Oncologie

160 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une greffe de cellules tumorales sous la peau puis une injection de lymphocytes T par voie rétro-orbitale, avant le prélèvement de leurs tumeurs, rate et ganglions, pour étudier le rôle d'une protéine dans l'efficacité de l'immunothérapie du cancer. Le porteur fixe un point limite à un volume tumoral de 2 500 mm3, seuil au-delà duquel les souris qui l'atteignent sont mises à mort. Il indique avoir mené des expériences in vitro au préalable mais conclut que les interactions entre cellules tumorales et microenvironnement immunitaire "ne peuvent actuellement pas être remplacées" par des systèmes in vitro fiables.

Objectifs

La progression du cancer est grandement influencée par un équilibre délicat entre l'immunité et la tolérance aux tumeurs. En particulier, les lymphocytes T (LT) CD8 ont pour fonction de détruire les cellules tumorales. Leur étude a conduit au développement de deux types d’immunothérapies du cancer, qui ont révolutionné la prise en charge des patients : l’administration d’anticorps anti- PD-1 qui ciblent la fonction défectueuse des LT CD8, ainsi que l’injection de LT spécifiques d’un antigène tumoral et capables d’éliminer directement la tumeur. La combinaison de ces deux traitements est testée actuellement en clinique mais les mécanismes moléculaires régissant la réponse ou la résistance à ces thérapies sont mal connus. La protéine X joue un rôle critique dans la tolérance immunitaire dans le cancer et nos données préliminaires suggèrent qu’il pourrait également être un régulateur majeur de l’activité des LT CD8+. Dans ce contexte, nous émettons l’hypothèse que l’élimination des tumeurs par l’injection de LT spécifiques, en combinaison ou non avec une thérapie par anti-PD-1, requiert l’activation de X.

Bénéfices attendus

Ces travaux pourraient permettre d’identifier un mécanisme moléculaire impliqué dans l’effet curatif des thérapies du cancer par injection de LT. D’autre part, ces études pourraient révéler des activités spécifiques de la protéine X qui peuvent être ciblées par de nouveaux agents thérapeutiques pour améliorer la fonction des LT, seule ou de concert avec des immunothérapies existantes.

Procédures

- Rasage du flanc des souris après désinfection a l’alcool 70% sous anesthésie isofluorane (1x 2 minutes/souris) -Injection sous-cutanée dans le flanc, sous anesthésie isofluorane, de cellules tumorales resuspendues dans du PBS1X stérile, dans un volume total de 100uL (1x 2 minute/souris) -Injection intraveineuse par voie rétro-orbitale, sous anesthésie isofluorane, de cellules LT resuspendues dans du PBS1X stérile, (ou du PBS1X comme témoin) dans un volume total de 100uL. (1x 2 minute/souris)

Impact sur les animaux

Les tumeurs B16F10-OVA et MC-38-OVA injectées par voie sous-cutanée ne développent pas de métastases et ne provoquent pas/peu de douleurs. Chez la souris, l’injection d’anti-PD-1 ne provoque pas d’effets secondaires délétères détectables. Les animaux subissent un ensemble d’étapes de classe de gravité légère, effectuées sous anesthésie isofluorane, mais susceptible d’entraîner une angoisse légère et de courte durée. La bonne connaissance des modèles expérimentaux, le suivi adapté des points limites et la manipulation des animaux sans stress par des personnes compétentes en expérimentation animale permettent de limiter au maximum toute douleur ou souffrance des souris. Nous évaluerons l'état de bien-être ou de souffrance des animaux 2 fois par semaine. Un enrichissement (morceau de coton) est ajouté à chaque cage et le cas échéant du DietGel et/ou de l’HydroGel sera utilisé.

Devenir

Les animaux seront mis à mort lorsqu’un des points limite (volume tumoral de 2500 mm3, nécrose de la tumeur ou altération de l'état général de la souris) sera en passe d’être atteint, par dislocation cervicale ; les tumeurs, rates et ganglions lymphatiques seront prélevées pour analyse du phénotype immunitaire par cytométrie en flux. Ceci permettra de documenter la fonction des protéines X non seulement dans la croissance tumorale mais aussi dans la composition et distribution du microenvironnement immunitaire.

Remplacement

Nous allons tout d’abord effectuer un certain nombre d'expériences in vitro. Cependant, la validation de nos résultats nécessitera une série d'expériences in vivo pour mesurer la fonction de la protéine X dans l’immunothérapie par transfert de LT. À notre connaissance, et malgré les progrès récents dans les domaines de la culture cellulaire et de la biologie computationnelle, l'étude de la pathologie, en particulier les interactions entre les cellules tumorales et leur microenvironnement immunitaire, ne peut actuellement pas être remplacée par des systèmes in vitro fiables.

Réduction

Le nombre de souris par groupe a été défini à minima afin de permettre une analyse statistique des résultats. Dans des études antérieures décrivant les lignées cellulaires utilisées ici, il a été démontré un écart-type de 150 mm3 au point final (1250 mm3). L'effet minimal souhaité de l’ablation de X serait une augmentation > 50% de la croissance tumorale, donc une taille de 2500 mm3 au point final. En prenant en compte une puissance de 90% et un alpha de 0.05, nous calculons une taille d'échantillon de 5 souris par groupe. Un test ANOVA à 2 voies suivi du post-test Bonferroni sera utilisé pour analyser la significativité des résultats. L'ensemble des animaux sera mis à mort à la fin du protocole (au plus tard à J21) ou dès l’atteinte d’un point limite par un individu pour réduire la variabilité expérimentale. Pour assurer la reproductibilité des résultats, nous répéterons l'expérience une fois. Il n’y a pas de double emploi des souris.

Raffinement

Les tumeurs B16F10-OVA et MC-38-OVA injectées par voie sous-cutanée ne développent pas de métastases et ne provoquent pas/peu de douleurs ou d'inconfort autre que le stress et la douleur liés à l'injection. Les animaux subissent donc un ensemble d’étapes de classe de gravité légère. Les protocoles que nous suivrons sont bien établis pour réduire au maximum la douleur et l’angoisse. De plus un suivi adapté des points limites précoces et prédictifs (2 fois par semaine), et la manipulation des animaux par des personnes compétentes, permettent de limiter la douleur ou souffrance des souris. Pour garantir le bien-être animal, un enrichissement (morceaux de coton, tunnel en carton, morceaux de bois) est ajouté à chaque cage et le cas échéant du DietGel et/ou de l’HydroGel sera utilisé.

Choix des espèces

Le choix de l’expérimentation sur la souris est justifié par l’existence de différents modèles transgéniques nous permettant de mesurer le rôle de NF-kB dans les réponses immunitaires anti-tumorales. D’autre part il existe un certain nombre de modèles de tumeurs transplantables chez la souris, largement décrits et utilisés par le passé. Pour atteindre la maturité du système immunitaire, les souris seront âgées de 7 à 10 semaines.

84 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles sont inoculées avec une bactérie transmise par les tiques, Rickettsia helvetica, par deux voies et trois doses, puis subissent des prélèvements de sang répétés à la mandibule ou à l'œil, pour évaluer le pouvoir infectieux de ce germe et repérer les organes cibles. Le porteur indique n'attendre "pas de symptômes importants" car la bactérie est rarement isolée chez l'animal ou l'humain, ce qui interroge l'ampleur du recours à l'infection. Il affirme qu'il n'existe "pas de modèle in vitro alternatif" pour tester ce pouvoir infectieux.

Objectifs

Notre projet a pour pour objectif d'évaluer le pouvoir infectieux chez la souris de Rickettsia helvetica, une bactérie très présente chez les tiques et transmise à l'Homme et les animaux (dont la souris), mais pourtant rarement isolée dans le tissu de l'Homme et des animaux. Pour cela deux types de souris seront infectées avec trois doses différentes et deux voies d'injection (sous cutanée et intra péritonéale) afin d'évaluer : - les symptômes (s'il y en a) observables suite à l'infection et les organes infectés par la bactérie - la dose infectieuse minimale nécessaire à l'infection chez la souris - la cinétique de multiplication de cette bactérie dans le sang des souris

Bénéfices attendus

Ce projet permettra de mieux comprendre le cycle épidémiologique de la bactérie Rickettsia helvetica et notamment l'implication potentielle des rongeurs (ici modèle souris) dans ce cycle dans la nature

Procédures

A J0 les animaux seront inoculés avec différentes doses de bactéries selon deux voies d'injection (Intrapéritonéale ou sous cutanée), puis tous les 2 jours entre J4 et J12, ils subiront une prise de 10µl de sang par prélèvement à la mandibule ou à l'oeil (sous anesthésie locale).

Impact sur les animaux

Nous ne connaissons pas le pouvoir pathogène de cette bactérie sur les souris, cependant cette bactérie semble très peu infectieuse chez l'animal et chez l'homme puisqu'il a été jusqu'à présent quasiment impossible de l'isoler d'un animal ou d'un homme. Elle a pour le moment seulement été isolée de tiques prélevées dans la nature. Nous n'attendons donc pas de symptômes importants tels que des paralysies chez les souris, mais nous suivrons les animaux tous les jours afin de contrôler l'apparition de symptômes éventuels.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure (J14) afin de pouvoir détecter la bactérie dans les différents organes et le sang des animaux et donc connaitre les organes cibles qui sont préférentiellement infectés par cette bactérie chez les souris.

Remplacement

La culture des Rickettsia est effectuée en culture in vitro de cellules de mammifères. Cependant, il n'existe pas de modèle in vitro alternatif permettant de tester le pouvoir infectieux de cette bactérie. Le modèle in vivo souris ne peut donc être remplacé dans cette expérimentation.

Réduction

Le nombre de souris utilisé par lot contrôle a été réduit de moitié (3 au lieu de 6) afin de réduire au maximum le nombre d'animaux utilisé. Les lots de 6 souris pour les lots infectieux sont le minimum d'animaux permettant d'obtenir des résultats scientifiquement robustes.

Raffinement

Les animaux seront hébergés par lot dans leur conditions classiques avec l’enrichissement nécessaire à leur bien-être (carré de coton, maison en plastique pour les souris).

Choix des espèces

Dans la nature et en laboratoire, les souris (comparativement à d’autres modèles animaux) sont sensibles à l’infection par différentes espèces de Rickettsia. En effet les micromammifères sont souvent impliqués dans les cycles de transmission naturels de ces agents pathogènes. Pour la Rickettsia qui nous intéresse des rongeurs sauvages ont été retrouvés positifs en test PCR mais nous ne connaissons pas leur réelle implication dans le cycle épidémiologique de cette bactérie. Les souris représentent donc le modèle idéal à tester en laboratoire pour palier à ce manque d'information.

26 jeunes chevaux vont être utilisés, gardés vivants et rendus à l'élevage à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque poulain subit un sevrage imposé à six mois et deux examens IRM à dix mois d'intervalle, pour mesurer les effets du sevrage précoce sur le développement social et cérébral. Le porteur reconnaît que le sevrage imposé induit "potentiellement du stress" mais décrit un hébergement en groupe qu'il présente comme supérieur à la pratique courante en box individuel. Il affirme que le recours au cheval domestique est "nécessaire" car le projet porte sur l'élevage même de cette espèce.

Objectifs

Le sevrage est souvent réalisé atour 6 mois dans la pratique (voir encore plus tôt) pour plusieurs raisons. Tout d’abord, il s’agit d’une pratique qui est répétée par habitude car étant traditionnelle et majoritaire. Elle est donc peu questionnée. Ensuite, elle permettrait de remettre plus rapidement la jument à la reproduction et de limiter la fatigue physique liée à la lactation. De plus, certaines personnes considèrent que retirer la mère permet de réorienter l’attention du poulain vers l’humain, et donc de faciliter son entrainement. Enfin, l’hébergement en box individuel est encore très répandu et est donc incompatible avec le maintien d’une vie sociale – y compris avec la mère – des jeunes animaux. Les bienfaits d’un sevrage plus tardif sont encore peu connus alors qu’il existe un fort contraste entre ce sevrage imposé à 6 mois et ce qui est observé en conditions libres (sevrage très progressif de 9 mois jusqu'à parfois 2-3 ans) . Nos résultats permettront de déterminer si 1/ le sevrage imposé influence le développement social, cognitif et/ou cérébral des poulains, 2/ si de tels effets se maintiennent dans le temps ou si au contraire les poulains compensent cet évènement perturbateur sur le long terme lorsqu’ils sont élevés dans un milieu social par ailleurs riche, et 3/ si le sevrage impact à long-terme le bien-être, la personnalité et la maniabilité des jeunes chevaux. Si nos résultats montrent qu’un sevrage réalisé à cet âge et dans ces conditions a des conséquences néfastes durables, alors ils ouvriront la voie à une nouvelle étude où nous pourrons tester d’autres âges de sevrage (e.g. 7 ou 8 mois) pour trouver le meilleur compromis à recommander pour la pratique. Le suivi longitudinal du groupe « sevrage spontané » nous aidera à cibler la période idéale. S’il s’avère que le sevrage pratiqué dans les conditions de l’étude n’induit pas des déficits sociaux, cognitifs et/ou cérébraux durables, ni n’altère durablement le bien-être ou la relation à l’humain, alors les recommandations pourront se concentrer sur la manière de faciliter ce type de sevrage et ne nécessiteront pas nécessairement de tester d’autres âges. Dans tous les cas, des recommandations concrètes sur la gestion des poulains pourront être faites. De manière plus globale, cette étude ouvrira la voie à cette thématique sur l’optimisation de l’élevage des jeunes afin de garantir un développement idéal et adapté aux conditions domestiques.

Bénéfices attendus

Meilleure caractérisation de l'impact du sevrage équin et apport de connaissances en matière de bien-être animal.

Procédures

Tous les animaux seront utilisés pour des scans IRM à deux reprises (10 mois d’intervalle) pour évaluer les aspects développementaux

Impact sur les animaux

Potentiellement du stress lors du sevrage imposé.

Devenir

Tous les animaux retourneront en élevage après la procédure.

Remplacement

Il n’est pas possible de remplacer nos animaux avec une autre espèce ou un substitut non-vivant. L’utilisation du cheval domestique est nécessaire car notre projet répond à des questions précises concernant l’élevage de cette espèce. De plus, nous avons besoin d’un modèle animal qui présente un développement assez long et pour lequel nous avons déjà les bases quant à l’étude de son comportement et de sa neurobiologie.

Réduction

Pour une étude basée sur un approche IRM, notre effectif est plutôt important (N=2x12 poulains). Ainsi, nous optimisons nos chances d’obtenir un contraste suffisant entre les groupes expérimentaux, voire entre les individus. Les conditions de vie sont en adéquation avec les besoins de l’espèce (i.e. herbivore social). Les conditions de vie du groupe « sevrage imposé » (i.e. traitement avec l’impact supposé le plus négatif) correspondent en fait à la réalité observée dans la pratique, voire mieux puisque nos animaux ne seront pas maintenus en isolement social alors que l’hébergement en box individuel est encore courant au sein de la filière. Enfin, les animaux ne seront pas sacrifiés à la fin de protocole. La taille de nos effectifs (12 individus par traitement expérimental) nous permettra de réaliser des analyses statistiques. Le choix des tests dépendra de la distribution des données et de l’homogénéité des variances. Si les conditions de normalité de la distribution et d’homogénéité des variances sont remplies, nous utiliserons des tests paramétriques. Si les conditions ne permettent pas d’utiliser des tests paramétriques, alors nous utiliserons des tests non-paramétriques du type tests de permutation pour comparer les lots expérimentaux. Des matrices de corrélation pourront être utilisées pour tester les éventuels liens entre paramètres comportementaux et neurobiologiques, si la variabilité inter-individuelle intra-groupe le permet. Dans le cas où une différence de 15% est observée entre les deux groupes expérimentaux pour un paramètre donné, avec des écart-types de 12% autour de la moyenne et un seuil de 0,05, nous obtiendrions une puissance de test de 87% pour un test t de student et 83% avec un test de Mann Withney (outils AnaStats).

Raffinement

Les conditions de vie des animaux seront en adéquation avec les besoins de l’espèce. En tant qu’espèce sociale, ils bénéficieront d’un maintien en groupe social. Ils seront hébergés en pâture ou en stabulation (grand box collectif), selon les conditions météorologiques. Des objets d’enrichissement seront présents en stabulation (ex. brosse électrique, bois à ronger…). Leur alimentation sera principalement composée de fourrage et d’herbage afin qu’ils aient la possibilité en continu de s’alimenter avec une alimentation riche en fibres. L’hébergement collectif leur donnera également une liberté de mouvement et un budget d’activité a priori conformes à ce qui attendu en conditions libres. Ainsi, l’ensemble de ces conditions de vie que nous proposons sont au-delà des conditions standards généralement observées dans la pratique, où l’hébergement en box individuel est très répandu (ce qui induit donc un isolement social et une restriction de l’activité locomotrice importante).

Choix des espèces

L’utilisation du cheval domestique est nécessaire car notre projet répond à des questions précises concernant l’élevage de cette espèce. De plus, nous avons besoin d’un modèle animal qui présente un développement assez long et pour lequel nous avons déjà les bases quant à l’étude de son comportement et de sa neurobiologie. Notre équipe possède cette expertise sur le modèle équin. Nous utiliserons des poulains à partir de l’âge de 6 mois, c’est-à-dire l’âge du sevrage tel qu’il est pratiqué sur le terrain et qui correspond à la période de vie qui nous intéresse. Les animaux seront ensuite suivi durant 1 an.

540 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une partie reçoit une greffe de cellules tumorales sous la peau, une autre un cancer colorectal chimiquement induit provoquant colite, diarrhée et saignements, pour étudier le rôle du gène Fpr1 dans la réponse à la chimiothérapie. Le porteur prévoit une mise à mort dès qu'une tumeur atteint 225 mm² ou qu'une souris perd plus de 20 % de son poids, et affirme que la réponse immunitaire au cancer ne peut s'étudier qu'in vivo. Les retombées annoncées pour les patients atteints de cancer du sein ou colorectal restent situées en amont de toute application.

Objectifs

Les dernières années ont vu l'émergence du concept de l'activation du système immunitaire contre le cancer, qui à son tour détermine le succès à long terme des traitements anticancéreux. Nous allons étudier comment compenser la perte de fonction du gène Fpr1 pour restaurer l’efficacité de la chimiothérapie in vivo. Les modèles expérimentaux in vivo sont les seuls moyens d’approche possibles car la réponse immunitaire n’a pas lieu dans les modèles in vitro ou ex vivo. Ce projet vise à une compensation des défauts associés à la perte de fonction de FPR1, un facteur pronostique négatif pour la réponse aux traitements anti-cancéreux à base d’anthracyclines et oxaliplatine, afin d’orienter la conception de nouvelles stratégies thérapeutiques chez les patients atteint de cancer du sein ou colorectal.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à une compensation des défauts associés à la perte de fonction de FPR1, un facteur pronostique négatif pour la réponse aux traitements anti-carcéraux à base d’anthracyclines et oxaliplatine, afin d’orienter la conception de nouvelles stratégies thérapeutiques chez les patients atteint de cancer du sein ou colorectal. Nous préconisions que l’accomplissement de ce projet fournira des connaissances sur la régulation de la réponse immunitaire aux cancers pour la mise en place de stratégies thérapeutiques ciblées.

Procédures

Les animaux seront soumis a : - Procédure 1 : L’injection de cellules tumorales en sous cutané sur l’animal anesthésié par inhalation d’isofluorane L’injection des traitements intra péritonéaux par contention de l’animal vigile - Procédure 2 : Un suivi du poids de l’animal vigile à l'aide d'un récipient posé sur une balance L’induction de cancer colorectal par l’injection des traitements intra péritonéaux par contention de l’animal vigile et l’administration d’un traitement dans l’eau de boisson en 3 cycles de 4 jours. Ce modèle aura pour conséquence l’induction d’une colite.

Impact sur les animaux

Les animaux seront soumis a : - Une injection sous-cutanée de cellules tumorales sous anesthésie - L’injection des traitements cités par voie intrapéritonéale par contention de l’animal vigile. Certains de ces traitements entrainent une altération de l’état de l’animal : perte de poids (inférieure à 20%) ainsi qu’une diarrhée passagère et d’éventuels saignements dans les feces. - Un suivi de la croissance tumorale par contention de l’animal vigile à l'aide d'un pied à coulisse 3 fois par semaine - Un suivi du poids sur l’animal vigile à l'aide d’une balance selon le planning décrit Ces différentes manipulations pouvant entrainer du stress chez l’animal, tout sera mis en œuvre pour le limiter. Notamment, l’injection de cellules tumorales sera faite sous anesthésie sur le dos de l’animal afin de réduire les phénomènes de gêne que peut engendrer la croissance tumorale. Les injections de traitements et le suivi de la croissance tumorale pseront effectuées par contention de l’animal vigile, technique parfaitement maitrisée par les expérimentateurs dans le but de limiter l’exposition des souris à des anesthésiques.

Devenir

Les souris seront euthanasiées dès l’atteinte des points limites suivants : lorsque les tumeurs atteindront 225 mm2, en cas de diarrhée prolongée (>4 jours); en cas de perte de poids supérieure à 20% du poids initial; comportement général anormal (prostration, auto-mutilation, perte de fourrure) ou à la fin de l’expérience 80 jours après l’injection d’AOM, l’euthanasie étant requise pour les analyses post-mortem.

Remplacement

La question scientifique ne peut être abordée qu’in vivo car il n’est pas possible d’étudier l’implication du système immunitaire sur le développement du cancer dans des systèmes in vitro.

Réduction

Nous souhaiterons effectuer cette étude sur un total de 540 souris pour permettre une interprétation fiable des résultats dans le respect du bien-être animal. Notamment, les expérimentations seront regroupées au maximum afin de réduire le nombre d'animaux contrôles. L’étude sera arrêtée si nous constatons que notre hypothèse n’est pas confirmée par nos résultats expérimentaux. Le modèle choisit est très bien documenté, permettant ainsi de réduire au maximum le nombre d’animaux utilisés.

Raffinement

Nous utiliserons des souris transgéniques viables, fertiles, de taille normale et ne présentent pas d'anomalies physiques ou comportementales. Les conditions d’hébergement sont conformes à la réglementation et adaptées en accord avec le personnel de l’animalerie (les animaux disposent de nourriture et d’eau ad libitum; le milieu est enrichi à l’aide de coton de nidification et/ou tunnels en cartons). Les animaux seront observés quotidiennement afin de respecter leur bien-être. La mise en place d’une grille de suivi strict des points limites permettra d’éviter au maximum le stress et/ou la douleur au cours de l’expérimentation. De plus, le personnel impliqué dans ce projet est qualifié sur le plan technique et formé en continu sur les pratiques d’expérimentation animale. Il assure également une veille scientifique continue, évitant toute expérimentation déjà rapportée dans la littérature.

Choix des espèces

Le choix de la souris pour la réalisation des expériences envisagées se justifie par des raisons d’ordres scientifiques, pratiques et éthiques : - Les souris âgées de 6 à 10 semaines seront utilisées dans cette étude. afin de disposer d’un organisme avec un processus de développement terminé et dont le système immunitaire est mature. Les paramètres étudiés étant le développement de la masse tumorale après injection de cellules cancéreuses ou l’apparition de lésions cancéreuses induites, une souris juvénile ou trop âgée induirait un biais dans l’expérimentation. Les protocoles expérimentaux d’induction tumorale sont bien établis. - La souris est l’animal dont la génétique est la mieux connue. - Nous utilisons principalement des souris ce qui offre de nombreux avantages en termes d’élevage, d’animaleries, d’expertise en techniques d’expérimentation animale ainsi que le suivi microbiologique et vétérinaire des animaux. - La souris est l’animal de laboratoire le plus couramment utilisé par la communauté scientifique internationale et pour les études précliniques. La méthodologie envisagée est d’une mise en place relativement aisée sur ce type d’animal et nous avons acquis une pratique expérimentale sur cette espèce.

35 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils sont maintenus par restriction alimentaire à 90 % de leur poids pour les inciter à rapporter de la nourriture à leur nid pendant un mois d'apprentissage, avant mise à mort et prélèvement du cerveau pour un marquage du gène c-fos, afin d'identifier les régions cérébrales de l'intégration des trajets. Le porteur héberge individuellement une partie des rats et prévoit un retour à l'alimentation libre au-delà de 15 % de perte de poids. Il présente ce projet fondamental comme une remise en question possible de l'hypothèse de la carte cognitive dans la navigation.

Objectifs

La navigation spatiale chez les mammifères repose sur la perception et le traitement de multiples informations sensorielles dont la source peut être environnementale (informations allothétiques : visuelles, olfactives, auditives) ou interne à l'animal (informations idiothétiques générées par le déplacement: vestibulaires, tactiles, proprioceptives, etc.). La conjonction de ces informations va permettre à l’animal de mettre en œuvre des stratégies spatiales variées lui procurant une flexibilité comportementale. L'importance des informations idiothétiques et le rôle des régions cérébrales dans le traitement de ces informations ont longtemps été sous-estimés et restent méconnus. Des travaux comportementaux ont montré que les mammifères sont capables au cours de leur déplacement de revenir à un lieu de référence, par exemple leur "nid", en n'utilisant que des informations idiothétiques. Cette capacité est appelée intégration des trajets car elle repose sur l'intégration par le système vestibulaire des accélérations linéaires et angulaires lors du mouvement ce qui aboutit au calcul et à la mise à jour d'un vecteur pointant sur le lieu de retour. Dans une série d’études lésionnelles, nous avons montré que l'intégration des trajets implique plusieurs régions du cerveau, comme le cortex pariétal et le cortex entorhinal. Dans le cortex entorhinal, une population neuronale (les "cellules-grilles") pourrait être le centre de l’intégration des trajets du cerveau. Cette hypothèse est séduisante mais le cortex entorhinal n'est certainement pas la seule région du cerveau impliquée. Le traitement des informations idiothétiques dans le cerveau implique un réseau nerveux étendu mais notre connaissance des contours de ce réseau reste très lacunaire. L'objectif du projet est d'identifier l'ensemble des régions impliquées dans ce réseau en faisant un marquage de l'expression du gène d'expression précoce c-fos au cours d'une tâche d'intégration des trajets. Nous faisons l’hypothèse que la tâche implique une activation rapide du gène c-fos et donc une synthèse de proteines c-fos en particulier dans les structures sollicitées par le processus d’intégration des trajets.

Bénéfices attendus

Les résultats de ce projet nous permettront d'identifier les structures cérébrales impliquées spécifiquement dans la mise en œuvre de l'intégration de trajet. Ces résultats nous permettront également de tester l'hypothèse selon laquelle l'intégration de trajet peut se faire à partir d'un autre point de l'environnement que celui à partir duquel l'animal initie son trajet. Ce dernier résultat, s'il est confirmé, nous permettrait de remettre en question le recours quasi-systématique à une hypothèse alternative (existence d'une carte cognitive) pour expliquer les comportements de navigation complexes observés chez les animaux (humains compris).

Procédures

Procédure comportementale : Apprentissage d'une tâche d'integration des trajets. Procédure se déroulant sur un mois environ à raison de 2 essais de durée variable (mais n'excédant pas 5 minutes chacun) par jour et par animal.

Impact sur les animaux

Afin d'assurer un contrôle individuel de la prise alimentaire, les animaux des groupes 1, 2 et 4 seront hébergés individuellement. Cette mesure particulière d'hébergement sera maintenue durant une période la plus courte possible et les rats ainsi isolés pourront avoir des contacts visuels, auditifs et olfactifs avec leurs congénères. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort (n=35) par injection d'euthanasiant (Pentobarbital sodique, 200 mg/kg, IP, soit 0.5 mL/kg d'EUTHASOL VET. SOLUTION INJECTABLE) après sédation profonde (Médétomidine, 500 μg/kg, IP, soit 0.5 mL/kg pour le DOMITOR). La mise à mort permet le prélèvement des cerveaux afin de réaliser le marquage de l'expression du gène d'expression c-fos par immunohistochimie. La quantification de ce marquage est l'objectif de l'étude car il permettra d'identifier les structures nerveuses impliquées dans l'intégration des trajets.

Remplacement

La nature même des expériences proposées dans ce projet ne permet pas d'envisager de remplacement. En effet, ces expériences reposent sur l'exploration de l'environnement effectuée par les animaux en réponse à diverses manipulations environnementales et ne peuvent être réalisées à partir de modèles in vitro, in silico ou ex vivo. Ces expériences, du fait du caractère invasif des procédures de collecte des données (prélèvement du cerveau afin de révéler le marquage de certaines structures nerveuses), ne peuvent pas non plus être conduites chez le sujet humain.

Réduction

Cette étude nécessitera un total de 35 rats. Deux groupes expérimentaux et deux groupes contrôles sont indispensables pour permettre de conclure sur l'implication des structures dans les processus ciblés : Un groupe expérimental (n=8) entraîné dans la tâche d'intégration des trajets, un groupe contrôle (n=8) entraîné dans une tâche spatiale ne nécessitant pas l'intégration des trajets, un groupe contrôle (n=6) ne réalisant aucune tâche (explorant librement l'environnement pendant 3 mn) et un deuxième groupe expérimental (n=8) entraîné dans une tâche alternative d'intégration de trajet. Enfin, 5 animaux sont ajoutés au total pour pallier d'éventuels problèmes de marquage immunohistochimique (aux alentours de 15%). Le nombre d'animaux dans ces groupes permet de tenir compte de la variabilité individuelle inhérente aux études comportementales et d'obtenir des résultats fiables. L'analyse des résultats comportementaux reposera essentiellement sur l'utilisation de tests statistiques de proportion (type Chi 2). En ce qui concerne l'analyse des résultats issus des marquages immunohistochimiques, plusieurs scenari sont envisagés. Si la normalité des distributions n'est pas avérée, nous utiliserons des tests statistiques non-paramétriques tels que le test de Kruskal-Wallis. Si la normalité des distributions est avérée mais pas l'homogénéité des variances, nous utiliserons l'ANOVA à un facteur de Welch (associé au test post-hoc de Games-Howell). Si la normalité et l'homogénéité sont avérées, nous aurons recours à un test ANOVA à un facteur (associé au test post-hoc de Tukey). Ce plan d'analyse statistique nous permettra d'exploiter les données quelque soit l'ampleur de la variabilité inter-individuelle tout en conservant des effectifs d'animaux réduits.

Raffinement

La tâche comportementale repose essentiellement sur le comportement spontané des rongeurs à explorer un environnement et à récupérer un morceau de nourriture pour le ramener dans son nid et le consommer. L'animal apprend à faire cette tâche sans contrainte externe ce qui réduit considérablement son état de stress. L'hébergement des animaux s'effectue dans le respect des protocoles d'enrichissement validés par la Structure de Bien-Etre Animal de notre établissement d'expérimentation. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.

Choix des espèces

Le rat constitue un modèle animal privilégié pour les études sur la navigation spatiale du fait de ses excellentes capacités d'orientation spatiale. Nous avons montré que ces animaux sont capables de réaliser la tâche d'intégration des trajets dans sa version classique (Groupe 1). L'étude de l'activation des réseaux de structures nerveuses au cours d'un comportement de déplacement dans l'environnement ne peut pas être réalisé en utilisant des procédures in vitro, ex vivo ou in silico. Les animaux seront des rats adultes agés de 4 mois. Les capacités d'apprentissage chez ces animaux de cet âge sont optimales.

40 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent une chirurgie d'implantation d'électrodes dans le cerveau avec injection d'un vecteur viral, puis sont soumis à une restriction alimentaire les maintenant à 90 % de leur poids pour les pousser à explorer un dispositif en quête de nourriture, l'objet étant de cartographier l'activité du cortex rétrosplénial pendant la navigation spatiale. Le porteur les héberge individuellement et prévoit un retour à l'alimentation libre si la perte de poids dépasse 15 %. Il présente les retombées pour les maladies neurodégénératives comme une simple piste de réflexion issue de cette recherche fondamentale.

Objectifs

Les capacités d'orientation et de mémoire sont déficitaires chez les sujets vieillissant et les patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Le cortex rétrosplénial est impliqué dans ces processus mnésiques et de navigation. et semble être une structure fondamentale pour s'orienter dans des environnements complexes. Ce projet permet de comprendre quelles informations de l'espace sont nécessaires aux activités neuronales du cortex rétrosplénial et également d'étudier l'influence de cette structure sur les autres aires cérébrales impliquées dans la navigation, notamment le cortex entorhinal médian. Ce projet, de nature fondamentale, ouvre des pistes de réflexions sur la nature des déficits de navigation inhérents aux maladies neurodégénératives qui affectent la mémoire.

Bénéfices attendus

Ce projet, de nature fondamentale, ouvre des pistes de réflexions sur la nature des déficits de navigation inhérents aux maladies neurodégénératives qui affectent la mémoire.

Procédures

Procédure comportementales : exploration libre à la recherche de nourriture suite à une privation contrôlée de nourriture; et procédures chirurgicales : implantation d'un système d'électrode avec l'injection d'un vecteur viral pour utiliser les outils d'inactivation neuronale pharmacogénétique. Tous les animaux subiront la procédure comportementale. 1 groupe de 20 animaux sera soumis à la procédure chirurgicale d'implantation des électrodes seule, et un 2ème groupe d'animaux sera soumis à la chirurgies d'implantation d'électrode et d'injection du vecteur viral.

Impact sur les animaux

Afin d'assurer un contrôle individuel de la prise alimentaire, les animaux seront hébergés individuellement. Cette mesure particulière d'hébergement sera maintenue durant une période la plus courte possible et les rats ainsi isolés pourront avoir des contacts visuels, auditifs et olfactifs avec leurs congénères. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.

Devenir

La mise à mort permet le prélèvement des cerveaux afin de réaliser le marquage des neurones par cresyl violet ou thionine et d’identifier la position des électrodes d’enregistrement dans les structures d’intérêts. L'identification de la position des électrodes est cruciale car elle permet d'affirmer que les activités neuronales mises en évidence proviennent bien de la structure cérébrale ciblée dans le projet.

Remplacement

Ce projet repose sur les méthodes invasives d'enregistrement des neurones isolés ainsi que de l'inactivation de l'activité cérébrale chez le rat jeune adulte Long Evans, qui ne sont pas compatibles avec une approche chez le sujet humain, ni adaptables aux études in vitro ou de modélisation.

Réduction

Le projet comporte deux expériences qui utiliseront chacune 20 animaux. Ce nombre est indispensable pour deux raisons : 1-éviter statistiquement une variabilité inter-individuelle et 2-enregistrer un nombre suffisant d’activité neuronale pour effectuer des tests statistiques. L'analyse des résultats reposera essentiellement sur l'utilisation de tests statistiques paramétriques. Cependant, si la normalité des distributions n'est pas avérée, nous utiliserons des tests statistiques non paramétriques. Ce plan d'analyse statistique permettra d'exploiter les données si une variabilité inter-individuelle est toutefois présente tout en conservant des effectifs d'animaux réduits.

Raffinement

La tâche comportementale repose essentiellement sur le comportement spontané des rongeurs à explorer un environnement pour aller manger des granulés de nourriture. L'hébergement des animaux s'effectue dans le respect des protocoles d'enrichissement validés par la Structure de Bien-Etre Animal de notre établissement d'expérimentation. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%) ou en dessous de 90% de leur poids initial (points limites), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré. Une grille de score approuvée par la SBEA permet de s’assurer du bien-être animal pendant et en dehors des temps d’expérience. Cette grille permet d’évaluer si l’animal est dans un état normal ou en souffrance. L’arrêt des souffrances est prévu dans cette grille de score par des mesures d’observation attentive, des méthodes de soulagement, l’arrêt complet de l’expérience ou la mise à mort de l’animal. Les méthodes d’arrêt des souffrances se font de concert avec les zootechniciens de l’animalerie et sont reportées pour chaque animale sur une feuille de soins disponibles à l’animalerie.

Choix des espèces

Le rat représente le modèle de choix pour les études du comportement spatial qui est à la base des protocoles comportementaux qui seront utilisés. Il présente d'excellentes performances dans les tâches de navigation spatiale. Enfin, 90% des études portant sur les bases neurales de la navigation réalisées chez le rongeur reposent sur l'utilisation du rat, ce qui permet de disposer d'une littérature abondante sur laquelle s'appuyer. Par ailleurs, j'ai réalisé la seule étude qui a mis en évidence les cellules bidirectionnelles du cortex rétrosplénial chez le rat. Utiliser le rat me permet de comparer les résultats issus de ce projet avec ceux précédemment obtenus. Le projet vise à établir le rôle de certaines structures cérébrales chez le rat jeune adulte. Afin de pouvoir comparer les résultats avec les travaux antérieurs, nous utiliserons des animaux qui auront 3 mois au début de l'expérience.