au cent vingtième jour. Les 171 rats mâles du projet vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, sous aspirine en continu, avec prises de sang et examens d'imagerie sous anesthésie, ceux de l'autre bras recevant l'endoprothèse dans une aorte saine avant d'être tués au septième jour. Il s'agit de tester un revêtement anti-inflammatoire censé limiter le rejet des stents aortiques chez les patients. Le porteur écrit que le bénéfice translationnel est "majeur avec une potentielle diminution des complications", après avoir indiqué que les résultats "pourraient permettre de transposer la technique chez l'homme".

Objectifs

Actuellement, les anévrysmes de l'aorte abdominale sont traités par implantation de stents aortiques. Il existe cependant des complications nécessitant de nouvelles opérations liées à un phénomène de rejet de ces stents. En effet, ils ne sont pas complétement intégrés dans le tissu du patient. L’objectif de l’étude est de concevoir un revêtement applicable sur ces stents aortiques pour améliorer leur intégration et donc diminuer le risque de rejet. Cette étude est une étude expérimentale chez l'animal (rat) dont les résultats pourraient permettre de transposer la technique chez l'homme.

Bénéfices attendus

Un anévrysme est une déformation pathologique d'un segment vasculaire. Le risque d'un anévrysme est sa fragilisation et sa rupture, entrainant une hémorragie souvent grave. Chez l’homme, les anévrysmes de l’aorte abdominale (AAA) sont traités avec des endoprothèses (stents aortiques). Ce traitement est toutefois grevé d’un nombre significatif de fuite et de migrations d’endoprothèses au cours du suivi. Ces complications pourraient être liées à un défaut d’intégration de l’endoprothèse L’objectif du projet est de développer une endoprothèse fonctionnalisée avec un revetement permettant sa meilleure intégration dans le tissu aortique. Le bénéfice translationnel est majeur avec une potentielle diminution des complications évolutives du traitement endovasculaire des AAA chez l’homme.

Procédures

Les animaux recevront de l’aspirine tout au long de la procédure pour éviter la formation de caillots (thromboses). Les animaux auront une implantation d’endoprothèses comportant des revetements anti-inflammatoires. Ces endoprothèses seront implantées chez des rats dont l’aorte est saine (pour étudier la biocompatibilité de ces endoprothèses) ou chez des rats chez qui des anévrysmes auront été créés préalablement 3 semaines plus tot pour mimer la pathologie humaine. Ces procédures d’implantation se feront par incision au niveau de l’abdomen sous anesthésie générale et antalgiques et durent 30 minutes. La procédure de création d'anévrysme est également faite par une incision au niveau de l'abdomen sous anesthésie générale et antalgiques et dure 1h. Afin de mesurer l’inflammation, des examens de sang (prélèvement veineux au niveau de la joue) et d’imagerie (echographie abdominale, TEPscanner) seront réalisés sous anesthésie générale. Les examens de sang se feront 1 semaine après implantation des endoprothèses et juste avant l’euthanasie. L’imagerie sera réalisé à 1 et 4 semaines après mplantation des endoprothèses.

Impact sur les animaux

Les effets nuisibles attendus sont la présence d'un inconfort ou d'une douleur modérée de courte durée après les procédures chirurgicales. D'autres effets peuvent survenir comme une perte de poids, une deshydratation, une diminution de la mobilité ou encore la survenue de caillots sanguins (thrombose). Ces effets nuisibles seront spécifiquement recherchés quotidiennement et un traitement adapté sera appliqué (antalgique, hydratation, soins).

Devenir

Dans un bras de l'étude, les rats auront une implantation d'endoprothèse et des examens d'imagerie (échographie abdominale et TEP sous anesthésie générale à J7 et seront euthanasiés immédiatement après. Cette durée de 7 jours a été fixée pour étudier la biocompatibilité des endoprothèses. Dans un autre bras de l'étude, les rats auront eu 3 semaines avant l'implantation des endoprothèses une premiere chirurgie pour créer un anévrysme. Dans ce bras, les rats auront une échographie abdominale sous anesthésie générale à J7 et J28 et seront euthanasiés à J120. Ce délai de 120 jours est fait pour étudier dans le long terme le potentiel de guérison des anévrysmes après implantation des endoprothèses. En fin de procédure, tous les animaux seront euthanasiés pour permettre le prélévement des endoprothèses précédemment implantées et regarder l’intégration de ces endoprothèses dans le tissu aortique (étude histologique).

Remplacement

Il n’est actuellement pas possible de simuler de facon précise l’action d'un revetement anti-inflammatoire dans un tissu aortique. Il n’existe pas non plus de simulation fiable d’anévrysmes de l’aorte abdominale (AAA). L'étude chez l'animale reste indispensable. Toutefois, des expérimentations préliminaires ont permis une séléction précise du revetement anti-inflammatoire à tester chez l'animal et d’établir un protocole robuste.

Réduction

Nous avons volontairement choisi d'utiliser des examens d'imagerie non douloureuses et reproductibles dans le temps (échographie abdominale). Cela permet de suivre sur la durée les mêmes animaux sans les euthanasier. Nous avons également calculé préalablement à l'expérimentation le nombre d'animaux à inclure dans l'étude. Cela permet d'obtenir des résultats statistiques robustes tout en évitant d'inclure trop d'animaux.

Raffinement

-Les conditions d’hébergement seront optimisées au maximum : limitation des transports au strict nécessaire, enrichissement de l'environnement (mise en place de coton pour comportement de nidification, mise à disposition de baton à ronger), respect du rythme jour/nuit -Nous avons prédéfinis la liste d'élements de surveillance du bien-etre des animaux: tous les animaux seront surveillés quotidiennement à l'aide d'une grille standardisée de surveillance. Les animaux seront inspectés (poids, présence d'un inconfort/douleur, état de la cicatrice) et des soins adaptés comprenant des anti-douleurs seront administrés. Si une trop souffrance est constatée (présence de points limites), l'animal sera immédiatement euthanasié. -Nous utiliserons une procédure d’imagerie non invasive : l’echographie abdominale a été préférée à l’angiographie invasive. -Nous aurons recours à l’anesthésie et à l’analgésie pour toutes les procédures. -Utilisation de procédures d’euthanasie réglementaires. -Calcul statistique du nombre de sujets nécessaires afin de limiter le nombre d’animaux

Choix des espèces

-Le modèle animal (rat Wistar) a été soigneusement choisi d’après les publications internationales les plus pertinentes sur le sujet (implantation d’endoprothèses dans l’aorte saine et dans des anévrysmes). Les dimensions de l’aorte du rat Wistar permettent son analyse en imagerie (echodoppler). Les rats seront utilisés à un stade adulte car la population humaine présentant des anévrysmes de l'aorte abdominale est adulte et agée. Les animaux utilisés seront des males car il existe une nette prédominance masculine dans la population humaine présentant des anévrysmes de l'aorte abdominale.

496 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Après une nuit de mise en reproduction et un frottis vaginal, la moitié des femelles gestantes reçoit un régime pauvre en protéines pendant toute la gestation pour provoquer un retard de croissance chez les fœtus, et toutes subissent au seizième jour une ouverture de l'abdomen pour une électroporation in utero, qui marque les neurones des fœtus. Leurs petits sont tués à trois, huit ou trente jours de vie pour étudier leur cerveau, et une portée sur trois seulement donne un marquage exploitable, selon l'expérience du laboratoire. Les mères et les petits en surnombre sont proposés en interne à un autre projet avant d'être mis à mort.

Objectifs

Le retard de croissance intra-utérin (RCIU) est la deuxième cause la plus fréquente de mortalité périnatale. C’est une pathologie caractérisée par un retard de croissance général du fœtus en développement qui représente la deuxième cause la plus fréquente de mortalité périnatale. Touchant près de 3 à 9% des naissances dans les pays développés, c’est une insuffisance placentaire qui est le plus fréquemment mise en cause mais il peut également résulter d’une carence alimentaire de la mère dans les pays moins développés. Un tel retard dans le développement du fœtus entraine des déficits cognitifs à long terme caractérisés par des troubles de la concentration, de l’attention, une hyperactivité, un quotient intellectuel plus faible ainsi que des désordres moteurs. Le cortex ainsi que son réseau neuronal est le siège des fonctions cognitives de haut niveau. Ce projet consistera à utiliser le modèle de rat de RCIU pour appliquer une technique innovante qui permet de marquer de manière très claire des neurones isolés pour nous permettre d’apprécier d’une part les morphologies neuronales et d’autre part les interactions des neurones avec les vaisseaux sanguins environnants que l'on pourra mettre en évidence par des techniques classiques d'histologie.

Bénéfices attendus

Etudier les conséquences d’un RCIU sur l’intégrité du système nerveux central et plus précisément sur l’intégrité de ces réseaux neuronaux est indispensable pour mieux comprendre la mise en place de ces déficits cognitifs observés à long terme, afin d’envisager des stratégies thérapeutiques applicables dès la naissance pour limiter ces troubles cognitifs.

Procédures

Deux prélèvements sont effectués dans le cadre de ce projet. Le projet débute avec une mise en reproduction de deux animaux (un mâle et deux femelles par cage maximum) pendant une nuit seulement. Un prélèvement vaginal sur animaux vigiles est ensuite effectué pour confirmer la présence de spermatozoïdes et donc valider le premier jour de gestation. Quelques secondes seulement sont nécessaires pour procéder au frottis et aucune contrainte physique n’est appliquée à l’animal. Une anesthésie n’est pas envisagée pour éviter d’appliquer un stress supplémentaire à l’animal. Ces femelles gestantes sont ensuite soumises à un régime hypo-protéiné qui peut affecter leur comportement durant toute la période de gestation (22jours). Une chirurgie expérimentale appelée électroporation in utero est appliquée sur chacune de ces femelles au 16e de gestation. La chirurgie ne dure pas plus de 40 minute à partir de l’anesthésie jusqu’au réveil.

Impact sur les animaux

Les femelles sont soumises à un régime hypo-protéiné qui peut affecter leur comportement durant toute la période de gestation. Une inactivité ainsi qu’une perte de poids associé à ce régime pourra être observé durant la période de gestation. Le régime n’induit pas de perturbation du système digestif, si ce n’est des fèces d’une couleur plus claire. Ces effets indésirables n’ont pas de conséquences sur la mise bas des femelles d’après les projets déjà évalués. La taille des portées issues d’un RCIU peut être plus petite mais aucune mortalité supplémentaire n’est observée. La laparotomie appliquée à ces mêmes femelles au 16e jour de gestation peut également entrainer des changements dans le comportement de la femelle. Le réveil suite à la chirurgie peut être source de stress et suivie d’une inactivité et de douleurs. Ces observations ne durent pas plus de 2 à 3 jours selon les projets déjà évalués.

Devenir

Tous les animaux subissent la chirurgie d’électroporation in utero. En revanche, la moitié des femelles gestantes de ce projet ne sont pas soumis à un régime hypo-protéinée durant la période de gestation pour constituer un groupe contrôle. Après la mise à bas, les nouveau-nés seront maintenus en vie jusqu’au prélèvement des tissus à différents temps (P3, P8 ou P30). Parce que des différences métaboliques et une réaction inflammatoire influençant le développement du système nerveux central peuvent être observées entre les portées d’une femelle ayant déjà subi une intervention chirurgicale et notamment une laparotomie, nous ne réutiliserons pas ces mêmes animaux pour produire d’autres portées. En revanche, les femelles ainsi que les petits surnuméraires seront proposées en interne pour une réutilisation dans un autre projet avant de les mettre à mort.

Remplacement

Bien que des modèles in vitro de barrières hémoencéphaliques (cellules endothéliales cérébrales) existent, ils ne permettent pas d’étudier de façon concomitante la mise en place des réseaux neuronaux et vasculaires. Les séquelles neurologiques résultantes d’une atteinte périnatale dépendent de mécanismes complexes impossibles à reproduire in vitro, et la maturation des neurones ainsi que leur connectivité (entre eux mais aussi avec le réseau vasculaire environnant) ne peuvent être étudiés qu’in situ, dans un animal vivant. Il est donc nécessaire d’utiliser un modèle animal pour étudier la pathologie. L’analyse in vivo reste donc incontournable pour ce projet de recherche.

Réduction

Toutes les expériences sont planifiées avec un nombre minimal d’animaux, mais nous devons garantir une pertinence statistique significative (Annexe 2). Des recherches bibliographiques, des calculs statistiques de puissance, ainsi que les expériences passées du laboratoire démontrent que 10 animaux par groupe permettent d'obtenir des résultats significatifs à la suite de tests statistiques bilatéraux non paramétriques sur des échantillons indépendants. En revanche, les expériences passées dans le laboratoire ainsi que des recherches bibliographiques démontrent un taux d’efficacité d’électroporation moins important chez le rat que dans les modèles murins sur lesquelles le projet s’est inspiré (43% de réussite). Cela signifie qu’un nombre plus important de femelles est nécessaire pour obtenir suffisamment d’embryons pour lesquels l’électroporation a été efficace, positive. Selon les expériences passées du laboratoire, 1 portée sur 3 obtient des résultats positifs au marquage in utero. Ce nombre est néanmoins réduit car il nous sera possible d’utiliser les résultats des animaux du groupe contrôle d’un projet déjà existant utilisant la même procédure pour P8 et P30. Notre approche expérimentale nous permet d’analyser plusieurs dizaines de neurones ainsi que leur réseau vasculaire sur un même animal. Par ailleurs, les mêmes cerveaux pourront être utilisés pour d’autres marquages immunohistochimiques, permettant ainsi de minimiser le nombre d’animaux nécessaire à ce projet. Il existe dans le laboratoire un système de préservation jusqu’à plusieurs années de toutes les séries de coupes non utilisées. Cette banque de tissus permet d’optimiser sur le long terme l’utilisation du tissu tout en réduisant le nombre d’animaux utilisé. Les mères ayant subi cette procédure, ainsi que les petits surnuméraires, sont proposés en interne pour être réutiliser dans le cadre d’un autre projet.

Raffinement

De nombreuses actions de raffinement seront mises en place lors de ce projet. La mise en reproduction s’effectue en respectant les normes d’hébergement. Nous réunissons au maximum deux femelles et un mâle par cage pour une nuit seulement. Nous surveillons leur comportement et si la moindre violence est observée alors les animaux sont immédiatement séparés. Les femelles gestantes sont pesées tous les trois jours afin de prévenir d’une perte de poids trop importante associée au régime alimentaire. Nous mettons fin au protocole si la femelle perd plus de 10% de son poids initial (pesée le jour de la mise en reproduction). Toute procédure de chirurgie sera accompagnée d’utilisation d’anesthésiques et/ou d’analgésiques, et d’un suivi journalier des animaux afin de détecter et traiter immédiatement tout signe d’inconfort.

Choix des espèces

Les expériences décrites dans ce projet seront effectuées sur des rats Sprague Dawley (SD) puisqu’il s’agit de l’espèce utilisée dans l’équipe pour plusieurs projets. C’est une espèce de prédilection pour des expérimentations qui requiert une optimisation des gestations. Les femelles de cette lignée ont en effet des portées importantes et régulières. Elles s’occupent très bien de leurs petits et récupèrent très vite après une chirurgie. Les électroporations in utero seront effectuées à 16.5 jours embryonnaires (E16.5) pour nous permettre le ciblage des progéniteurs donnant naissance aux neurones corticaux superficiels. Les animaux seront mis à mort à 3 jours postnatal (P3), P8 et P30. Ces différents temps nous permettront d’analyser l’organisation des réseaux neurovasculaires au cours du développement postnatal et ainsi apprécier des modifications qui persisteraient à long terme.

45 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent des bactéries par gavage cinq jours par semaine et une application répétée d'un produit sur les oreilles pour provoquer une inflammation de type dermatite atopique, afin de tester l'effet anti-inflammatoire de deux bactéries intestinales. Le porteur affirme que l'induction ne génère pas de douleur apparente ni de grattage. Les animaux sont tués et leurs oreilles prélevées pour analyser la réponse inflammatoire.

Objectifs

Les maladies atopiques telles que la dermatite atopique (DA), l’asthme ou la rhinite allergique touche environ 30% des personnes dans les pays développés. La dermatite atopique se caractérise par des lésions de la peau et est dues à une réaction allergique. Sa cause est complexe et reste mal comprise à ce jour. Elle serait associée à des défauts génétiques de la peau, et/ou autres anomalies immunologiques, qui favoriseraient la pénétration d’allergènes au sein de l’organisme, et le développement de l’allergie chez les individus. Le microbiote intestinal joue egalement un rôle important dans les maladies allergiques, y compris la DA. Les probiotiques contribuent à l’amélioration de l’environnement intestinal, l’équilibre des réponses immunitaires et la régulation du métabolisme. La plupart des études suggèrent que les suppléments probiotiques peuvent être une alternative pour la prévention et le traitement de la DA. C'est donc dans ce contexte que les proprietés anti-inflammatoires de 2 bactéries intestinales seront testée dans un modèle de dermatite atopique chez la souris.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d'évaluer la capacité de deux bactéries, connues pour leurs propriétés anti-inflammatoires dans des modèles d’inflammation intestinales, à réguler l’inflammation cutanée de type DA dans un modèle murin induit par l’application répétée de calcipotriol

Procédures

Le traitement à base de bactéries intestinales sera réalisée par gavage sur animaux vigile, 5 fois par semaine pendant 24jours. L'application du calcipotriol servant à induire la dermatite atopique, sera appliquée sur les oreilles des animaux anesthésiés avec de l'isofluorane. Le traitement corticoide utilisé en control sera appliqué sur l'oreille des souris 6h aprés l'application du calcipotriol, et sur des souris anesthésiées à l'isofluorane. La mesure de la réponse clinique (mesure de l'epaisseur de l'oreille) sera réalisée sous isofluorane.

Impact sur les animaux

Les procédures mises en place ne devraient pas donner lieu à des troubles des fonctions corporelles ou de l'état général des animaux, toutefois les animaux sont surveillés 5 jours par semaine et tout animal qui présenterait des signes physiologiques anormaux (souris prostrées, poils hérissés ou encore apparition de nécrose cutanée) suite à l’application cutanée des composés, serait mis à mort. A noter que l'induction de dermatite atopique chez la souris ne génère pas de signe de douleur apparente et ne conduit pas les souris à se gratter.

Devenir

tous les animaux sont mis à mort à la fin de l'étude, et les oreilles sont prélévées afin d'analyser la réponse inflammatoire et le pouvoir anti inflammatoire des bactéries testées.

Remplacement

L’objectif de cette étude est d'évaluer l'impact de candidat médicament, sur une inflammation de type dermatite atopique. Aucun test in vitro ne permet d’intégrer la réaction immunitaire de la peau et des organes immunitaires associés dans leur ensemble dans le cadre de cette pathologie. Celle-ci ne peut donc être conduite qu’in vivo.

Réduction

L’estimation du nombre d’animaux par groupe est réalisée sur la base de notre expérience ainsi que sur la littérature scientifique et a été réduit au maximum sans mettre en péril une interprétation statistique de nos résultats. Aussi, un minimum de 9 animaux par groupe est nécessaire afin de réaliser des analyses statistiques pertinentes et robustes (tests non paramétriques de Kruskal-Wallis pour comparer l’ensemble des groupes ainsi que tests de Mann-Whitney en comparaison deux à deux). Une seule dose de bactérie sera testée, celle çi ayant deja été validé dans une précedente procédure et pour une autre pathologie.

Raffinement

Des mesures seront mises en oeuvre pour optimiser le bien-être des animaux. A leur arrivée dans l'animalerie, une période d'acclimation d'une semaine sera respectée avant le debut de la procédure expérimentale, et les souris seront maintenues entre 4 et 5 souris par cage, afin de les maintenir au maximum en groupe social. Dans le cadre de ce projet, les animaux seront anesthésiés pour chaque geste entraînant ou pouvant entraîner un stress pour l’animal. Des points limites bien définis et suffisamment précoces et prédictifs pour prévenir tout stress et toute douleur de l’animal ont été mis en place. L’observation des animaux sera effectuée 5jours/7 et nous attacherons une grande importance à l'apparence physique externe et aux changements comportementaux de ceuxci. Les soins et les procédures seront réalisées par du personnel qualifié.

Choix des espèces

L’espèce souris est un modèle très utilisé en pathologie immunologique telle que l’allergie et autres inflammation cutanée en raison des nombreux outils mis à disposition pour l’analyse des réponses immunes. Cette espèce est également proche de l’homme en ce qui concerne certains marqueurs de la réponse immunologique comme la production de cytokines inflammatoires ou encore l’induction de des différentes populations de lymphocytes mémoires. De plus, l’utilisation de ce modèle, couramment employé dans ce domaine, nous permettra de discuter nos résultats par rapport aux données existantes de la littérature. Les souris provenant de fournisseurs arrivent à l’âge de 6 semaines et sont acclimatées au sein de notre animalerie avant d'entrer dans nos protocoles. Les souris entrent dans les procédures à 8-10 semaines, âge auquel les souris présentent un système immunitaire suffisamment mature pour effectuer une sensibilisation efficace.

24 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Sous anesthésie, elles reçoivent dans la bouche un fil de soie imprégné de bactéries maintenu contre les molaires, renouvelé tous les trois à quatre jours pendant 28 jours pour provoquer une destruction des tissus de soutien des dents. Le porteur affirme n'observer aucune perte de poids ni changement de comportement et administre des antalgiques. Les animaux sont tués par saignée du cœur pour prélever les tissus, la souris étant présentée comme l'espèce la plus utilisée pour ce modèle.

Objectifs

La parodontite est une maladie inflammatoire chronique très fréquente (47% de la population adulte américaine). Elle entraine une destruction des tissus de soutien des dents, générant des édentements précoces et une difficulté à la réhabilitation orale. Elle est déclenchée par un déséquilibre du micobiote dentaire (plaque dentaire) avec une infection par des bactéries spécifiques. Les parodontites sont une source chronique de passage de bactéries dans le sang et d'une inflammation généralisée de faible intensité, favorisant des maladies inflammatoires à distance (ex : maladies cardiovasculaires). Il n'existe pas de cibles thérapeutiques de l'inflammation pour le traitement des parodontites, ni de biomarqueurs pour évaluer précocement et mieux suivre des malades, notamment ceux atteints d'autres maladies inflammatoires chroniques. Les neutrophiles sont les leucocytes (globules blancs) les plus abondants dans les lésions parodontales et semblent clés dans le développement des parodontites. Récemment, il apparait qu’il existe des sous types de neutrophiles aux fonction pro-inflammatoires ou pro-résolutives de l'inflammation. Parmi ceux-ci, certains neutrophiles se distinguent par l’expression d’une enzyme protéolytique au cours de l’apoptose (mort celullaire programmée), ce qui module leur élimination par les macrophages. Notre objectif est de déterminer si ce mécanisme interfère avec l’inflammation et la résorption osseuse dans un modèle de parodontite expérimentale chez la souris. La parodontite sera induite pendant 4 semaines, selon un protocole validé, chez des souris surexprimant l’enzyme protéolytique et présentant un activité modifiée des neutrophiles. Nous caractériserons la destruction du parodonte chez ces souris en comparaison de souris contrôles (souris du même fond génétique, et pour lesquelles le meme modèle de parodontite expérimental est appliqué).

Bénéfices attendus

Notre projet est le premier à tester les conséquences d’une régulation de l’inflammation chez des souris surexprimant une enzyme protéolytique dans la pathogénie de la parodontite. Il permet d’accroitre les connaissances dans le développement de cette maladie. Ce projet participe à l’identification de pistes thérapeutiques régulant l’inflammation de la parodontite pour laquelle plus de 30% des situations échappent au traitement conventionnel (traitement qui repose actuellement exclusivement sur le contrôle de l’infection). De plus, les conséquences systémiques seront recherchées, l’inflammation parodontale influant sur des processus pathogéniques à distance, tels que l’athérosclérose. Enfin, la parodontite est un modèle parfait de maladies inflammatoires choniques au cours de laquelle la régulation des neutrophiles est primordiale. Elle partage des mécanismes pathogéniques communs avec, par exemple, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin ou la polyarthrite rhumatoïde : les résultats de ces travaux permtteraient d’ouvrir des perspectives dans l’étude de la pathogénie et de stratégies thérapeutiques d’autres maladies inflammatoires chroniques.

Procédures

Avant chaque expérimentation, les souris sont anesthésiées par une anesthésie générale par voie intra-péritonéale de Kétamine 180mg/kg-Xylazine 20mg/kg en solution injectable dans du sérum physiologique. L'intervention chirurgicale sera effectuée selon une procédure qui dure environ 10 min/souris. La procédure est la suivante: a. Zone d’intervention: Intra-buccale sur les faces palatines de 1ère et 2nde molaires droite et gauche de l'animal. b. Incision superficielle d’environ 0,5 mm de longueur à l’aide d’un bistouri stérile au niveau de la face palatine de la première molaire droite. c. Implantation en sous gingival du côté droit au niveau de la première molaire d’une suture de soie chirurgicale 6-0 imprégnée d’une solution de bactéries. d. Dépose d’un matériau adhésif collé (ciment verre ionomère) pour maintenir le fil en place. Après chaque pose de ligature, les souris sont placées dans un environnement chauffé et surveillées jusqu’à leur réveil. Cette procédure est répétée tous les 3-4 jours pendant 28 jours pour induire une inflammation chronique locale et une destruction du parodonte. Dès la seconde intervention, il n'est pas nécessaire de répéter l'incision superficielle ni d’ajouter le matériau ciment verre ionomère car l'inflammation générée permet de plus aisément glisser et d’assurer le maintien du fil dans le sillon gingivo dentaire. Entre chaque renouvellement, les souris seront maintenues dans des cages dans un environnement enrichi avec nourriture et eau ad libidum. Au bout de 14 jours, une destruction parodontale peut etre observée du coté ligature +/- P gingivalis pour tous les animaux.

Impact sur les animaux

Une anesthésie profonde est réalisée pour prévenir la souffrance des souris lors de la pose et du renouvellement des ligatures. Après réveil des animaux et suivi dans le temps, nous administrons des antalgiques. Notre expérience ne nous montre aucune modification observable de l’état de santé des souris (pas de perte de poids, pas de modifications comportementales, apparence physique normale). Une prise de poids en accord avec les conditions d’élevage est observée démontrant que les souris se nourrissent correctement.

Devenir

A l'issue de la procédure, les animaux sont mis à mort par exsanguination cardiaque sous anesthésie et analgésie profonde, permettant le prélèvement des tissus nécessaires à nos travaux.

Remplacement

Nous développons une recherche sur modèle expérimental chez le petit animal, car c'est le seul moyen à l'heure actuelle d’étudier les différents aspects de notre projet. Il n’existe pas d’autres méthodes alternatives (in vitro, in silico) pour l’étude des parodontites, et la souris est l’espèce la plus couramment utilisée pour l’étude de cette maladie.

Réduction

Une publication sur la comparaison des modèles de parodontite expérimentale avec ligature +/- P gingivalis chez la souris montre une différence significative sur la perte osseuse et l'inflammation parodontale avec 6 souris/groupe. Le suivi longitudinal par micro-CT (imagerie radiologique de précision et en 3 dimensions) sur souris vivante de la perte osseuse induite nous permet aussi de rationaliser le nombre de souris. Le nombre d’animaux estimé et les tests statistiques sont également basés sur notre expérience pour ce type d’étude. Ce nombre minimum nous permettra d’être certains de répondre aux questions scientifiques de ce projet et de mettre en évidence des différences significatives entre les groupes.

Raffinement

L'expérimentation ne conduit pas à des altérations évidentes des souris. Le suivi quotidien des animaux et la mise en place de points limites permettront d’identifier et de limiter toute souffrance et douleur, d’abord par des antalgiques et par une mise à mort anticipée selon les méthodes réglementaires, si nécessaire. Les animaux seront hébergés en groupe en milieu enrichi pour minimiser leur stress.

Choix des espèces

La souris est l’espèce la plus couramment utilisée pour l’étude de la parodontite et tout particulièrement pour l’approche moléculaire et histologique. De nombreux outils d’analyses sont développés et adaptés à ce modèle. 3 mois – âge adulte avec croissance des maxillaires achevée

128 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles passent par des cages de calorimétrie qui mesurent le métabolisme sans intervention invasive, mais isolées, avant d'être mises à mort par dislocation cervicale pour prélèvement de sang et de tissus. Le porteur reconnaît que l'isolement empêche l'animal de préserver sa température en groupe et peut accroître l'anxiété. Il classe pourtant la gravité en modérée et affirme qu'un modèle animal est "indispensable" pour étudier le métabolisme de façon intégrée.

Objectifs

Le métabolisme énergétique se traduit globalement par une adaptation équilibrée du comportement alimentaire et de la dépense énergétique, comprenant différents paramètres tels que l’activité musculaire, le maintien de la température corporelle et le métabolisme de base, chacun dépendant du statut de l’individu (veille, sommeil) et des conditions environnementales (température, présence ou absence de nourriture). Un élément majeur dans la régulation de la balance énergétique est la capacité de l’organisme à: transformer les nutriments ingérés afin de les stocker, de signaler au reste de l’organisme le statut des réserves énergétiques, et enfin, de mobiliser ces réserves le moment voulu. Jusqu'à récemment, l'évolution a favorisé la capacité à stocker efficacement les nutriments sous forme de graisse pendant les périodes d’abondance tout en développant des stratégies pour se prémunir contre les périodes de disettes intermittentes. Cependant, cet avantage sélectif est devenu délétère dans notre société moderne, caractérisée par la sédentarité et l’abondance de nourriture riche, propice au développement de maladies métaboliques comme l’obésité et le diabète de type 2. Pour cela nous nous intéressons à une protéine clef du métabolisme énergétique, impliquée dans la transformation du sucre en gras, et reconnue dans le développement de la stéatose hépatique inflammatoire, de l’obésité, et du diabète de type 2. L’objectif de ce projet est d’étudier au moyen de cages calorimétriques (un outil non-invasif et complètement automatisé), le métabolisme énergétique et la capacité adaptative au cours de la journée des lignées de souris vigiles génétiquement invalidées pour le gène codant cette protéine clef du métabolisme énergétique de façon globale ou ciblée (dans le foie, le tissu adipeux et l’intestin) dans le but de mieux comprendre les processus métaboliques et moléculaires impliqués dans le devenir des nutriments, leur stockage et l’implication des trois organes. Il s’agit de remettre en perspective les caractéristiques (Prise alimentaire, dépense énergétique, utilisation des nutriments et comportement) de l’animal vigile des différentes lignées , au regard 1) du métabolisme de l'animale de nuit (période active) comme de jour (période de repos), et 2) dans différentes conditions environnementales de température et d’accès à la nourriture.

Bénéfices attendus

Les différents paramètres évalués au moyen de l’analyse calorimétrique permettent de caractériser les mécanismes biologiques de l’animal in vivo reliant la prise alimentaire, la balance énergétique, la capacité d’utilisation des aliments, et les comportements de l’animal. L’analyse statistique combinée des 4 différentes lignées permettra, au regard de chaque paramètre analysé, d’évaluer l’importance de cette protéine clef du métabolisme énergétique de manière tissu spécifique et son impact sur les fonctions des autres tissus. In fine, ce projet permettra une meilleure compréhension des maladies métaboliques (obésité/diabête/stéatose hépatique). Les tests d’adaptations permettent de mettre l’animal dans une situation physiologique qui implique les différents paramètres impliqués dans la régulation de la balance énergétique (La prise alimentaire et hydrique, la consommation d’oxygène et la production de dioxyde de carbone, le quotient respiratoire indicatueur du type nutriment utilisé, La dépense énergétique globale de l’animal issue de l'activité locomotrice, de la thermogénèse et du métabolisme de base, l’activité locomotrice spontanée ) selon l'absence ou la présence de la protéine d'intérêt dans les différents organes (foie, le tissu adipeux et l’intestin). Ceci permettra d'effectuer une analyse croisée des paramètres génétiques, des tests d’adaptations, le tout en fonction du temps. Exemple : L’absence de nourriture induit une diminution de la dépense énergétique, une mobilisation des réserves lipidiques (tissu adipeux), une plus grande activité métabolique de conversion au niveau du foie. A l’inverse la reprise alimentaire fait appel aux capacités ; d’ingestion au niveau de l’intestin et de stockage au niveau du tissu adipeux. Ce projet sera donc un apport important dans la compréhension du rôle de cette protéine dans le stockage, l’utilisation des nutriments et l’implication des trois organes.

Procédures

L’analyse métabolique n’induit pas de douleur à l’animal et n'est pas invasive. Aucun prélévement n'aura lieu sur animal vigile. Les animaux seront monitorés tous les jours, ils seront pesés: 1 fois/ jour lors de l'individualisation (7 fois), puis 1 fois à l'entrée et à la sortie des cages calorimétriques. Leur composition corporelle analysée (3 minutes par souris) de manière non invasive 1 fois au début de l'individualisation puis à l'entrée et à la sortie des cages calorimétriques (soit 3 fois par souris).

Impact sur les animaux

L’analyse métabolique n’induit pas de douleur à l’animal. Elle est non invasive pour l’animal et limite au maximum le stress de l’animal. En effet, l’animal est hébergé dans une cage d’hébergement classique (500 cm2) dans le système de calorimétrie indirecte. La seule nuisance pouvant entrainer une modification du comportement de l'animale et du comportement d'espèce est que la mesure en cage de calorimétrie ne peut se faire que sur animal isolé. L'animal préserve mieux sa température corporelle lorsqu'il est en groupe, pour remédier à cela l'animal aura à sa disposition tout le matériel nécessaire à la confection d' un nid. L'interaction sociale (hiérarchie, diminution de l’anxiété, routine journalière) entre animaux de la même espèce est reconnue, l’individualisation peut avoir une incidence comme un surcroit d’anxiété. L'observation régulière de l'animal est primordiale.

Devenir

Les animaux seront mis à mort à l'issue de la procédure par dislocation cervicale. Le sang et différents tissus seront prélevés pour des analyses biochimiques et transcriptomiques

Remplacement

L’utilisation d'un modèle animal est indispensable pour étudier le métabolisme énergétique de manière intégrée. Elle ne peut se faire que sur l’animal vigile. L’étude des différents paramètres métaboliques impactés par une modification d’expression du gène cible dans des organes précis nécessite l'utilisation d'un modèle in vivo. La souris représente un modèle de choix pour l'étude des dysfonctionnements métaboliques car de nombreuses voies de régulation métabolique sont conservées entre souris et homme, permettant ainsi une extrapolation des résultats obtenus

Réduction

Le nombre d’animaux sera réduit au maximum en tenant compte des impératifs de l’analyse statistique. La lecture métabolique effectuée sur plusieurs jours permettra de réduire la variabilité intrinsèque de l’animal et inter animal, et limite le nombre d’animaux utilisés. Le choix de l'analyse statistique est déterminant. l'ANOVA, ANCOVA ou une ANOVA avec mesures répétées entre les lignées et leurs contrôles respectifs seront prioritaires. Enfin à l’issue de cette étude une analyse en composante Principale (CPA) sera menée en intégrant les 4 lignées en interaction avec les tests d'adaptation (Jeun, reprise alimentaire et thermoneutralité) afin de ranger en ordre (avec sa probabilité) l'importance de chaque organe (dont le facteur de transcription aura été invalidé) dans les paramêtres mesurés, le tout en fonction du temps.

Raffinement

L’analyse métabolique n’induit pas de douleur à l’animal. Elle est non invasive et limite au maximum le stress de l’animal. La mesure en calorimétrie indirecte s’effectue dans des cages d’hébergement classiques. L'animal aura à sa disposition tout le matériel nécessaire à la confection d' un nid. Pour rappel, les conditions d’hébergement et les caractéristiques de la cage métabolique sont les suivantes : - l’animal est hébergé dans une cage d’hébergement classique (500 cm2), conforme à la directive 2010/63/EU : 371 x 189 x 126 mm (LxlxH). - différents enrichissements sont présents dans la cage (roue d’activité, carré de coton). - les capteurs sont encastrés dans le couvercle de la cage et ne gênent pas l’animal dans ses déplacements - les cages sont non-hermétiques et sont soumises à un flux d’air calibré de 2litres/min. En cas de problème technique, un échange d’air (passif) avec l’extérieur est maintenu. Des points limites et des critères d'arrêt de l'expérience ont été prévus en cas d'anomalie de comportement ou d'alimentation. Le tout est effectué de manière automatique, de jour comme de nuit et sans intervention de l’opérateur. L’analyse ne peut se faire que sur l’animal individualisé.

Choix des espèces

L’espèce souris Mus musculus a été choisie car c’est le seul modèle de souris transgéniques (KO) disponible qui permet d’étudier la physiologie des mammifères dans une population homogène d’animaux (même fond génétique). De plus, la souris représente un modèle de choix pour l'étude des dysfonctionnements métaboliques car de nombreuses voies de régulation métabolique sont conservées entre souris et homme, permettant ainsi une extrapolation des résultats obtenus. De plus,l'utilisation de modèles de souris transgéniques permet une étude approfondie de l'étiologie de maladie métabolique comme le diabête de type 2, la stéatose hépatique, et l'obésité en général. Enfin, la disponibilité de données bibliographiques importantes sur la physiopathologie de la souris est un atout important dans l'analyse et l'interprétation de nos travaux de recherche sur ce modèle animal. Les souris doivent être âgées au minimum de 12 semaines, c'est à dire à l’âge adulte : (1) lorsque toutes les structures cérébrales sont stabilisées pour ne pas impacter leurs comportements alimentaires et locomoteurs au cours du temps ; (2) la masse de l’animal est plus stable à l’âge adulte ce qui permet une analyse fiable et robuste durant le temps de l’expérimentation.

10 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque animal subit une chirurgie de deux heures pour implanter des électrodes et un dispositif d'enregistrement sous la peau, reste isolé cinq semaines, puis est exposé à des odeurs et images de chats pour provoquer un stress de prédation. Le porteur reconnaît que l'isolement prive l'animal de son comportement social et que la présence simulée d'un prédateur induit "probablement" un stress, objet même de l'étude. Ce projet préliminaire vise à obtenir des données pour une demande de financement, et les animaux sont tués pour analyser leur cerveau et les tissus entourant l'implant.

Objectifs

Ce projet utilisant un nombre réduit d’animaux (n=10) est une demande préliminaire à une demande ANR jeune chercheur. Il a pour but de valider la fonctionnalité et la pérennité d’un système d’enregistrement électrophysiologique, la tolérance de l’animal à l’implantation sous cutanée du dispositif dans une durée de 30 jours maximum. Il aura également pour but d’exposer le rat à un contexte de prédation, uniquement sous réserve d’une totale cicatrisation des plaies et de scorage de suivis nuls. Cette expérience permettra de récolter des données préliminaires de sommeil simulant l’exposition à un contexte de prédation le plus écologique possible. Ces données serviront de base à une resoumission de projet à l’ANR en mars 2022. L’objectif global de l’ANR est de comprendre comment la prédation (l'un des principaux facteurs de sélection naturelle) a façonné le phénotype et l'évolution du sommeil. En effet, l’omniprésence du sommeil dans le règne animal suggère qu'il est essentiel à la survie, cependant, le sommeil et ses sous-états restent mal compris. Les animaux exposés à la prédation doivent être plus vigilants pour augmenter leur chance de survie, cependant quand ils dorment ils sont potentiellement plus vulnérables car moins sensibles à leur environnement. Le sommeil constitue donc un comportement extrêmement risqué pour de nombreuses espèces. Pour cette raison, la pression de prédation a été proposée comme explication de la diversité des habitudes de sommeil observées chez les mammifères et autres animaux. Une variabilité de certaines caractéristiques du sommeil, telles que sa durée quotidienne chez les paresseux, les quantités relatives de sommeil paradoxal et sommeil lent chez les rats, la durée quotidienne de sommeil chez les rats, le sommeil unihémisphérique chez les canards et la fragmentation du sommeil chez les colombes, a pu être corrélée indirectement avec une pression de prédation. Cependant, aucune étude n'a testé expérimentalement (sur des animaux élevés en laboratoire ou sauvages) comment les phénotypes du sommeil à plusieurs niveaux (physiologie, activité cérébrale, métabolisme et comportement) sont affectés par la pression de prédation, et si les processus associés à cette interaction sont plastiques (régulé par les effets environnementaux) ou génétiques et donc héréditaires. C’est le but de du projet ANR, qui se basera sur l’étude du sommeil de populations de rats sauvages ayant grandi avec ou sans prédation.

Bénéfices attendus

Outre l’obtention de données préliminaires qui permettront grandement d’augmenter les chances de financement, ce projet permettra le développement d’une méthodologie d’enregistrement complet du sommeil des animaux en conditions semi-naturelles. En effet, le développement d’un implant sous cutané, miniature, de grande autonomie, dédié au sommeil ouvre de nouvelles perspectives pour une meilleure compréhension des animaux en veillant à leur bien être puisqu’ils ne seront plus équipés de câble et pourrons même être, à terme, stabulés en groupe. C’est une vraie amélioration d’un point de vue qualité et quantité des données acquises, permettant ainsi de répondre à des questions plus complexes tout en limitant le nombre d’animaux. Enfin, étudier l’effet de la prédation sur le sommeil permet aussi de comprendre le lien entre stress/peur et sommeil, deux états étroitement liés et source de nombreux troubles chez l’homme.

Procédures

Les 5 animaux seront isolés durant les 5 semaines prévues pour la procédure. Ils subiront une anesthésie générale pour une intervention chirurgicale consistant à implanter des électrodes pour les enregistrements des paramètres physiologiques (activités cérébrales, musculaires, oculaires, cardiaques et température) et un dispositif autonome sous cutané de récolte des données physiologiques pendant 40 jours. La durée de l'intervention chirurgicale durera 2 heures maximum. Après 15 jours de récupération et validation de la tolérance à l'implant sous cutané et 1 semaine pour ceux ayant un implant externe, les animaux seront exposés au protocole de prédation pendant 1 semaine (à raison de 2 fois 3 heures par jour).

Impact sur les animaux

Ils subiront d’abord une anesthésie générale pour une chirurgie implantatoire (pose d’électrodes pour les enregistrements électrophysiologiques du sommeil et d’un implant sous cutané au niveau dorsal pour enregistrer le sommeil en autonomie totale). La procédure chirurgicale de la pose des électrodes est maitrisée. Le caractère novateur de ce projet d’un point de vue expérimental sera la présence d’un implant sous cutané dont la taille a été réduite au maximum (1cm x 4cm x 1.5cm et 15g) et rendu biocompatible (encapsulation en silicone). Ceci pourra donc entrainer une gêne pour l’animal. C’est d’ailleurs ce que nous chercherons à évaluer et à éviter grâce à un suivi quotidien des animaux et à l’optimisation de notre implant. Enfin, si l’aspect implantation sous cutané est validé et ne pose aucun problème aux animaux, durant les 15 jours de récupération, ils seront exposés individuellement et de façon périodique pendant une semaine des stimuli olfactifs et visuels provenant de chats. Bien que les animaux soient en totale sécurité dans leur cage dotée d’un abri, ils vont ressentir probablement un stress dû cette présence. C’est d’ailleurs aussi tout l’objet du projet, évaluer l’impact de ce stress sur leur sommeil. Enfin, dans l'intérêt de leur bonne récupération, l'obtention de résultats reproductibles en éliminant toute interférence provoquée par l'effet groupe, les rats seront isolés durant les 5 semaines de la procédure. Ils n'auront donc pas la possibilité d'exprimer leur comportement social durant cette procédure.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort en fin de procédure. Bien que rendu biocompatible, il sera nécessaire d'évaluer le degré de tolérance de l'implant sous cutané. Pour cela, l'implant sous cutané sera retiré. Les données d'enregistrements seront récoltées et les tissus environnants seront prélevés pour effectuer une analyse histologique qui nous indiquera le degré éventuel d'inflammation provoqué par sa présence. De plus, il sera primordial de prélever le cerveau des animaux et d'analyser histologiquement les potentielles structures cérébrales impactées par le contexte de prédation et les perturbations attendues du sommeil.

Remplacement

Il n’est pas possible de remplacer le modèle animal dans le cadre de ce projet qui s’intéresse à la réponse complexe d’un organisme. Le rat est le modèle idéal de par sa taille, sa disponibilité et l’étendu des connaissances que nous avons déjà sur sa physiologie.

Réduction

En augmentant la quantité des paramètres collectés nous réduisons le nombre d’expérience et donc le nombre d’animaux. Par ailleurs, dans le cadre de ce projet, le nombre a été limité au strict minimum (5 animaux avec implant sous cutané et 5 avec implant externe) pour permettre la validation du dispositif et la collecte de données préliminaires. De plus, nos connaissances et notre maitrise en chirurgie implantatoire sur cette espèce nous permet de prévoir un nombre d'animaux minimal. A noter que ces effectifs ne seront pas utilisés dans leur totalité si nous sommes capable d'enregistrer la totalité des expériences prédation avec les animaux avec implant. L'objectif global est recolter des données de sommeil en contexte de predation sur 4 animaux au total et de valider la fiabilité de l'implant sur deux animaux (car sa tolérance a déja été validée sur deux animaux pendant 30 jours) cf DAP V6.

Raffinement

En développant un implant sous cutané, nous permettons à l’animal de se déplacer librement et d’exprimer toute la complexité de son comportement. Ce projet préliminaire s'inscrit d'ailleurs dans un projet futur plus large, qui nous permettra d'enregistrer des animaux en milieu semi naturel donc hautement enrichi. L’enregistrement de plusieurs paramètres physiologiques et cérébraux permet aussi en une expérience d’accumuler beaucoup d’information qui aurait nécessité plusieurs dispositifs parfois filaires auparavant et donc plus gênant pour l'animal.

Choix des espèces

Ce projet est préliminaire et permettra, une fois validé expérimentalement, d’utiliser le dispositif d’enregistrement dans le cadre d’un futur projet de plus grande envergure sur des rats sauvages en milieu naturel. Le rat est suffisamment gros pour supporter notre instrumentation et son sommeil est très bien connu en laboratoire. Par ailleurs c’est une espèce invasive. Il est donc disponible facilement à l’état sauvage. Il a aussi colonisé différent milieu plus ou moins exposé à la prédation, il est donc un modèle de choix pour notre projet. De plus, le sommeil est un état complexe. L’objectif de l’étude est de déterminer quelle part de son expression est influencée par la prédation (rythme, physiologie, mouvement, position, localisation, activité cérébrale). Des rats adultes de 4 mois seront utilisés pour ce projet. Les animaux devront d’une part avoir un âge avec unepleine maturité cérébrale et, d'autre part, une taille et un poids suffisants (400g environ) afin de supporter l’implant sous cutané.