Oncologie

Toutes tuées à l'issue pour "récupération et valorisation des tissus", 2 181 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une greffe de cellules de cancer de l'ovaire humain chimiorésistant, sont transportées entre deux établissements, puis reçoivent des radioligands couplés à un isotope avant 45 minutes d'imagerie TEP sous anesthésie et des prélèvements de sang à la veine saphène. Le porteur attend de cette irradiation ciblée qu'elle abîme l'ADN des cellules tumorales, signale que l'accumulation des radiotraceurs dans certains organes peut provoquer une irradiation localisée des tissus sains, et annonce une observation quotidienne du comportement, rupture du lien social et prostration, sans décrire de test comportemental. Sur le remplacement, il écrit qu'aucune puce microfluidique ni aucun organoïde ne restitue la distribution d'un composé dans un "organisme entier", et conclut à la "nécessité" de recourir à la souris.

Objectifs

Dans le domaine de la médecine nucléaire, la thérapie par radioligand (TRL) représente une avancée majeure pour le traitement des cancers. Cette approche théranostique repose sur l’utilisation d’agents biologiques, tels que des peptides ou des anticorps, ciblant spécifiquement des protéines exprimées à la surface des cellules tumorales, couplés soit à un radioisotope d’imagerie pour le diagnostic, soit à un radioisotope thérapeutique. Cependant, aucun agent théranostique n’existe encore pour des cancers agressifs tels que le cancer de l’ovaire séreux de haut grade dont le sombre pronostic est généralement associé à des résistances à la chimiothérapie. Ce projet multisite se déroulera sur deux établissemnents utilisateurs et vise à évaluer l’efficacité de nouveaux radioligands, développés pour cibler de façon spécifique différentes protéines membranaires surexprimées à la surface des cellules tumorales ovariennes. À ce jour, quatre cibles dont les ligands naturels sont déjà bien caractérisés ont été identifiées. Le premier objectif de ce projet consistera à évaluer la biodistribution de différentes molécules dirigées contre ces quatre cibles d’intérêt, après couplage à un radioisotope d’imagerie, afin de vérifier leur spécificité. Le second objectif sera d’étudier l’efficacité thérapeutique de ces molécules en les couplant avec un radioisotope thérapeutique émettant des rayonnements ionisants afin de créer des dommages à l’ADN des cellules tumorales ciblées et de provoquer leur mort. Des souris porteuses de tumeur sous-cutanées ovariennes humaines (chimiorésistantes) seront ainsi utilisées soit pour réaliser des imageries par Tomographie à Emission de Positron (TEP) après injection d’un radioligand couplé à un radioisotope d’imagerie ; soit pour étudier le suivi de la croissance tumorale après injection d’un radioligand couplé à un radioisotope thérapeutique. Cette étude a pour but d’évaluer la spécificité et l’efficacité thérapeutique de radioligands ciblant des protéines surexprimées dans les cancers de l’ovaire. Cela permettra de sélectionner les candidats les plus prometteurs qui pourraient avoir un intérêt dans le traitement de ces cancers.

Bénéfices attendus

Ces travaux permettront de déterminer la faisabilité d’une approche théranostique, chez les patientes atteintes de cancer de l’ovaire, en fournissant de précieuses informations sur la distribution des radioligands au sein de l’organisme, son excrétion et stabilité dans le sang, connaissances indispensables pour le choix des radioligands possédant la meilleure efficacité thérapeutique, tout en minimisant les effets sur les tissus sains. Ainsi, cela permettrait d’envisager de nouvelles méthodes de prise en charge des patientes atteintes de cancer de l’ovaire grâce à la théranostique, dans l’espoir d’augmenter leurs perspectives de survie et d’améliorer leur qualité de vie pendant et après le traitement, par la diminution des effets secondaires. De plus, les 4 récepteurs d'intérets étant également surexprimés dans d’autres types de cancers, cela pourrait étendre les bénéfices de ces composés innovants à d’autres patients.

Procédures

Injection de cellules tumorale (5minutes sous anesthésie gazeuse). Transfert entre les deux sites : moins de 3 km (environ 10 minutes). Injection de radiotraceurs (2 minutes) sous anesthésie gazeuse suivi d'imagerie TEP sous anesthésie gazeuse : environ 45 minutes. Prélèvements sanguin (veine saphène) sous contention : 1 minute.

Impact sur les animaux

Une inspection détaillée et quotidienne dans les périodes critiques, i.e. après implantation et après traitement, de chaque animal est effectuée afin d’observer le comportement et les symptômes cliniques de l’animal : rupture du lien social, prostration, grimace scale. De plus, de l’aliment gélifié leur sera proposé. Les animaux ressentiront de l’inconfort, voire de la douleur, en raison de la nécessité de procéder à des injections de cellules tumorales ou de radiotraceurs : - Stress de la préhension des souris pour les implantations des tumeurs : environs 2 min - Inconfort associé au développement tumoral : légère gène au niveau moteur : environ 2 semaines - Au moment du transfert des animaux : environ 3 jours - Injections des radiotraceurs sous anesthésie : pas de stress en dehors de la préhension pour sédation - Imagerie TEP : pas de stress ni douleur prévue, car non invasif et réalisé sous anesthésie Les signes de toxicité possibles sont principalement liés à l’accumulation des radiotraceurs dans certains organes qui peut entrainer une irradiation localisée. Ces toxicités seront évaluées via les études de bio distribution (et comptage gamma après prélèvements d’organes). Nous serons tout de même attentifs aux pertes d’appétit, de diarrhée et de perte de poids.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort pour récupération et valorisation des tissus.

Remplacement

Bien que de nombreux modèles in vitro, de plus en plus poussés, existent et qu’il s’agisse d’un champ de la biologie en essor, il n’est à l’heure actuelle pas possible de remplacer un organisme vivant par une puce microfluidique ou un organoïde. En effet, dans le cadre de l’étude présentée ici, il est nécessaire d’évaluer des paramètres tels que la distribution au sein d’un organisme entier ainsi que l’excrétion des radioligands. Tout ceci nécessite des systèmes circulatoires et excrétoires, dont toute la complexité ne saurait encore être retranscrite artificiellement. C’est pourquoi il est nécessaire d’avoir recours à un modèle murin. Les étapes de recherche de récepteurs cibles ont été menées in silico. Par ailleurs, les étapes de validation des cibles ainsi qu’une première sélection des ligands présentant les meilleures caractéristiques (liaison spécifique au récepteur cible et capacité d’internalisation) ont été réalisées in vitro, sur des lignées cellulaires de cancer ovarien. Cela permet ainsi de réduire l’utilisation d’animaux et leur utilisation n’arrive qu’à la fin d’un processus réfléchi et optimisé, de sorte à en minimiser l’usage.

Réduction

Les différents tests in vitro permettent de sélectionner uniquement les composés ayant montré les meilleures caractéristiques pharmacologiques avant l’utilisation d’animaux. La quantité d’animaux utilisée a été réduite au minimum nécessaire, en limitant la quantité de ligands testés grâce à une analyse « en entonnoir ». Ainsi, le nombre d’animaux annoncé est un nombre maximum est pourra être réduit si un des radioligands testés répond à tous les paramètres étudiés. De plus, le nombre d’animaux utilisés par groupe a été défini comme le nombre minimum nécessaire pour être en mesure de mettre en évidence une différence statistiquement significative sur les paramètres étudiés.

Raffinement

Concernant l'hébergement, les cages sont insérées dans un portoir ventilé, permettant le maintien d’un statut sanitaire exempt d’organismes opportunistes et pathogènes et d’éviter l’apparition d’infections. Pour chaque procédure chirurgicale, les souris sont maintenues sur des tapis chauffants et leurs yeux lubrifiés afin d’éviter toute sècheresse ou irritation oculaire. Les conditions d’anesthésie sont réalisées pour une meilleure prise en compte de la douleur. Afin de diminuer l'effort en convalescence, de l'aliment gélifié est placé dans les cages après chaque anesthésie (il aura été présenté en amont aux souris pour les habituer et passer l’étape de néophobie alimentaire). En fin de protocole, les souris seront placées dans une salle isolée du reste des souris pour la mise à mort et les manipulations post-euthanasies seront également réalisées dans une autre pièce. Les animaux seront transportés entre les deux établissements (3 km) suivant une procédure de transport déclarée lors de l’agrément de l’établissement (cheminement et conditions de transport validés par signature d’une charte de transport). Tout au long du déroulement des expériences, une observation quotidienne de l’état clinique des souris utilisées sera assurée. Les greffes sont réalisées sous anesthésie gazeuse afin de réduire à son strict minimum le stress et la souffrance de l’animal. Les antalgiques ou anti-inflammatoires non stéroïdiens sont prévus et pourront être utilisés si nécessaire. Les tumeurs seront mesurées 2 fois par semaine afin de suivre leur progression et/ou l'apparition de zones de nécrose. Des points limites suffisamment prédictifs et spécifiques au projet seront appliqués.

Choix des espèces

La souris demeure un modèle de choix pour les études précliniques en oncologie : les souches sont parfaitement décrites et la parenté biologique des souris avec l’Homme permet d’obtenir des informations extrapolables à la pratique clinique humaine. Les animaux seront utilisés à l’âge adulte, soit entre deux et six mois. Les expériences sur adultes permettent de garantir une bonne reproductibilité et donc une réduction du nombre d’animaux à utiliser.

Une injection de cellules tumorales directement dans le poumon ouvre le protocole, suivie de trente jours d'immunothérapie tous les quatre jours et de séances d'imagerie sous anesthésie. 84 souris mâles de 50 semaines sont utilisées, toutes tuées à l'issue pour prélèvement de sang et de tissus, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Trois fois au cours du protocole, elles passent un test d'agrippement où le manipulateur les tire par la queue, une course sur tapis roulant poussée jusqu'à l'épuisement et un test d'équilibre au rotarod, pour mesurer si une supplémentation en acides gras et en bêta-hydroxybutyrate combinée à de l'activité physique volontaire renforce l'effet de l'immunothérapie. Le porteur annonce que la tumeur peut provoquer des difficultés respiratoires, de la léthargie et de l'agressivité, et qu'au-delà de trois points limites notables ou d'un point sévère "il sera pris une décision afin de limiter la douleur à son maximum", sans dire laquelle.

Objectifs

L’immunothérapie est une stratégie thérapeutique en plein essor, notamment dans le cancer du poumon, car elle n’induit pas de toxicité secondaire comme les traitements par radiochimiothérapie. Son efficacité reste cependant à améliorer car tous les patients ne répondent pas aux traitements d’où la nécessité de travailler sur des traitements adjuvants. Nous souhaitons combiner 2 approches pour améliorer cette efficacité : - nutritionnelle : supplémentation en acides gras polyinsaturés et en béta-hydroxybutyrate - activité physique : mise en place d’enrichissement dédié à l’augmentation de l’activité physique volontaire.

Bénéfices attendus

Nous attendons à ce que nos traitements améliorent l’efficacité de l’immunothérapie. Pour voir cela, nous suivrons l’évolution du volume tumoral. Des traitements adjuvants tels qu’une supplémentation nutritionnelle ou la mise en place d’une activité physique adaptée est envisageable au cours du traitement par immunothérapie chez les patients. Il y a donc une réelle possiblité de transfert des résultats obtenus dans ce projet en clinique.

Procédures

Les supplémentations nutritionelles se feront ad libitum, par remplacement de l’eau de boisson par le béta-hydroxybutyrate et avec des croquettes pour les acides gras en débitant une semaine vant la tumorigenèse puis pendat les 30 jours du suivi tumoral. L’implantation des tumeurs sera effectuée par injection intra-pulmonaire. Le suivie du volume tumoral par imagerie de biolomuminescence durera 30jours. L’administration de l’immunothérapie sera effectuée tous les 4 jours pendant les 30 jours de tumorigenèse par injection intra-péritonéale d’anicorps anti PD-1. La tumorigenèse sera suivie par imagerie avec calcul du volume tumoral sous anesthésie à l’isoflurane. La mesure de la synthèse protéique sera effectuée après injection sous cutané d’un traceur (isotope stable). Le test d'agrippement sera réalisé à l'aide d'un dynamomètre munie d'une grille où la souris s'accroche, le manipulateur tire alors la souris par la queue. La mesure de la vitesse maximale de course sera effectuée sur un tapis roulant, le test s'arrête quand la souris est épuisée, elle reste alors sur une grille en bout de tapis. Le test dure en moyenne une quizaine de minutes. Une habituation au tapis de course aura lieu en amont du test. Le test d'équilibre au rotarod se déroule sur un cylindre en rotation, les souris seront habituées à cette procédure en amont. Le test dure en moyenne 2-3 minutes. Le passage en echoMRI implique une légère contention des animaux dans un tube placé dans l'appareil. La mesure dure 1 minute environ. Les mesures de performances physiques ainsi que l'echoMRI auront lieu juste avant l'implanttaion (J0) puis à J15 et J30 post-implantation.

Impact sur les animaux

La tumorigenèse peut s'accompager de difficultés respiratoires, d'une perte de poids, de comportements anormaux, tels que l'isolement social, la léthargie, l'agressivité́ accrue ou une altération de la locomotion. Les souris seront surveillées quotidiennement pour suivre leur comportement général.

Devenir

tous les animaux seront euthanasiés à la fin du protocole pour prélèvements de sang et de tissus

Remplacement

L’utilisation d’animaux, dans ce projet est absolument nécessaire et ne peut être remplacer par l’utilisation de systèmes de culture cellulaire à 2 voire 3 dimensions. En effet, ces systèmes ne permettent pas d’aborder les relations inter-organes et de mesurer simultanément la digestibilité des acides gras polyinsaturés w3 et du béta-hydroxy-butyrate, l’évolution de la fonctionnalité musculaire, de la performance et de la mobilité, le métabolisme protéique musculaire et le statut inflammatoire circulant et enfin l’évolution du volume tumoral.

Réduction

Le nombre d’animaux utilisés dans ce projet est réduit à son minimum sans en compromettre les objectifs. Il a été déterminé par un calcul d’échantillonnage. Le nombre de souris nécessaires à l’étude est calculé pour une différence attendue de 25% pour le volume tumoral entre les souris supplémentées en acides gras ou en béta-hydroxybutyrate + activité physique et les souris nourries avec un régime standard. Des études antérieures ont montré que la variabilité du paramètre choisi est de 14%. L’effectif est calculé pour un risque de 1ère espèce alpha de 5% et un risque de 2ème espèce béta de 5%. Ainsi, le nombre de souris nécessaires par groupe est de 8. Toutefois, afin d’anticiper une mortalité éventuelle liée à la tumorigénèse, nous avons choisi de débuter l’étude avec des groupes de 12 souris. Le nombre total de souris nécessaires à la réalisation de ce projet est donc de 84. Pour comparer les résultats des différents paramètres mesurés, nous utiliserons une ANOVA (analyse de la variance) à 2 voies (effet régime, effet activité physique, interaction) suivie d’un test de comparaisons multiples, le test de Tukey si les conditions d’utilisation de l’ANOVA sont remplies (normalité des résidus et égalité des variances). Dans le cas contraire, le test non paramétrique de Kruskal-Wallis suivi d’un test de comparaisons multiples non paramétriques, le test de Dwass-Steel, seront réalisés.

Raffinement

Les conditions d’élevage, d’hébergement, de soin et les méthodes utilisées seront les plus appropriées pour éviter et réduire au maximum toute douleur, souffrance, angoisse ou dommage durable que pourraient ressentir les animaux. Les souris seront hébergées par 6. Tous les animaux auront un accès illimité à leur régime et à l’eau de boisson. Quotidiennement, l’animalier observera le comportement général de chaque souris, son apparence et contrôlera la présence d’eau et de nourriture. Hebdomadairement, les animaux seront pesés et un contrôle de consommation sera réalisé. L’état général de l’animal sera noté sur le cahier de suivi et l’expérimentateur sera informé de toutes observations anormales. Une grille d'évaluation définissant des points limites sera mise en place. Elle permettra d'identifier des points limites notables et des points limites graves. Si un animal présente 3 points limites notables ou 1 point sévère, il sera pris une décision afin de limiter la douleur à son maximum.

Choix des espèces

Pour réaliser notre projet d’étude, nous avons choisi la souris C57BL/6 car nous allons leur injecter des cellules tumorales issues de souris C57BL/6. Le modèle de tumorigenèse est donc syngénique et orthotopique. De plus, ces souris sont très actives en environnement enrichi ce qui est crucial pour tester l’effet de l’activité physique volontaire. Nous avons utilisé cette espèce par le passé et validé toutes les procédures détaillées dans ce dossier avec ces souris. Chez l’homme, le cancer du poumon non à petites cellules est diagnotiqué à l’âge moyen de 65 ans. Nous utiliserons par conséquent des souris mâles adultes de 50 semaines.

Pour mesurer ce que deux versions mutées d'une protéine de la graisse brune changent au métabolisme, 3 456 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour prélèvement de tissus. Elles sont soumises à des tests de 150 minutes avec administration de glucose ou d'insuline, à des mesures de composition corporelle en tube de contention, à un régime enrichi en lipides destiné à les rendre obèses, et à des séjours au froid, isolées jusqu'à cinq heures ou en groupe pendant sept jours. Le porteur reconnaît que l'isolement de 96 heures imposé par la mesure de dépense énergétique "va nuire au bien-être des animaux", que les mises au froid génèrent "sûrement le plus grand stress" et que le réveil après chirurgie "peut s'avérer douloureux même si des antalgiques sont administrés". Face à ces atteintes, le bénéfice annoncé reste au conditionnel : ces souris "pourraient également servir à cribler des molécules d'intérêt" contre le diabète lié à l'obésité chez l'humain.

Objectifs

CCe projet a pour objectif de caractériser les effets potentiels de mutants d’une protéine dans la physiologie et la pathologie, notamment dans la prévention du diabète associé l’obésité, autrement appelé Diabésité. Cette protéine est la protéine majoritairement présente dans le tissu adipeux brun des rongeurs, tissu véritable régulateur du métabolisme énergétique, notamment grâce à la présence en abondance de mitochondries. Cette protéine est localisée dans la membrane interne de ces organites, véritable usine énergétique des cellules. Elle est également retrouvée dans des dépôts adipeux humains sous certaines conditions et notamment chez des volontaires sains plongés dans des eaux froides de manières aigue ou chronique (à 17°C durant 2h ou pendant 6 semaines par exemple). Elle intervient donc dans la chaîne de production de l’énergie. Récemment, des études ont mis en évidence l’importance de mutants de cette protéine, grâce à un modèle de sphéroplastes de levure. Ces premiers résultats in vitro ont permis de sélectionner des mutants de cette protéine qui seront créés par la technologie Crispr-Cas9 (plus communément connue sous le terme de ciseaux moléculaires) puis analysés dans des modèles cellulaires puis murins transgéniques. Ces analyses comprendront divers tests de tolérance à différentes molécules, des mesures de composition corporelle et de dépense énergétique, sur des animaux hébergés à plusieurs températures et dans des conditions nutritionnelles standard ou obésogènes. Le projet se déroule dans deux Établissements Utilisateurs.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra de mieux comprendre le rôle in vivo d’une protéine thermogénique majeure du tissu adipeux brun dans la régulation du métabolisme énergétique à travers l’analyse de mutants. Ces modèles murins trangéniques pourraient également servir à cribler des molécules d’intérêt dans le traitement de la « Diabésité » chez l’Homme.

Procédures

Tous les animaux, quelles que soient les procédures réalisées dans l’EU-0549 subiront : 1. des tests in vivo d’une durée de 150 min chacun avec administration de glucose ou d’insuline par voie orale ou par voie intrapéritonéale; 2. des mesures de composition corporelle en début, moitié et fin de protocole, soit 3 x 2 min par animal. Des animaux seront isolés de leurs congénères pour mesure de leur dépense énergétique à trois températures différentes durant une période de 96h. D’autres animaux seront mis au froid isolés pendant une durée maximale de 5h (test aigu) ou gardés ensemble pendant 7 jours (test chronique). Enfin, il est possible que des animaux soient traités de manière aigue ou chronique, selon la nature de la molécule administrée, les traitements sont généralement réalisés de manière quotidienne. Si une chirurgie devait être pratiquée, elle serait unique et durerait environ 1h par animal, de l’administration d’un antalgique en pré-opératoire au réveil. Les tests de sensibilité à l'insuline et de transport du glucose réalisés le jour des nécropsies et nécessitant l'utilisation de molécules radiomarquées seront menés dans l'EU2/2.

Impact sur les animaux

Les nuisances potentielles associées aux expérimentations incluent : les effets liés au régime alimentaire enrichis en lipides, entraînant un risque d’inconfort de l’animal avec une prise de poids qui ne limitera cependant pas sa mobilité ; les prélèvements répétés de sang au niveau de la veine caudale lors des tests in vivo provoquent un stress modéré chez les souris; les mesures de composition corporelle occasionnent un léger stress dû à l’isolement des animaux dans un tube de contention pendant environ 2 minutes seulement ; les gavages peuvent également induire un inconfort voire un léger stress ; les mesures de dépense énergétique nécessitent un isolement des animaux, ce qui va nuire au bien-être des animaux ; les mises au froid lors des tests de tolérance ou lors des mesures de calorimétrie indirecte génère sûrement le plus grand stress, le réveil post-chirurgie peut s’avérer douloureux même si des antalgiques sont administrés, enfin le transport d’un établissement utilisateur à l’autre peut entraîner de l’inconfort même si la distance est restreinte et sera réalisé selon des procédures établies et bien éprouvées.

Devenir

Comme indiqué dans les pagraphes concernant chacune des procédures expérimentales, les animaux seront nécropsiés en fin de procédure pour récolter des tissus d'intérêt.

Remplacement

Les approches de remplacement ont été soigneusement considérées dans le cadre de ce projet. Les résultats in silico de modélisation de nombreux mutants de notre protéine d’intérêt ont donné lieu à une parution abondante en 2023. Certains de ces mutants ont été testés in vitro dans des sphéroplastes de levure ou après reconstitution de liposomes. Nous allons ainsi nous focaliser sur deux d’entre eux. Comme ces modèles restent insuffisants pour analyser l’importance des mutants de notre protéine d’intérêt dans un contexte physiologique ou pathologique nous allons créer des animaux génétiquement modifiés par la technique « des ciseaux moléculaires » et déclencher par une mise en régime enrichi en lipides et/ou par un hébergement à thermoneutralité des conditions pathologiques.

Réduction

Le principe de réduction a été appliqué dans ce projet pour limiter le nombre d’animaux utilisés tout en assurant la robustesse scientifique des résultats. Le nombre d’animaux par groupe a été basé sur des données existantes de la littérature et des études menées par l’équipe sur d’autres sujets. Une taille de groupe de 32 animaux (16 mâles et 16 femelles répartis dans les deux génotypes d’intérêt) a été retenue pour garantir une puissance statistique suffisante tout en minimisant le nombre d’animaux nécessaires. Des approches complémentaires ont été mises en œuvre pour réduire encore davantage le recours aux animaux. Par exemple, des analyses bio-informatiques ont été utilisées en amont pour rationnaliser le choix des mutants et orienter les expérimentations in vivo. En cas d’effets imprévus ou de résultats statistiquement concluants obtenus avec un sous-groupe, les expériences seront immédiatement réévaluées pour affiner le nombre d’animaux encore à utiliser.

Raffinement

Afin de maintenir le bien-être animal, les souris seront observées quotidiennement par les zootechniciens, ce qui permettra de déceler très rapidement toute souffrance. Un suivi du poids régulier (hebdomadaire) viendra compléter ces observations. Les souriceaux mâles seront regroupés au moment du sevrage de manière à éviter d’avoir un animal isolé durant la durée de la procédure. Les souris seront placées, au maximum par 5, dans des cages comprenant des enrichissements, dont le choix est fait en accord avec la Structure du Bien Etre Animal (SBEA) des sites (feuille d’essuie-mains, coton, bâtonnet de bois, bandes de papier KRAFT = sizzle-nest, igloo). Les animaux ne seront pas isolés, à l’exception de leur utilisation aiguë dans certaines procédures de ce projet ; ils resteront malgré tout en contact visuel et olfactif avec leurs congénères. Les classes de gravité des procédures utilisées dans le projet sont modérées et ne sont pas répertoriées comme engendrant des pertes d’animaux. Les injections ou gavages seront réalisées par des personnes formées et compétentes. Enfin, le transport inter-sites n’excèdera pas 10 minutes, les deux sites étant distants d’environ 100 m et sera réalisé selon la charte de transport mise en place par les deux établissements utilisateurs et signée par les expérimentateurs. Les animaux seront transportés dans leur cage d’origine dans des sacs exclusivement prévus à cet effet afin de minimiser leur stress durant cette période.

Choix des espèces

L’espèce Mus musculus (Souris), mammifère proche d’Homo sapiens, est le modèle animal expérimental le plus étudié dans la littérature, notamment pour les études physiologiques et métaboliques, ce qui permet de meilleures comparaisons et une certaine pertinence des résultats. Cette pertinence est améliorée par l’humanisation des modèles murins au niveau génétique et environnemental, ce dont nous tenons compte grâce à l’utilisation de divers régimes alimentaires, températures d’hébergement, âges et sexes. À travers l’utilisation du modèle Souris, nous pouvons travailler sur des modèles génétiquement modifiés qui présentent une ou des modifications pour le/les gène(s) d’intérêt et en analyser les conséquences phénotypiques. Les souris seront étudiées entres les âges de 8 à 24 semaines, car c’est la tranche d’âge la plus étudiée dans la littérature, notamment pour les études physiologiques et métaboliques. Cependant, et selon les résultats obtenus sur les premières cohortes, des analyses sur des animaux âgés entre 12 et 18 mois n’est pas à exclure. Les souris seront majoritairement étudiées entre les âges de 8 à 24 semaines, car c’est la tranche d’âge la plus étudiée dans la littérature, notamment pour les études physiologiques et métaboliques. Cependant, et selon les résultats obtenus sur les premières cohortes, des analyses sur des animaux âgés entre 12 et 18 mois n’est pas à exclure.

Infectées par le méningocoque, bactérie que le résumé décrit comme capable de se multiplier dans le sang, 810 souris sont suivies à 5 minutes, 30 minutes et 2 heures après l'inoculation, le prélèvement des organes intervenant à 19 h. Elles subissent au total six injections et deux prélèvements sanguins, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Des effets néfastes, le porteur ne retient que le stress et la douleur légère liés aux injections, aux prises de sang et à la contention, sans un mot sur ce que produit l'infection, alors que le projet porte précisément sur les atteintes du cerveau et du cœur qu'elle provoque. Les souris sont tuées par dislocation cervicale pour prélever le cœur et par exsanguination pour prélever le cerveau.

Objectifs

La méningite peut survenir suite à une infection bacrtérienne à méningocoques . En France, le taux de mortalité reste élevé à 8% des cas malgré l'existence de traitements. De plus, même en cas d'évolution non fatale, les séquelles sont fréquentes et graves (amputations et atteinte neurologique). Cette bacterié a le pouvoir de se multiplier dans le sang. Le but de ce projet est de comprendre les atteintes de la infection systemique de cette bacterié dans le corps. Les souris seront infectées avec des bactéries, et nous observerons l’évolution de l’infection à 5 , 30 minutes et 2 heures post-infection, après quoi à 19h les organes seront prélevés. Les souris seront mises à mort par dislocation cervicale pour prélever le coeur et par exsanguination pour le prélèvement du cerveau. Les lésions tissulaires et les infiltrations de cellules immunitaires pourront ainsi être analysées.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d'étudier les atteintes au cerveau et au coeur lors de l’infection par le méningocoque permettant à terme le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques

Procédures

La souris recevra un total de 6 injections. Deux prélèvements sanguins seront effectués chez la souris.

Impact sur les animaux

Les différentes injections peuvent induire un stress et une douleur légère de courtes durées . Le prélèvement de sang peut induire aussi un stress de courte durée. La contention peut induire un stress de courte durée.

Devenir

À l'issue de chaque procédure expérimentale, tous les animaux seront mis à mort afin de permettre la réalisation des prélèvements terminaux indispensables aux analyses histologiques, moléculaires et biologiques des tissus d'intérêt (cœur et/ou cerveau). Ces prélèvements nécessitent le recueil d'organes entiers et ne sont pas compatibles avec le maintien en vie des animaux. En conséquence, aucune réutilisation, remise en liberté ou placement des animaux n'est envisageable. Par ailleurs, tout animal atteignant un point limite prédéfini au cours de la procédure sera mis à mort de manière anticipée.

Remplacement

Ce projet vise à comprendre comment une infection à méningocoque affecte l’organisme et provoque la maladie. À ce jour, aucun modèle alternatif validé n’est décrit dans la littérature pour étudier ces mécanismes en remplacement de l’animal. Ainsi, afin de mesurer les paramètres métaboliques, le recours à des modèles animaux est nécessaire.

Réduction

Pour ce projet, nous utiliserons des souris males et femelles 7-10 semaines sur 5 ans. Le nombre de souris qui sera inclus dans chaque groupe sera le plus faibles possible pour pouvoir assurer la reproductibilité des expériences et répondre aux questions scientifiques. Des prélèvements auront lieu pour des analyses histologiques et de biologie cellulaire afin d’extraire le maximum de données de chaque expérimentation.

Raffinement

Afin de limiter la douleur de l’animal, une grille de score pour la détermination de points limites a été définie.

Choix des espèces

La souris est un bon modèle d’infection à méningocoque, largement décrit dans la littérature. Des souris âgées de 7 à 10 semaines seront utilisées, car leur système immunitaire est mature et fonctionnel. Cela permettra de mieux comprendre les atteintes lors de l’infection sanguine et pourrait conduire au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Cinq jours de gavage quotidien, puis une injection de glycérol ou de cardiotoxine dans le quadriceps sous anesthésie pour y provoquer une lésion musculaire : 2 232 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour prélever leurs tissus. S'y ajoutent deux tests métaboliques avec injection intrapéritonéale et prélèvements de sang à la queue, un régime enrichi en lipides dont le porteur indique que l'inconfort "pourrait durer plusieurs semaines", et des tests d'agrippement, de cadre inversé et d'endurance sur tapis roulant. L'objectif déclaré est d'établir un lien de cause à effet entre la graisse logée dans le muscle et deux mécanismes, la régulation du glucose et la régénération musculaire, chez des souris tuées à 2-3, 6-7, 12-13 ou 18-19 mois selon les groupes. Le porteur justifie le recours à Mus musculus en le décrivant comme "le modèle animal expérimental le plus étudié dans la littérature", ce qui permettrait "de meilleures comparaisons et une certaine pertinence des résultats".

Objectifs

L'augmentation du nombre de personnes âgées et/ou obèses constitue un enjeu majeur de santé publique. Ces 2 situations ont des conséquences (i) individuelles, favorisant la fragilité et la dépendance et (ii) sociétales, entrainant une augmentation des dépenses de santé. De plus, ce sont des facteurs de risque de pathologies telles que le diabète de type 2 (DT2), lié à des désordres du métabolisme glucidique, et la sarcopénie, liée à une diminution de la masse et de la force musculaire. Le vieillissement et l’obésité représentent deux contextes dans lesquels il y a émergence, au sein du muscle squelettique, d’un tissu adipeux intramusculaire (IMAT) dont les cellules matures sont les adipocytes intramusculaires. Ce tissu a été bien documenté dans les muscles squelettiques des animaux de rente, puisqu’il donne son goût à la viande, mais il n’existe que peu de données chez l’Homme. Toutefois, des données corrélatives semblent indiquer que la présence chronique d’IMAT pourrait participer à la perte de sensibilité à l’insuline musculaire participant à l’étiologie du DT2. Nos données préliminaires chez la souris sont encourageantes et vont dans le même sens. D’un autre côté des données observationnelles dans différents modèles murins de lésions musculaires, révèlent une émergence transitoire d’IMAT qui pourrait participer à la régénération musculaire nécessaire au maintien de la masse et de la force de ce tissu. C’est l’hypothèse que nous avançons. Il semble donc que l’IMAT via son abondance, sa cinétique d’apparition/disparition et/ou son phénotype soit un acteur important des fonctions métabolique et régénérative du muscle squelettique. Ce projet a comme objectif principal de montrer le lien causal entre (i) IMAT et désordres métaboliques glucidiques, principalement musculaires et (ii) IMAT et régénération musculaire ; ceci à l’aide d’un modèle murin transgénique dans lequel l’ablation spécifique et contrôlée des adipocytes intramusculaires, constituant l’IMAT, est possible. Afin d’avoir une étude la plus complète possible et étant donné le dymorphisme sexuel existant à la fois dans la composition corporelle (i.e. masses grasse et maigre), la régulation des métabolismes ou les capacités régénératives, des animaux femelles et mâles seront inclus dans cette étude. Ils seront étudiés à des âges physiologiques différents, afin de reproduire les effets de l’avancée en âge chez l’Homme. CE PROJET EST MULTISITE, IL SERA REALISE DANS 3 ETABLISSEMENTS UTILISATEURS.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra, pour la première fois, de mettre en évidence les effets d’un dépôt adipeux ectopique méconnu, l’IMAT sur l’homéostasie du muscle squelettique en fonction du sexe et de l’âge. Le muscle squelettique représente, en masse, le tissu le plus abondant de l’organisme et joue un rôle majeur dans certaines fonctions clés telles que la locomotion mais aussi dans la gestion de l’énergie, i.e. le métabolisme. Il devrait permettre, d’une part, d’obtenir des données nouvelles sur le contenu lipidique et le phénotype de l’IMAT (i.e. hypertrophie/ hyperplasie adipocytaire, inflammation, sécrétions, etc…), son évolution avec l’âge et/ou l’obésité mais également avec le sexe des individus. D’autre part, grâce à l’originalité du modèle de souris double transgénique permettant une diminution partielle ou totale de l’IMAT, il devrait permettre d’établir un lien causal (délétère ou bénéfique) entre ce tissu et les fonctions musculaires étudiées (i.e. métabolisme glucidique et régénération) selon le sexe, l’âge, le régime alimentaire et/ou le statut régénératif. Ce projet pourrait en particulier faire émerger des molécules actives (lipides, cytokines, etc…) explicatives des effets observés lors de l’obésité, du vieillissement ou bien de la régénération. A plus long terme, les connaissances générées par cette étude pourraient être exploitées en santé humaine puisque de nombreuses conditions pathologiques musculaires aiguës ou dégénératives sont caractérisées par un dépôt important d’IMAT. Nous anticipons que ces travaux pourraient donc avoir des répercussions sur le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques du patient en situation de fragilité musculaire résultant de l’avancée en âge, d’obésité ou même de myopathies.

Procédures

Dans les établissements utilisateurs 1 ou 3, la partie 1 du projet s’attellera à caractériser les désordres métaboliques glucidiques et l’IMAT en fonction de l’âge, du régime alimentaire et du sexe des animaux. Les animaux seront soumis à 2 tests consécutifs d'évaluation métabolique comprenant chacun 1 injection intrapéritonéale et des prélèvements sanguins caudaux (20 sec à 2 min/prélèvement, 130 μL de volume cumulé maximal). La partie 2 du projet étudiera le lien causal entre la présence d’IMAT et les désordres métaboliques glucidiques dans un modèle murin de lésion musculaire induite par l’injection intramusculaire de glycérol ou de cardiotoxine, facilitant le développement d’IMAT. Les animaux seront soumis à 1 injection unique dans le quadriceps sous anesthésie (moins de 10 min). Suivi, après 10 jours, de 2 tests consécutifs d'évaluation métabolique précédemment décrits. La partie 3 du projet étudiera le lien causal entre la présence d’IMAT et les désordres métaboliques glucidiques dans un modèle murin double transgénique permettant l’élimination sélective de l’IMAT, en fonction de l’âge, du régime alimentaire et du sexe des animaux. Les animaux seront soumis à un gavage 1 fois par jour pendant 5 jours (env. 20 sec). Suivi, après 2 semaines, d’une injection unique dans le quadriceps sous anesthésie (moins de 10 min). Puis, après 10 jours, de 2 tests consécutifs d'évaluation métabolique précédemment décrits. La partie 4 du projet concernera le lien causal entre la présence d’IMAT et la régénération musculaire dans un modèle de souris double transgénique permettant l’élimination sélective de l’IMAT, en fonction de l’âge et du sexe des animaux. Les animaux seront soumis à un gavage 1 fois par jour pendant 5 jours (env. 20 sec). Suivi, après 2 semaines, de 2 injections consécutives séparées de 4 jours dans le quadriceps sous anesthésie (moins de 10 min). La fonction musculaire d’une partie des animaux sera ensuite évaluée par différents tests non invasifs : agrippement, cadre inversé et endurance sur tapis roulant. Dans le second établissement utilisateur, des tests terminaux d’évaluation du métabolisme utilisant des radioélements seront réalisés à la place des tests classiques afin d’affiner la caractérisation des désordres métaboliques en lien avec l’IMAT et utilisant des radioélements seront réalisés. Ces tests comprennent 1 injection intrapéritonéale et deux prélèvements sanguins à la queue (20 sec à 2 min/prélèvement, 10 μL de volume cumulé maximal).

Impact sur les animaux

Plusieurs nuisances ou effets indésirables pourraient être observés dans cette étude : 1- Stress lié à la contention lors des gavages et lors des injections. La durée de cet effet indésirable sera réduit au minimum de part l’expérience de l’expérimentateur ; 2- Stress lié à l'isolement, lors des expériences de mesure de la composition corporelle, de la force musculaire ou lors du test d'endurance ; 3- Inconfort voire douleur lors du réveil des animaux anesthésiés pour la réalisation des injections intramusculaires ou pour leur identification par tatouage. Dans premières heures suivant la réalisation de l'injection intramusculaire, une mobilité réduite pourra être observée. Le geste chirurgical étant réalisé le matin et cet état de mobilité réduite n’étant que passager, il n’entrave pas la prise alimentaire la nuit suivante ; 4-Inconfort engendré par l’obésité résultant de la mise en régime enrichi en lipides. Cet inconfort pourrait durer plusieurs semaines ; 5- Stress lié au transport entre les deux des établissements utilisateurs (EU1 et 2) (5 à 10 min max).

Devenir

Comme indiqué dans les pagraphes concernant chacune des procédures expérimentales, les animaux seront nécropsiés en fin de procédure pour récolter des tissus d'intérêt. Ils seront mis à mort en fonction des groupes d'âge inclus dans les procédures: à 2-3 mois, à 6-7 mois, 12-13 mois ou à 18-19 mois.

Remplacement

A l’aide d’expériences réalisées in vitro avec des cellules humaines nous avons précédemment publié que les sécrétions des adipocytes musculaires obtenus en culture étaient capables de diminuer la réponse à l’insuline des cellules musculaires également obtenues en culture, appuyant l’hypothèse que l’IMAT pourrait être un régulateur du métabolisme glucidique musculaire et plus particulièremet des perturbations de ce métabolisme. Par ailleurs, nous avons également mis en évidence plus recemment des modifications du phénotype des adipocytes musculaires obtenues in vitro en fonction de l’age des volontaires dont étaient issues les biopsies musculaires. Ce sont ces données qui nous ont conduits à nous tourner vers l’animal. En effet, il est bien connu que la culture à a ses limites qui sont clairement ici (1) que les cellules (adipocytes et myocytes) n’arrivent jamais au stade terminal de différenciation donc sont des formes immatures des cellules observées in vivo et (2) qu’il est impossible dans un tel modèle d’imaginer l’impact sur le muscle en entier et sur l’organisme. Il est cependant évident qu’en fonction des résultats obtenus dans ce projet des expériences complémentaires sur des points mécanistiques précis seront réalisées sur des cultures primaires humaines et/ou murines qui permettent de par la capacité de prolifération des cellules de réaliser un certain nombre d’analyses.

Réduction

Pour déterminer le nombre d'animaux nécessaires et suffisants nous nous sommes essentiellement basés sur nos habitudes expérimentales, des expériences préliminaires et sur les variabilités inter-individuelles régulièrement constatées. En effet, un calcul de puissance est difficile à mettre en oeuvre étant donné le nombre de tests inclus dans la même procédure. Les tests statistiques qui seront mis en oeuvre seront des tests pour comparer des variables quantitatives uniques entre deux temps des procédures pour un même animal, un test différent pour comparer des variables quantitatives uniques entre deux groupes d'animaux, un autre test à une ou deux voies pour comparer des variables quantitatives continues entre plusieurs groupes d'animaux. D'autre part, grâce à l'utilisation d'un appareil permettant de mesurer la répartition des masses maigre et grasse, nous pouvons réaliser un suivi longitudinal de ces paramètres sans euthanasier les animaux. Enfin, récemment a été mis en place au sein de notre Institut un fichier de partage des tissus ou organes collectés lors des nécropsies, nous pensons proposer les tissus autres que nos tissus d'intérêt aux autres équipes de recherche.

Raffinement

Les animaux seront hébergés par fratrie dans des cages sur portoirs ventilés en respectant le nombre d'animaux indiqué dans la Directive Européenne 2010/63/UE. De l'enrichissement type feuille de papier, bâtonnet en bois ou igloo seront systématiquement ajoutés dans les cages. Un suivi quotidien sera réalisé soit par le personnel de la zootechnie soit par les expérimentateurs en charge du projet. La pesée hebdomadaire permettra une habituation à l'Homme et, le stress ainsi diminué, devrait diminuer la variabilité inter-individuelle dans les réponses mesurées. Le réveil de l'animal, après injection musculaire, se fera dans une cage posée sur un tapis chauffant ; du collyre sera appliqué sur l'oeil de l'animal qui aura été injecté. L'observation et la surveillance des animaux permettent d’appliquer des points limites précis et des critères d’arrêt des souffrances. Les animaux seront transportés entre les deux établissements suivant une procédure de transport déclarée lors de l’agrément de l’établissement (cheminement et conditions de transport validés par signature d’une charte de transport). Les cages d'origine des animaux sont placées dans des valises de transport adaptées à 2 cages permettent un isolement de la lumière et des conditions météorologiques extérieures. Le trajet se fait à pied (inférieur à 5 min), est pré-déterminé et évite la rencontre avec le public.

Choix des espèces

L’espèce Mus musculus (souris), mammifère proche d’Homo sapiens, est le modèle animal expérimental le plus étudié dans la littérature notamment pour les études physiologiques et métaboliques, ce qui permet de meilleures comparaisons et une certaine pertinence des résultats. Des animaux de différents âges seront inclus dans les procédures : 2-3 mois, 6-7 mois, 12-13 mois ou 18-19 mois. L'utilisation de ces différents groupes d'âge permettra, dans certaines procédures, d'étudier la cinétique d’évolution « naturelle » de certains paramètres (i.e. régulation du métabolisme, composition corporelle, développement du tissu adipeux intramusculaire, etc....) au cours d’une diète normale ou riche en graisses. Dans d'autres procédures, l'utilisation des animaux de différents groupes d'âge permettra de mettre en évidence l'impact du vieillissement sur certains processus (i.e. processus d'installation du diabète et rôle du tissu adipeux intramusculaire, processus régénératifs musculaires, etc ...). Les âges des souris de chaque procédure ont été choisis en fonction de résultats d’expériences préliminaires du laboratoire et de données rapportées dans la littérature.

Chauffés jusqu'à la perte d'équilibre, 440 poissons d'eau douce capturés en nasses subissent une élévation rapide de la température pendant 80 minutes, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Trois espèces seront retenues parmi le gardon, la perche soleil, la grémille, le goujon, le rotengle et le gobie à tache noire, maintenues jusqu'à 48 heures en bourriche et à jeun, la manipulation pouvant leur faire perdre mucus et écailles. Tous sont ensuite tués pour des mesures sur les tissus. Le porteur qualifie pourtant le test employé, le CTmax, de "mesure de tolérance thermique non létale".

Objectifs

Les effets des changements climatiques se manifestent de manière particulièrement prononcée dans les écosystèmes d’eau douce, où les vagues de chaleur augmentent en fréquence et en intensité. Les organismes ectothermes (e.g. poissons) y sont particulièrement vulnérables, dans la mesure où leur température corporelle dépend de celle de leur environnement. En conséquence, la tolérance des organismes aquatiques aux variations rapides de la température dans leur environnement constitue un facteur déterminant de leur résilience et de leur survie. Toutefois, comment un individu répond au stress thermique dépend des interactions biotiques (interactions intra- et interspécifiques) inhérentes à tout écosystème et qui persistent pendant un épisode de vague de chaleur. En ce sens, des données indiquent que les interactions entre espèces peuvent influencer des processus physiologiques tels que la croissance, la reproduction et le taux métabolique. Cependant, les recherches sur la manière dont ces interactions influencent la tolérance thermique individuelle sont limitées, puisque les études se sont jusqu’à présent focalisées principalement sur des individus isolés, sans tenir compte des interactions intra- et interspécifiques. L’objectif du présent projet de recherche est de mesurer l’impact des interactions intra- et interspécifiques sur la tolérance thermique chez les poissons. Plus précisément, notre objectif sera composé de deux volets expérimentaux : (1) Établir si les interactions intra- et interspécifiques augmentent ou réduisent la tolérance thermique maximale (volet 1) (2) Déterminer si les interactions intraspécifiques augmentent ou réduisent la tolérance thermique maximale, selon le sexe (mâle vs. femelle), en tenant compte de l’âge, de la taille et de la charge parasitaire comme covariables. (volet 2). Afin de répondre à nos objectifs de recherche, nous mesurons la tolérance thermique maximale via le test CTmax ; une mesure de tolérance thermique non létale couramment utilisée chez les poissons. La mesure de CTmax permet d’estimer rapidement la température maximale au-delà de laquelle les performances physiologiques d’un organisme ne sont plus soutenues. Pour chaque objectif nous quantifierons la charge parasitaire de chaque individu car cette interaction biotique peut avoir un effet sur la tolérance thermique.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d'acquérir des connaissances fondamentales sur les limites thermiques des poissons, un aspect essentiel pour comprendre comment les organismes répondent au stress thermique dans leur environnement. Pour chaque espèce, il est possible de déterminer une température de tolérance maximale (CTmax), à partir de laquelle les performances de l'individu chutent fortement et comment la tolérance varie en fonction des facteurs biotiques (présence de congénères ou d’individu d’autres espèces). Dans un contexte de réchauffement climatique, la valeur de CTmax est particulièrement importante, puisqu’elle indique la température maximale que l'organisme peut supporter et donc prédire la résilience des populations face aux changements climatiques. Ce projet est novateur sur deux aspects, puisqu’il utilise des organismes issus de milieux naturels et réplique les interactions biotiques présentes dans l’écosystème, alors que la plupart des études sur la tolérance thermique maximale utilisent des organismes élevés en laboratoire et ne considèrent pas ces interactions.

Procédures

Pendant l’expérience de tolérance thermique, les individus subiront une augmentation rapide de la température jusqu’à perte d’équilibre : 1 seule fois pendant 80 minutes

Impact sur les animaux

La mise en place du protocole expérimental décrit ci-dessus peut amener les nuisances ou effets indésirables suivants sur les animaux : (1) Stress lié à la capture en nasses (2) Stress lié au maintien temporaire en bourriche et au jeûne (maximum 48h). (3) Stress lié à la manipulation qui peut entrainer une perte de mucus ou d’écailles. (4) Stress lié à l’augmentation rapide de la température pendant le protocole de CTmax

Devenir

Tous les poissons utilisés seront mis à mort pour effectuer des mesures sur tissus.

Remplacement

Le but de notre étude est de comprendre comment la dynamique entre espèces et au sein d’une même espèce affecte la tolérance thermique de l’individu. Cela apportera des informations sur la dynamique de l’écosystème auquel ces espèces appartiennent, susceptible de changer en réponse aux changements climatiques. Le modèle animal demeure indispensable puisque nous examinons les interactions biotiques et la manière dont la réponse comportementale à une vague de chaleur est affectée par celles-ci. En conséquence, le remplacement est impossible ici, puisqu'il s’agit d'analyser la réponse intégrale de l'organisme face à une vague de chaleur à l'aide de mesures comportementales. Nous privilégions l'utilisation des poissons, qui sont souvent les principaux prédateurs poïkilothermes dans les écosystèmes aquatiques et jouent un rôle fonctionnel clé.

Réduction

Afin de répondre au principe de réduction, le nombre d’individus a été calculé pour fournir un pouvoir statistique suffisant pour évaluer les variations de la tolérance thermique maximale entre les trois groupes expérimentaux. Sur la base de publications récentes, nous estimons le CTmax du gobie à tache noire (Neogobius melanostomus) autour de 35 °C, celle de la perche soleil (Lepomis gibbosus) à environ 34 °C, ainsi qu’à 30 °C chez la grémille (Gymnocephalus cernua), 32 °C chez le goujon (Gobio gobio) et 36 °C chez le rotengle (Scardinius erythrophthalmus).

Raffinement

Pour la stabulation, les poissons seront placés dans des bourriches immergées dans la rivière afin de maintenir les poissons en milieu semi-naturel avant le début du protocole expérimental CTmax. Entre le moment de la capture et le début du protocole expérimental (CTmax), un délai maximal de 48 h sera observé afin de limiter le temps passé en dehors de leur milieu naturel. Lors de la stabulation dans les bourriches, la densité sera limitée à un maximum de 12 individus pour permettre le maintien des interactions intra- et interspécifiques tout en évitant les interactions antagonistes. Les bourriches seront enrichies de rochers et de végétation pour refléter les conditions naturelles, tout en favorisant des zones de repli afin de réduire le stress. Pour les trois aquariums expérimentaux, nous utiliserons des aquariums non enrichis pour observer la perte des fonctions locomotrices, qui se traduit par un retournement indiquant que la limite de tolérance thermique maximale de l’individu est atteinte. Le protocole expérimental sera réalisé dans des glacières dont le fond et les quatre côtés seront opaques afin de limiter les stimulations visuelles liées à la présence humaine. La présence des manipulateurs sera limitée grâce à un système de surveillance vidéo à distance. Tous les aquariums seront équipés d’un bulleur afin de maintenir une concentration en oxygène dissous proche de 100 %. L’eau utilisée proviendra de la rivière. La température, le pH et l’oxygène dissous seront mesurés par sonde durant le test. Pour chaque test, les individus seront sous la surveillance d’un binôme formé et expérimenté en manipulation animal. Des limites établies pour assurer le bien-être animal permettront une intervention rapide en cas de signes indiquant que l’individu est en souffrance. Un arbre décisionnel guide les actions à entreprendre en fonction de l’état clinique observé. Si l’état des individus se dégrade, des critères d’arrêt peuvent entraîner la fin anticipée de l’expérience, conformément à la réglementation en vigueur. L’augmentation de la température sera planifiée de manière différenciée entre les trois set-up expérimentaux, de sorte que les individus d’une unité n’atteignent jamais simultanément leurs limites thermiques avec ceux d’un autre mésocosme, garantissant ainsi une prise en charge rapide et individualisée.

Choix des espèces

Afin de remplir l’objectif du volet 1, nous sélectionnerons parmi la liste d’espèces suivante, les trois espèces qui seront trouvées en abondance et dont la niche écologique est similaire : gardon (Rutilus rutilus) ; perche soleil (Lepomis gibbosus) ; grémille (Gymnocephalus cernua) ; goujon (Gobio gobio) ; rotengle (Scardinius erythrophthalmus) ; gobie à tache noire (Neogobius melanostomus) Les trois espèces seront choisies pour leurs caractéristiques écologiques communes et leur pertinence pour l’étude des réponses aux stress thermiques. Les trois espèces d’écrevisses sont des espèces exotiques à fort impact écologique. Il est donc particulièrement pertinent d’étudier leur limite thermique. Pour le volet 2, nous avons choisi le gobie à tache noire, une espèce exotique envahissante à fort impact écologique, dont l’étude de la tolérance thermique permet de mieux comprendre son potentiel de persistance et d’expansion dans un contexte de réchauffement climatique.

Deux chirurgies, l'une d'une heure, l'autre d'une heure quarante-cinq, séparées d'au moins cinq jours, implantent des électrodes cérébrales, une électrode sous-cutanée au thorax et une canule nasale. Viennent ensuite des sessions d'enregistrement en contention allant jusqu'à trois heures par jour pendant sept jours, et pour une partie des 128 souris un entraînement quotidien à une tâche auditive qui peut se prolonger plusieurs mois, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Certaines reçoivent des substances qui augmentent l'anxiété ou la sensation de panique, et subissent de brefs stimuli aversifs, goût amer ou jet d'air. À la fin, chaque souris est opérée sans réveil pour le prélèvement de son cerveau, destiné à l'analyse histologique.

Objectifs

La perception, implicite ou explicite, que nous avons de l’état de notre corps repose sur un sens, appelé interoception. Ce sens participe à réguler nos états affectifs (émotionnels ou motivationnels) et donc affecte les décisions que nous prenons. En conséquence, une dérégulation de cette perception peut être liée à des maladies psychiatriques. Cependant les bases neuronales qui nous donnent accès à l’interoception sont mal connues. Nous ne savons pas par exemple quelle région de notre cerveau représente notre fréquence cardiaque ou respiratoire et avec quelle précision. L’objectif de ce projet est d’une part d’étudier comment le cerveau représente ces informations. D’autre part, nous testerons si cette représentation est modifiée dans des conditions liées à l’anxiété ou les crises de panique. Pour ce faire nous administrerons des agents pharmacologiques utilisés en psychiatrie qui augmentent ou diminuent respectivement le niveau d’anxiété ou de panique de l’animal. Finalement, nous évaluerons ci cette représentation est modifiée pendant la prise de décision. Pendant ces expériences, le nombre d’animaux nécessaire et le nombre de sessions d’enregistrement seront réduits grâce à l’utilisation de systèmes d’enregistrement de point permettant d’acquérir une grande quantité de données en peu de sessions. De plus, nous raffinerons le protocole en utilisant des traitement anesthésiques et analgésiques adaptés, administrés selon des points limites clairement établis à l’avance et évalués à l’aide de grilles d’évaluation. Nous développerons et calibrerons des méthodes d’enregistrement non-invasifs pour la respiration qui pourront aussi être utile pour la communauté plus largement. A chaque étape, puisque nous enregistrons non seulement le comportement de l’animal mais aussi son état corporel, nous disposerons d’un suivi fin et en temps réel de son état. Ce projet permettra de mieux comprendre notre capacité à percevoir notre corps et contribueront, à plus long terme, à la meilleure compréhension de la participation de notre corps aux états affectifs et à établir comment cette perception intéroceptive peut être dérégulée.

Bénéfices attendus

Il existe de nombreuses hypothèses suggérant que notre corps influence notre état émotionnel et donc les décisions que nous prenons. Ceci découle en partie de l’expérience subjective du lien très fort entre notre état émotionnel et notre corps mais également de mesures en laboratoire qui ont montré que l’état de notre corps et comment nous le percevons varie avec nos émotions. De plus lorsque cette perception du corps dérégulée, des troubles psychiatriques peuvent résulter. Celles-ci peuvent être liées à une intéroception de précision réduite (autisme, trouble du déficit de l’attention) ou hypersensible (anxiété, syndrome de l’intestin irritable). Cependant les zones cérébrales qui sous-tendent cette perception et comment elle est modifiée dans des états émotionnels normaux et pathologiques reste mal connu. Ce projet permettra d’identifier des mécanismes par lesquels le cerveau représente ce que nous percevons de notre corps (par exemple : quelle est notre fréquence cardiaque ? quelle est notre fréquence respiratoire ?). En particulier nous pourrons identifier où dans le cerveau ces informations sont représentées et avec quelles précision. De plus nous testerons si la façon dont notre cerveau représente notre corps est modifié dans deux conditions : d’une part dans des états liés aux crises de panique ou l’anxiété (grâce à l’utilisation d’agents pharmacologiques utilisés en psychiatrie) et d’autre part lors de la prise de décisions difficiles suscitant des émotions. Une retombée concrète du projet sera de mieux connaître quelles régions corticales encodent l’état de notre corps. Ceci peut permettre de cibler plus efficacement les études de neuro-imagerie chez l’humain qui étudient ces déficits intéroceptifs. De plus, ces mesurer l’impact d’agents pharmacologiques utilisés dans le cas de maladies psychiatriques sur la représentation neuronale de l’état corporel. Ceci permettra d’évaluer si ces agents agissent directement sur la perception du corps, permettant de préciser leurs mécanismes d’action.

Procédures

Tous les animaux sont soumis à deux chirurgies pendant lesquelles nous implantons des électrodes cérébrales, une électrode sous-cutanée au niveau du thorax et une canule nasale. Les chirurgies durent respectivement 1h et 1h45 maximum et sont séparées d’au moins 5 jours ou plus pour que l’animal récupère un état ‘normal’ d’après notre grille d’évaluation. Tous les animaux sont également soumis à des sessions d’enregistrement allant jusqu’à 3h par jour pendant un maximum de 7 jours. Pendant ces sessions, les animaux sont maintenus en contention mais peuvent exprimer divers comportements (course sur une roue, sommeil, toilettage). Un sous-ensemble d’animaux sont également entraînés dans une tâche auditive pendant une à deux heures par jour sur une durée pouvant aller jusqu’à plusieurs mois selon la vitesse à laquelle les animaux acquièrent la tâche. A la fin des procédures, les animaux subissent une chirurgie sans réveil pour prélévement du cerveau.

Impact sur les animaux

Suite à la chirurgie, les animaux peuvent présenter une activité réduite et ressentir une douleur légère à modérée au niveau de la zone opérée en fonction de la réponse aux traitements antalgiques administrés. Le protocole de contention peut engendrer l’inconfort chez l’animal, surtout lors des premières sessions d’habituation. Un sous ensemble d’animaux recevra l’administration d’agents pharmacologiques liés à l’anxiété ou les crises de panique. Parmi ces agents, 2 ont tendance à diminuer soit l’anxieté soit la sensation de panique . Les 2 autres ont tendence à augmenter soit l’anxiété soit la sensation de panique. Dans ce cas, nous utilisons des doses calibrées pour que l’augmentation du stress dure au maximum quelques heures. Pendant le protocole, l’animal sera soumis à de brefs stimuli légèrement aversifs (goût amer ou jet d’air) qui pourront engendrer une gêne.MODIFICATION: [Les animaux sont hébérgés à plusieurs mais en cas de dégradation des implants par les congéneres les animaux peuvent être co-hébérgés dans une cage commune avec séparateur, ce qui peut engendrer un stress dû au changement de conditions.]

Devenir

A la fin de chaque procédure, l’animal est mis à mort afin de réaliser l'analyse histologique du cerveau.

Remplacement

Le projet vise à comprendre comment le cerveau réagit à l’état du corps et donc nécessite une interaction intacte entre les deux, il est donc impossible in vitro ou in silico. De plus, afin de relier l’interoception à l’état affectif, il est essentiel d’effectuer notre étude chez un animal éveillé qui montre une grande diversité d’états et effectue une tâche sensorielle. Finalement, chez l’animal anesthésié, l’encodage neuronal est profondément modifié et le système cardio-respiratoire dans un état très ralenti, totalement différent de l’éveil. D’éventuels résultats obtenus sous anesthésie seraient donc très difficiles à généraliser.

Réduction

Les souris sont particulièrement adaptées à l’étude grâce aux outils performants d’enregistrement électrophysiologies et somatique qui existent. Ces outils permettent d’obtenir très efficacement de grandes populations de neurones et donc de réduire à la fois le nombre d’animaux et le nombre de sessions d’expérience nécessaire pour échantillonner les différentes régions d’intérêt. Nous avons un protocole adapté à cette diminution : - L’utilisation d’électrodes implantées « en aigu » permet d’enregistrer à un endroit différent chaque jour et donc de couvrir efficacement une grande zone anatomique - Nous utiliserons des électrodes qui contiennent un grand nombres de sites d’enregistrement. Ceci augmente l’efficacité de la récolte de données.

Raffinement

MODIFICATION [Hébérgement : Les animaux sont hébergés dans des cages enrichis (dôme, coton) et si possible (pas de conflit ou dégradation de l'implant) à plusieurs.] Chirurgie : Nos procédures sont optimisées pour diminuer la souffrance et le risque anesthésique. Pendant la chirurgie, l’état de l’animal est suivi à intervalles réguliers pour adapter le niveau d’isoflurane. De plus un analgésique systémique et une analgésique locale sont administrées avant et après l’intervention. En post-opératoire, les animaux reçoivent une analgésie supplémentaire ajouté dans l’eau de boisson ou Dietgel pendant 5 jours) et les animaux sont suivis quotidiennement. Manipulations : Les animaux seront d’abord habitués à la manipulation manuelle nécessaire pour les transporter jusqu’à l’environnement de l’expérience. Toute manipulation par la queue sera évitée. Contention en tête fixée : L’animal est habitué en augmentant progressivement les durées. De plus, il est placé sur une roue où nous avons observé des comportements divers (sommeil, course, toilettage) dans des proportions similaires à un animal libre de ces. A chaque session la respiration, l’activité cardiaque et la température sont enregistrés et le comportement de l’animal suivi par vidéo. La mesure de toutes ces variables permettra, en temps réel, de surveiller très finement l’état de l’animal. Développement de procédures raffinées : Pendant ce projet nous enregistrons la respiration avec une canule intranasale, ce qui nécessite une chirurgie invasive. Nous essayerons de raffiner ce protocole en mettant en œuvre des mesures non-invasives de la respiration : soit avec un capteur externe de pression soit par suivi vidéo en caméra thermique des narines de l’animal. La canule intranasale étant la méthode de référence donnant les informations les plus précises, nous devons d’abord calibrer les autres méthodes contre celles-ci avant d’éventuellement utiliser ces nouvelles approches moins invasives. Utilisation de statistiques adaptées : Les analyses statistiques utilisées dans cette étude seront basées sur le nombre de neurones enregistrés et non le nombre d’animaux. Puisque nos méthodes permettent d’enregistrer un grand nombre de neurones par session et par animal, ceci permet d’acquérir une grande puissance statistique avec peu d’individus. Nous utiliserons des statistiques paramétriques et appariées.

Choix des espèces

Il est essentiel d’utiliser un mammifère dans cette étude puisque le système cardio-respiratoire est radicalement différent chez les invertébrés ou les amphibiens et reptiles (pas de poumons, pas de flux d’air nasal ou buccal pour les premiers, non-homéothermes pour les seconds). La souris est un excellent modèle pour acquérir efficacement (donc avec peu d’animaux et dans un temps d’expérience réduit) de grandes populations de neurones parce que les outils d’enregistrement massifs ont été mises au point chez cet animal (implantation aigue d’électrodes multi-sites). De plus, des développements ultérieurs de cet axe de recherche nécessiteront l’utilisation d’outils de manipulation qui reposent sur notre excellente connaissance génétique de la souris. Finalement, l’équipe possède une grande expertise dans la chirurgie et le comportement chez la souris, ce savoir-faire assure une application de qualité des procédures. Les souris étudiées seront adultes (plus de 8 semaines) au début des expériences. A cet âge, leur cerveau a fini son développement, ce qui est critique pour le bon positionnement des implants dans les régions visées.

312 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacun subissant une mesure de glycémie hebdomadaire par coupe de l'extrémité de la queue, deux prélèvements de moelle osseuse sous anesthésie et des tests métaboliques de deux heures avec cinq prises de sang. Une partie reçoit du chlorure de lithium dans l'eau de boisson, à 600 mg/L pour les jeunes de cinq semaines et 1 200 mg/L pour les adultes de trois mois, avec des effets secondaires attendus sur le poids et le comportement. Pour 32 d'entre eux, les prélèvements sanguins répétés peuvent entraîner une perte de sang incontrôlée, une anémie ou une détresse respiratoire, risques que le porteur énonce lui-même. Tous sont tués à l'issue de chaque procédure pour le prélèvement des tissus, dont les îlots pancréatiques destinés à des expériences menées hors des rats.

Objectifs

Le diabète de type 2 est une maladie très fréquente qui représente aujourd’hui un important problème de santé dans le monde. Elle apparaît lorsque le pancréas, un organe qui aide à contrôler le taux de sucre dans le sang grâce à une hormone appelée insuline, ne fonctionne plus correctement. Cette maladie touche des centaines de millions de personnes et peut entraîner de graves conséquences pour la santé, notamment des problèmes au niveau du cœur, des reins ou de la vue. Aujourd’hui, il n’existe pas de traitement permettant de guérir définitivement le diabète de type 2. Il est donc essentiel de mieux comprendre comment cette maladie se développe afin de trouver de nouvelles solutions pour la traiter. Chez les personnes atteintes de diabète de type 2, le pancréas est soumis à une inflammation chronique, c’est-à-dire une réaction de défense du corps qui dure trop longtemps et finit par endommager l’organe. Cette inflammation semble être provoquée par une présence excessive de cellules immunitaires, les cellules chargées normalement de défendre l’organisme contre les infections. Cependant, nous ne savons pas encore précisément d’où viennent ces cellules immunitaires. Nous pensons qu’elles pourraient être produites en grande quantité par la moelle osseuse, le tissu situé à l’intérieur des os qui fabrique les cellules du sang et du système immunitaire. Notre laboratoire a déjà montré que, dans le diabète, la moelle osseuse produit davantage de cellules immunitaires favorisant l’inflammation. Nous faisons donc l’hypothèse que réduire cette inflammation dans la moelle osseuse pourrait aussi diminuer l’inflammation du pancréas et ralentir sa dégradation. Ce projet de recherche a pour objectif d’étudier l’inflammation dans le pancréas et dans la moelle osseuse à l’aide de modèles de la maladie. Il vise également à tester de nouvelles approches thérapeutiques pour voir si elles permettent de limiter cette inflammation et de préserver le bon fonctionnement du pancréas. Cette étude sera réalisée à la fois chez le mâle et la femelle car il est important de déterminer si le traitement pharmacologique peut améliorer l'état inflammatoire dans les deux sexes.

Bénéfices attendus

Cette étude nous permettra de construire une meilleure connaissance des mécanismes inflammatoires impliqués dans le diabète et d'identifier des cibles potentielles afin de proposer une stratégie thérapeutique plus complète, capable de limiter la progression du diabète chez les patients, améliorant, ainsi leur qualité de vie.

Procédures

Une partie des animaux de la procédure 1 et 2 seront traités au chloride de lithium (LiCl) dans l’eau de boisson à une dose de 600mg/L (rattons de 5 semaines) et 1200mg/L (rats adultes de 3 mois). Les animaux de la procédure 1 et 2 (312 rats) subiront un prélèvement de la durée de quelques secondes d'un très petit volume sanguin pour mes mesurer leur glycémie chaque semaine. Durant les tests métaboliques d'une durée de 2 heures, les rats subiront une injection et 5 prélèvements d'un petit volume sanguin pour le dosage de l'insuline plasmatique et la mesure de glycémie (prélèvement de la durée de moins d'une minute). Une fois, avant le début du traitement, et, une fois, à la fin du traitement, nous prélèverons une petite quantité de moelle osseuse chez les mêmes rats. Cette opération sera effectuée sous anesthésie générale et un anti-douleur sera injecté avant et après la procédure pour limiter au maximum la douleur. Les animaux seront surveillés quotidiennement pour évaluer leur état. Certains animaux de la procédure 2 (32 rats) subiront plusieurs prélèvements d'un petit volume sanguin pour isoler leurs cellules immunitaires qui serviront à des analyses en dehors de l’animal. Ce prélèvement est réalisé sous anesthésie et dure quelques minutes. Dans cette procédure, nous prélevons du sang 2 fois au cours de toute la durée de vie de l’animal et chaque prélèvement sera espacé d’une semaine pour leur laisser le temps de se remettre totalement du geste.

Impact sur les animaux

Dans la procédure 1 et 2, les nuisances attendues sont les potentiels effets secondaires liés au traitement (perte de poids, comportement modifié…etc.). Nous prévoyons de contrôler chaque semaine le poids, la glycémie et le comportement des animaux. La mise à jeun des animaux constitue une nuisance, correspondant à une privation alimentaire temporaire, susceptible d’entraîner un inconfort transitoire. De plus, des légers effets indésirables seront liés à la piqure lors de l'injection aux cours des tests métaboliques, ainsi qu'à la coupe de l'extrémité de la queue lors des prélèvements de sang. Le prélèvement de moelle osseuse peut également générer des douleurs post-opératoires. Nous utiliserons un anti-douleur pour limiter ces effets. Dans la procédure 2, les potentielles nuisances sont liées aux effets secondaires possibles lors du prélèvement de sang. Cela peut entrainer une perte de sang incontrôlée, une anémie ou encore détresse respiratoire. Pour limiter le stress des animaux, ces derniers seront anesthésiés tout au long de la procédure. Nous prélèverons un petit volume sanguin et un point de compression sera réalisé jusqu’à l’arrêt du saignement. De plus, les animaux seront surveillés pendant et après la réalisation du geste pour s’assurer de leur bien-être.

Devenir

A l'issue de chaque procédure tous les animaux seront mis à mort pour permettre les prélèvements des tissus d’intérêt.

Remplacement

Le modèle animal est fondamental dans ce projet, puisque nous souhaitons étudier la réponse physiologique globale de l’organisme au traitement. Plusieurs niveaux de complexité sont nécessaires, impliquant des interactions entre différents types cellulaires et organes qui présentent une inflammation importante (moelle osseuse, circulation sanguine et pancréas), aspects qui ne peuvent pas être développés in vitro ou ex vivo.

Réduction

La stratégie expérimentale visera à étudier les mécanismes impliqués dans l'inflammation du pancréas. Nous constituerons des groupes expérimentaux comportant un nombre d'animaux réduit au maximum, mais permettant de prendre en compte la variabilité individuelle de la réponse à l’inhibiteur et de valider statistiquement les différences détectées entre les groupes. De plus, les animaux utilisés pour les prélèvements sanguins sont les mêmes animaux utilisés pour les prélèvements d’îlots pancréatiques au vu des expériences ex vivo, ce qui permet de réduire le nombre d’animaux total utilisé. Pour les tests in vivo des différences significatives pourront être démontrées à partir de groupes de 10 animaux (en référence à nos études précédentes et en accord avec les résultats de tests statistiques).

Raffinement

Les animaux seront hébergés en groupes sociaux dans des cages enrichies (matériel de nidification, abris), dans des conditions contrôlées de température, d’humidité et de cycle lumineux. Un suivi hebdomadaire sera assuré afin d’évaluer leur état général (poids, glycémie, comportement, aspect du pelage, posture, mobilité). Des points limites prédéfinis permettront d’interrompre rapidement une procédure en cas de signe de souffrance excessive. De plus, une anesthésie et/ou une analgésie adaptée sera utilisée chaque fois que nécessaire. Le traitement pharmacologique pourrait engendre une perte de poids. Si celle-ci est supérieur à 15% l'animal concerné sera mis à mort. Les tissus seront prélevés après la mise à mort qui sera effectuée selon les procédures recommandées pour assurer leur confort et limiter la souffrance

Choix des espèces

Les rats que nous utilisons dans ce projet développent une maladie proche du diabète de type 2 observé chez l’Homme. Ils permettent d’étudier en même temps le fonctionnement du pancréas, du système immunitaire et du métabolisme, ce qui n’est pas possible avec des cellules cultivées seules. Les animaux utilisés seront de jeunes rats de 5 semaines, pas encore totalement diabétiques ainsi que des adultes de 3 mois ayant déjà bien développé le diabète. Cela nous permettra d’étudier la manière dont évolue la maladie au cours du temps et de déterminer les effets du traitement en effet préventif (avant que le diabète ne s’installe totalement) et curatif (effet du traitement sur la maladie déjà déclarée).