Oncologie

Sortis du bassin d'élevage sur une civière, anesthésiés par diffusion d'anesthésique dans les branchies, ouverts pour recevoir une marque acoustique dans l'abdomen, 14 esturgeons européens de 17 ans subissent des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. L'opération dure moins de dix minutes. Ces individus sont nés et ont grandi en captivité, et le projet sert à savoir si un lâcher tardif permet à des géniteurs potentiels de rejoindre les frayères, la marque devant les suivre pendant cinq ans. Le porteur écarte tout remplacement au motif que l'expérience porte sur l'espèce elle-même, et juge l'effectif faible mais acceptable au vu de la rareté de l'esturgeon européen. Les 14 poissons sont ensuite relâchés dans le milieu naturel.

Objectifs

Dans le cadre des programmes de repeuplement, on relâche de préférence des poissons jeunes afin que leur temps passé en captivité (où il y a des risques de domestication) soit limité, facilitant ainsi leur adaptation au milieu naturel. Toutefois, la survie des jeunes poissons, issus de relâchés ou sauvages, peut être très faible, car ils sont plus sensibles aux conditions environnementales et à la prédation. Afin d’améliorer la survie post-lâcher, des individus plus âgés et plus grands peuvent être déversés mais la question se pose de savoir si ces individus vont adopter un comportement adapté au milieu naturel et s’ils vont savoir rejoindre les frayères pour se reproduire et ainsi participer à relancer la dynamique de la population. Pour ce projet, dédié au suivi du programme de repeuplement de l’esturgeon européen, nous avons l’opportunité de relâcher des individus nés et élevés en captivité à un âge avancé afin de documenter leurs déplacements vers les zones de frayères potentielles et ainsi identifier si un lâcher tardif est pertinent ou non. Nous prévoyons donc de lâcher dans le milieu naturel 14 individus subadultes nés et élevés en captivité. Il s’agit d’équiper ces individus avec des marques acoustiques longues durées (env. 5 ans) et de détecter leurs déplacements grâce à un réseau d’hydrophones qui sera mis en place dans le milieu naturel pendant cette durée pour documenter la période de migration de reproduction. La marque acoustique sera placée dans leur abdomen, sous anesthésie générale. Ce projet de recherche est complémentaire à un précédent dans lequel la même pose de marques est autorisée sur des esturgeons européens capturés dans leur milieu naturel et libérés ensuite.

Bénéfices attendus

Le suivi dans le milieu naturel du devenir de ces individus lâchés à un âge avancé (géniteurs potentiels) nous permettra de tester s’il est pertinent de relâcher des individus à ce stade (déplacements avérés et fréquentation des frayères) ou si ce n’est pas pertinent (aucune détection des déplacements, pas de retour dans les fleuves) pour participer à relancer une dynamique de population en milieu naturel.

Procédures

Il sera procédé à un marquage intrapéritonéale de chacun des poissons,sous anesthésie ; la durée de cette opération est inférieure à 10 minutes.

Impact sur les animaux

Pendant la procédure expérimentale correspondant à la chirurgie, les individus peuvent subir un stress dû à la manipulation : transfert du bassin d’élevage au bassin d’anesthésie puis du bassin d’anesthésie vers la civière de marquage. La procédure de marquage étant réalisée sous anesthésie, nous nous attendons à un stress très limité. De même, pendant le transport et la phase d’acclimatation au site de lâcher, les individus peuvent subir un stress.

Devenir

Les poissons seront relâchés dans le milieu naturel, le but du projet étant de caractériser leur comportement post-lâcher.

Remplacement

Aucun remplacement ne peut être envisagé car l’expérience porte sur l’espèce considérée.

Réduction

Nous prévoyons de marquer 14 individus en captivité avant de les relâcher dans le milieu naturel. Il s’agit d’une opportunité de documenter le devenir de poissons lâchés à un âge avancé. Ce nombre est faible, cependant, au vu de la rareté de l’espèce, il nous semble acceptable pour avoir de premiers éléments de réponses et décider s’il y a un intérêt à équiper et relâcher d’autres individus de grande taille dans le futur.

Raffinement

Pour la manipulation entre les bassins (élevage/anesthésie/réveil) les individus seront maintenus et transportés dans des civières spécifiques adaptées à la taille des animaux. Le marquage se déroulera à proximité du bassin d’élevage afin de limiter la durée et la distance de manipulation. Les individus seront anesthésiés et surveillés de l’anesthésie au réveil (surveillance des différentes étapes de l’endormissement, des battements operculaires, du comportement de nage). Pendant la chirurgie, les individus seront placés sur le dos dans une civière en V dotée d’un matelas humide, et une dose sédative d’anesthésique sera diffusée au travers des branchies ; leur corps sera maintenu humide. Les manipulations seront effectuées par du personnel qui est habitué à travailler avec l’espèce en question et qui dispose des formations adaptées en terme d’expérimentation animale et de chirurgie sur les poissons en général et cette espèce en particulier.

Choix des espèces

L’étude porte sur l’esturgeon européen (Acipenser sturio), une espèce protégée qui bénéficie d’un programme national d’actions en faveur de sa restauration. Les poissons impliqués sont des subadultes ; l’objet du projet étant de suivre le comportement des individus de cette catégorie lâchés après de nombreuses années en captivité dans le milieu naturel, il s’agit de caractériser leur devenir, notamment leurs déplacements pendant plusieurs années (5 ans) et d’identifier s’ils effectuent une migration de reproduction vers les fleuves où ils ont été relâchés. Les 14 individus sont âgés de 17 ans, car il s’agit de l’âge auquel l’espèce peut commencer à se reproduire et donc initier une migration de reproduction en milieu naturel.

Tous tués à la fin de la procédure, 8 porcs vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Deux d'entre eux sont infectés par le virus influenza A porcin par voies trachéale et nasale, les six autres étant placés en contact direct ou indirect pour qu'ils s'infectent à leur tour. Chaque animal subit deux prises de sang et treize prélèvements de fluides oraux par lingette mâchée, et l'infection provoque hyperthermie, baisse d'appétit, toux et éternuements pendant la première semaine. Le porteur écarte l'alternative d'un générateur d'aérosols au motif qu'elle ne reproduit pas l'excrétion naturelle, et conclut que la production d'aérosols par les porcs eux-mêmes est "nécessaire".

Objectifs

Le projet vise à produire des connaissances sur la transmission par l’air du virus influenza A porcin provoquant la grippe du porc. L’intérêt porté à ce virus relève de sa forte contagiosité et de sa capacité à se transmettre de l’animal à l’homme. Il induit un impact économique et sanitaire important pour la filière porcine lors d’épidémies. Le protocole expérimental proposé porte sur l’exposition de porcs au virus influenza A. Il s’agit d’évaluer la quantité et la viabilité du virus présent dans l’air ambiant d’une animalerie hébergeant des porcs infectés expérimentalement ou naturellement. Dans la pratique, des collectes d’air seront effectuées quotidiennement sur une période de plusieurs heures à l’échelle de la salle hébergeant trois lots de 8 porcs au total : un lot de deux animaux infectés expérimentalement et deux lots d’animaux en contact direct ou indirect des animaux infectés.

Bénéfices attendus

Les résultats du projet contribueront à évaluer et modéliser les risques d’exposition des animaux, mais également des hommes, en cas de foyer détecté dans un élevage. Ils permettront de proposer des mesures environnementales pour limiter la propagation du virus telles que des stratégies de traitement de l’air, des préconisations organisationnelles, des recommandations quant au port d’équipements de protection individuelle, etc.

Procédures

Deux animaux seront infectés par le virus par voies trachéale et nasale : acte réalisé en moins de 2 min 30. Une prise de sang sera réalisée sur tous les animaux à 2 reprises, acte également rapide (moins de 2 min 30). Tous les animaux seront soumis sur toute la durée de l’essai expérimental à 13 prélèvements de fluides oraux à l’aide d’une lingette mâchée pendant quelques minutes. Ces procédures seront réalisées sur animal vigile.

Impact sur les animaux

L’infection des porcs par le virus de la grippe provoque une hyperthermie ne persistant pas plus de 4 jours ainsi qu’une baisse de l'appétit et des troubles respiratoires très modérés (toux et éternuements) au cours de la première semaine suivant l'infection. Aucun symptome sévère n'est attendu.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure.

Remplacement

Une alternative non animale consisterait à l’aérosolisation du virus influenza avec un générateur d’aérosols. Toutefois, cette technique physique ne reproduit pas totalement le processus naturel d’excrétion et d’aérosolisation qui se produit au niveau de l’animal. Le projet ayant pour objectifs d’étudier l’exposition d’animaux sains au contact d’animaux infectés et de mesurer l’infectiosité des particules virales dans l’air, l’utilisation d’une technique produisant des aérosols de manière artificielle n’est pas envisageable. La génération naturelle d’aérosols par les animaux est nécessaire dans cette expérimentation.

Réduction

Le dispositif expérimental repose sur un minimum d’animaux utilisés. Des études antérieures de transmission du virus Influenza A porcin ont montré qu’un dispositif de 2 porcs inoculés étaient suffisants pour infecter des porcs sentinelles dans une animalerie. Ainsi, 8 porcs élevés dans deux parcs distants seront utilisés : 2 porcs inoculés et 2 autres en contact direct dans un premier parc et 4 porcs dans un second parc distant. Les 2 porcs inoculés et les 2 porcs au contact direct des inoculés devraient produire suffisamment de virus pour infecter les 4 porcs sentinelles à proximité. L'objectif du projet étant de produire des connaissances sur l’exposition de porcs à un air contaminé par un virus Influenza, le dispositif ne comporte pas de lots Témoin et les données ne feront l'objet d'aucune analyse statistique du type Cas/Témoin. Le projet visant à mesurer le niveau d’infectiosité de l’air, la collecte des aérosols sera sans impact sur les animaux.

Raffinement

Les animaux seront élevés en groupes stables au cours de toute la durée du projet. Ils seront alimentés à volonté et auront accès à discrétion à de l’eau. Le confort thermique des animaux sera assuré par des lampes chauffantes et des plaques de couchage dans les jours qui suivent le sevrage. Ils auront accès à des jouets type "mordille", "tourniquet", etc. Le suivi de l’excrétion virale des animaux sera effectué grâce à un prélèvement de salive sans nécessité de contention. Après chaque prélèvement, une récompense type grenadine sera distribuée aux animaux. Une attention particulière sera apportée au suivi clinique de chaque animal au quotidien pendant toute la durée de la procédure expérimentale. En cas d’atteinte d’un des points limites, les animaux seront mis à mort (cf. grille en annexe).

Choix des espèces

Le porc est l’espèce cible du virus Influenza A porcin. Il est donc la seule espèce adaptée aux objectifs et aux conditions de cette procédure. Les porcs Exempt d'organisme pathogène spécifié (EOPS) seront inoculés par un virus Influenza A porcin à 10 semaines d'âge, au même stade physiologique que dans un précédent essai impliquant cette souche virale dans le laboratoire. A cet âge, il est attendu que l’animal génère un volume suffisant de bioaérosols émis dans la salle pour être captés par les différents collecteurs d’air. Par ailleurs, les animaux seront suivis pendant 15 jours post-inoculation, période considérée maximale pour l’excrétion virale des 3 lots (inoculé, contact direct et indirect).

Porteuses par construction génétique d'une mucoviscidose, les souris de ce projet développent un amaigrissement, des difficultés respiratoires et une constipation qu'un laxatif administré en continu dans l'eau de boisson doit atténuer. 128 d'entre elles vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Quatre-vingts subissent une injection intrapéritonéale par jour pendant six semaines, une mesure de glycémie hebdomadaire par coupe de l'extrémité de la queue, et des tests métaboliques de deux heures comportant cinq prélèvements sanguins. Une perte de poids supérieure à 15 % déclenche la mise à mort, les autres étant tuées en fin de procédure pour le prélèvement du pancréas et des tissus enflammés.

Objectifs

La mucoviscidose est une maladie génétique qui touche environ une naissance sur 3 500 en France. Elle est causée par une anomalie d’un gène qui perturbe le fonctionnement d’une protéine essentielle à la régulation des sécrétions dans l’organisme. Cette anomalie rend le mucus trop épais et collant, ce qui provoque principalement des atteintes respiratoires et digestives chroniques. Grâce aux importants progrès médicaux, l’espérance de vie des personnes atteintes de mucoviscidose a fortement augmenté : elle est passée d’environ 7 ans dans les années 1960 à plus de 50 ans aujourd’hui. Cette avancée permet aux patients de vivre plus longtemps, mais elle s’accompagne aussi de l’apparition de nouvelles complications liées au vieillissement, appelées comorbidités. Parmi elles, le diabète associé à la mucoviscidose est l’une des plus fréquentes. Il concerne près de 50 % des adultes atteints. Ce diabète est dû à un mauvais fonctionnement du pancréas, l’organe qui produit l’insuline et régule le taux de sucre dans le sang. Dans la mucoviscidose, les canaux du pancréas peuvent se boucher, entraînant une inflammation persistante qui abîme progressivement l’organe et favorise l’apparition du diabète. Des travaux réalisés dans notre laboratoire suggèrent que certains mécanismes impliqués dans l’inflammation du pancréas pourraient jouer un rôle important dans l’apparition de ce diabète. Sur la base de ces observations, nous souhaitons mieux comprendre comment ces mécanismes participent à la dégradation progressive du pancréas dans la mucoviscidose. Ce projet de recherche vise donc à étudier l’état inflammatoire du pancréas dans des modèles de la maladie et à évaluer si certaines approches thérapeutiques pourraient permettre de réduire cette inflammation et de préserver le fonctionnement du pancréas. Cette étude contribuera à améliorer les connaissances sur les mécanismes responsables des complications métaboliques associées à la mucoviscidose et pourrait, à terme, aider à identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques pour améliorer la qualité de vie des personnes atteintes.

Bénéfices attendus

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

Procédures

Les animaux de la procédure 1 (48 souris) subiront un prélèvement de la durée de quelques secondes d'un très petit volume sanguin pour mesurer leur glycémie et un prélèvement de 70 microlitres de sang à la queue pour le dosage d’insuline plasmatique. Ce prélèvement dure moins d'une minute. Les animaux de la procédure 2 (80 souris) subiront plusieurs prélèvements d'un très petit volume sanguin pour mesurer leur glycémie 1 fois par semaine pendant toute la durée du traitement (6 prélèvements sur 6 semaines). Ce prélèvement dure quelques secondes et engendre une douleur légère. Ils subiront 2 prélèvements de sang pour les dosages d'insuline (70 microlitres) : - un prélèvement avant et un prélèvement à la fin du traitement. Ce prélèvement dure moins d'une minute. Les animaux de la procédure 2 subiront des injections répétées de traitement pouvant engendrer une douleur légère (1 injection par jour pendant 6 semaines). Durant les tests métaboliques d'une durée de 2 heures, la 80 souris 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).

Impact sur les animaux

Les nuisances attendues sur les animaux sont principalement dues au phénotype dommageable des souris mutantes. Dans les 2 lignées utilisées, les mutations touchent le gène impliqué dans la mucoviscidose (2 modifications génétiques différentes) induisant des symptômes proches de ceux des patients atteints de la mucoviscidose : amaigrissement, difficultés respiratoires ou constipation. L’utilisation d’un laxatif dans l’eau de boisson en continu permet de réduire les symptômes de constipation et donc d’amaigrissement. 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 répétée intrapéritonéale du traitement (ou de la solution saline), mais également à la piqure lors de l'injection du glucose, de l'insuline et du pyruvate pendant les tests métaboliques in vivo, ainsi qu'à la coupe de l'extrémité de la queue lors des prélèvements de sang.

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 l’étude de la mucoviscidose et du DAM ne peut se faire que sur un organisme vivant dans son intégralité afin d’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 (pancréas, poumon, intestin), 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. Pour les tests in vivo des différences significatives pourront être démontrées à partir de groupes de 8 animaux (en référence à nos études précédentes et en accord avec les résultats de tests statistiques).

Raffinement

Les animaux seront hébergés en portoir ventilé en groupe pour respecter leur comportement social naturel. Pour les souris mutantes, en raison de leur symptômes digestif, un laxatif doux sera administré en continu dans l'eau de boisson, ce qui permet de réduire l'inconfort digestif. Les souris seront surveillées quotidiennement afin de détecter des signes de souffrance portant sur l'apparence physique (manque de toilettage, poils ébouriffés, dos arrondi), le comportement (modification de la prise alimentaire, prostration) et les modifications de poids. Une grille de scoring et des points limites seront mis en place. L'inconfort généré par la piqure d'aiguille sera limité en alternant le coté d'injection. 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

Nous développerons notre projet en utilisant deux lignée de souris transgéniques qui présentent des symptômes similaires à la mucoviscidose humaine avec une maladie intestinale chronique aboutissant à une obstruction intestinale en absence de traitement. Les grandes similitudes que ces modèles présentent dans sa physiopathologie avec la maladie chez l’homme, les rendent un modèle de choix pour étudier la mucoviscidose et les maladies associées, telle que le DAM. L’utilisation conjointe des deux modèles murins se justifie par l’absence de caractérisation pancréatique détaillée de ces deux modèles, en particulier concernant l’inflammation et la fonction endocrine. Leur comparaison est nécessaire pour déterminer si les altérations pancréatiques sont liées à l’absence complète ou à une dysfonction partielle du gène impliqué dans cette maladie. Cette approche comparative permet d’optimiser les informations obtenues tout en limitant le nombre d’animaux utilisés, conformément aux principes des 3R. Les animaux seront utilisés à l’âge adulte et seront âgés de 4 à 6 mois au moment du traitement car nous étudions les effets de l'inhibition à l'âge adulte.

L'automutilation, les vocalisations ou l'agression des petits par la mère déclenchent l'arrêt du protocole et la mise à mort. 806 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Dès les vingt-quatre premières heures de vie, les ratons passent quatorze jours en atmosphère hyperoxique pour reproduire l'hypertension pulmonaire des grands prématurés, leurs mères échangées tous les jours pour épargner à elles seules la toxicité de l'oxygène, avant des échographies cardiaques, des mesures de pression et une pléthysmographie invasive sous anesthésie. Le porteur justifie la cotation modérée par le fait que les animaux ne seront pas soumis à l'effort, seule situation où la gêne respiratoire s'exacerbe selon lui.

Objectifs

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP) est la principale complication liée à la grande prématurité. La DBP peut se compliquer d’une hypertension pulmonaire (HTP-DBP) responsable d’une mortalité importante dans les 2 ans suivant le diagnostic, par défaillance cardiaque droite. Par ailleurs, les altérations pathophysiologiques présentes pendant la période néonatale persistent dans le temps chez les grands prématurés survivants, augmentant leur risque de développer des maladies respiratoires et cardiovasculaires sévères à l’adolescence et à l’âge adulte. Les mécanismes physiopathologiques à l’origine de l’HTP-DBP sont encore méconnus et il n’existe, à l’heure actuelle, aucun traitement préventif ni curatif de cette maladie. La recherche est donc très active dans l’identification de nouvelles cibles afin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. Pour cela, des modèles animaux pertinents sont indispensables. Ainsi, dans ce projet, nous utiliserons un modèle animal (rats) d’HTP-DBP expérimentale induite par hyperoxie, classiquement décrits dans la littérature et utilisés au laboratoire de façon à pouvoir s’appuyer sur de nombreuses données déjà acquises. Ces modèles animaux sont les modèles qui reproduisent le mieux la pathologie humaine. Dans ces modèles, nous étudierons de manière longitudinale, l’évolution des altérations pathophysiologiques de l’HTP-DBP à différents âges (J15 etJ60 chez les animaux, ce qui correspond chez l’humain à la période de l’enfance (

Bénéfices attendus

Cette étude permettra de mettre en évidence l’effet thérapeutique de deux molécules pharmacologiques ciblant cible thérapeutique. L’efficacité de traitements préventifs versus curatifs sera comparée ainsi que d’éventuels effets secondaires. Si les études sont positives, des études cliniques pourront être envisagées à plus long terme avec un rapport bénéfice- risque minimum pour les patients.

Procédures

Un groupe sera exposé à l’air ambiant (groupe contrôle) et un 2ème groupe sera maintenu en hyperoxie dans les 24h suivant la naissance, pour une durée de 14 jours (J). Un échange des mères entre les groupes sera effectué toutes les 24h, afin d’éviter l’effet toxique lié à l’oxygène chez ces mères. Des substances pharmacologiques dirigées vers la cible thérapeutique seront injectées soit en intranasal soit en intrapéritonéal pour le protocole préventif et pour le protocole curatif. Après 14 jours, une partie des ratons sera anesthésiée afin de réaliser des échographies cardiaques (10 minutes/animal), des mesures de pressions cardiaques (10-15 minutes/animal) et des mesures de la fonction respiratoire par pléthysmographie invasive (5-10 minutes/animal) pour diagnostiquer la présence d’une HTP-DBP et en évaluer la sévérité. Tous les animaux auront ces différentes mesures avant l’extraction du tissu. Les animaux seront euthanasiés pour l’extraction du tissu. Des prélèvements de sang pourront être effectués sur certains animaux juste après l’euthanasie et avant de récupérer le tissu. L’échographie, les mesures hémodynamiques et les mesures de fonction respiratoire permettront également d’évaluer l’efficacité des traitements thérapeutiques. L’autre partie des animaux sera placée en normoxie seule, en présence d’une mère allaitante jusqu’au sevrage puis en condition d’hébergement classique jusqu’à l’âge de 60 jours. Durant cette période, les animaux auront une échographie cardiaque sous anesthésie générale aux différents temps d’évaluation, y compris ceux qui poursuivent le protocole jusqu’à J60. Ainsi, les animaux explorés à J60 auront au total 2 échographies cardiaques durant le protocole. A l’issue du protocole, les animaux seront anesthésiés afin de réaliser des échographies cardiaques, des mesures de pressions cardiaques, des mesures de la fonction respiratoire et des prélèvements de sang.

Impact sur les animaux

L’HTP-DBP n’induit pas de souffrances élevées mais plutôt une gêne respiratoire exacerbée lors d’un effort. Etant donné que les animaux ne seront pas soumis à l’effort, la souffrance est considérée comme modérée dans ce type de protocole d’induction d’une maladie. Nous avons une grande expérience du suivi notamment respiratoire des animaux sous des atmosphères en oxygène variées au laboratoire et nous serons particulièrement attentifs aux points limites qui constitueront un arrêt des protocoles. Bien qu’il n’y ait pas de perte de poids, il y a une prise de poids moindre lors de la survenue de l’HTP-DBP chez les animaux. Les points d’injection des substances et/ou solvants à tester peuvent développer une inflammation locale. Ils seront donc contrôlés. Etant donné que les substances pharmacologiques sont déjà utilisées en clinique, on ne s’attend pas à l’observation d’effets secondaires importants. Globalement, les nuisances suivantes seront surveillées par les expérimentateurs ou les animaliers : Anesthésies répétées Concentrations potentiellement toxiques en oxygènes Points d’injections à répétition Prise de poids ralentie.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés de façon à récupérer les tissus pour faire diverses analyses.

Remplacement

Il est indispensable de mieux comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires mis en jeu dans cette maladie afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques, et seules des expérimentations in vivo chez l’animal pourront permettre d’atteindre ce but. Il est très difficile d’obtenir du tissu de patient souffrant d’HTP-DBP mais des études pourront être réalisées sur des cellules de poumons humains fœtaux en culture, exposées ou non à l’hyperoxie. Ce remplacement du modèle animal par un modèle in vitro permettra d’élucider certains mécanismes intracellulaires sans utiliser d’animaux. Les cellules en culture nous apportent des informations qui doivent être vérifiées in/ex vivo ou in vitro sur des cellules ou des tissus fraichement isolés car le phénotype des cellules change avec les conditions de culture. Par ailleurs, cette pathologie implique plusieurs organes et plusieurs types cellulaires pulmonaires qui interagissent entre eux et seul l’animal entier permet les interactions entre ces différents organes et cellules.

Réduction

Pour limiter le nombre d'animaux, une partie des utilisateurs utilisera le poumon droit et l’autre partie le poumon gauche, une planification des expériences sera établie pour optimiser au mieux les techniques réalisées sur chaque animal et enfin des études seront réalisées sur des cellules d’artères pulmonaires humaines fœtales en culture exposées à l’hyperoxie in vitro pour simuler l’HTP-DBP. Quatre chercheurs/enseignant-chercheurs statutaires (et leurs étudiants) travaillent sur le modèle de ratons HTP-DBP donc l’utilisation des animaux contrôles pourra être optimisée en concertation avec tous les utilisateurs lors de nos réunions d’équipe hebdomadaires afin d’utiliser tous les tissus disponibles. Des précautions seront prises pour éviter les biais expérimentaux (travail en aveugle, partage des tissus et/ou cellules issues de ces tissus). Nous avons besoin de 6 lots différents par condition car les expériences doivent être réalisées sur différentes lots et nos expériences nécessitent de conditionner les poumons différemment, de plus étant donné la petite taille des poumons, nous avons besoin de plusieurs poumons pour réaliser toutes les expériences avec un nombre d’expériences entre 6 et 9 en fonction des expériences. L’estimation du nombre d’animaux est basée sur les analyses des études préalablement menées au laboratoire et en accord avec les données de la bibliographie. Le nombre d’animaux sera ensuite réduit si les résultats obtenus sont statistiquement significatifs (ou résolument non significatifs) avant la fin de la totalité des séries prévues.

Raffinement

Selon la condition, 12 ratons et 1 rate seront placés soit dans l’enceinte à hyperoxie soit dans une cage classique. L’enceinte à hyperoxie et la cage classique contiendront une couche de litière suffisante pour absorber l’humidité, des éléments de nidification (coton, papier kraft) et du matériel d’enrichissement (un tunnel rouge et buchettes de bois). L’accès à l’eau et la nourriture sera ad libitum. Les paramètres ambiants (hygrométrie, température) seront contrôlés quotidiennement par les expérimentateurs ou les animaliers et conservés sur un registre. Un cycle jour/nuit de 12h sera également appliqué. Les signes cliniques de souffrance seront surveillés quotidiennement. Différents paramètres physiologiques (courbe de poids, piloérection, détresse respiratoire) seront surveillés. Un arrêt de la courbe de croissance ou une baisse de poids corporel prolongé dans le temps et non réversible, un comportement anormal des animaux (vocalisation, comportement malveillant vis-à-vis des bébés, automutilation) ou des signes de détresse respiratoire conduiraient à un arrêt du protocole et à la mise à mort de l’animal. L’enceinte d’hyperoxie sera ouverte tous les jours pour l’échange des mères. A cette occasion, les animaux seront observés et seront pesés tous les deux jours. En cas de détection de signe de douleur, dans un premier temps, une administration d’antalgique sera réalisée. En cas de souffrance ou de détresse persistante une procédure d’euthanasie sera mise en œuvre. Une grille de scoring pour le suivi des animaux sera mise en place pour chaque animal. L’ensemble des expérimentations in vivo sera réalisé sous anesthésie générale. Pour les mesures hémodynamiques, un tapis chauffant sera utilisé pour préserver la température corporelle constante durant toute la procédure. Le degré d’anesthésie sera vérifié par l’absence de réflexe palpébral et/ou de retrait de la patte au pincement. Des modifications des paramètres physiologiques et notamment la fréquence cardiaque indiquant une souffrance ou une détresse de l’animal conduiraient à une procédure d’euthanasie.

Choix des espèces

Le rat est une espèce classiquement utilisée pour le développement de modèles d’HTP-DBP. De plus, le laboratoire utilise ces espèces depuis plusieurs années, et dispose donc de nombreuses données sur lesquelles s’appuie le présent projet. De plus, le rat est particulièrement adapté pour modéliser la DBP car au moment de la naissance leurs poumons sont au stade de développement pulmonaire qui correspond au stade de maturation des poumons de nouveau-nés grands prématurés humains et les expérimentations pourront être menées chez des rats nés à terme et ne nécessiteront pas d’induire une naissance prématurée de ces animaux.

Une chirurgie crânienne de quarante ou quatre-vingt-dix minutes, l'injection d'un virus dans le cerveau, puis deux mois d'apprentissage où l'eau n'est accessible que dans le dispositif expérimental : 564 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Le porteur range parmi les nuisances la frustration des animaux évacués du dispositif après un temps imposé, de dix secondes à dix minutes selon l'étape. L'objectif est de cartographier le cortex auditif pendant que les souris entendent les vocalises ultrasonores de leurs congénères, présentées comme un possible proto-langage éclairant la dyslexie ou la dysphasie humaines. Le cerveau de chaque animal est prélevé après la mise à mort, et le choix de la souris tient à la maturité des outils d'imagerie calcique et à sa petite taille, qui permet une immobilisation efficace sous le microscope.

Objectifs

Le langage est une fonction cognitive centrale dans le fonctionnement de notre cerveau, qui nous permet de communiquer en société. C’est aussi un élément essentiel de notre vie intérieure et de nos raisonnements. Si l’on connait les aires cérébrales impliquées dans la perception et la reconnaissance du langage chez l’homme, très peu de choses sont connues de l’architecture et du fonctionnement des réseaux de neurones qui les constituent. Quels sont les calculs élémentaires effectués par les cellules de ces réseaux pour identifier les sons spécifiques du langage et les distinguer des autres bruits ? Quels mécanismes au sein de ces assemblées de neurones permettent d’associer ces sons pour percevoir des syllabes, des mots ou des phrases ? Les réponses à ces questions nous permettraient de mieux comprendre l’origine des troubles du langage tels que la dysphasie de compréhension ou la dyslexie. Mais elles nécessiteraient d’être capable d’observer l’activité des cellules à l’échelle individuelles au sein de ces vastes réseaux de plusieurs milliers de neurones pour saisir la logique de leurs circuits. Aucune technique applicable à l’homme ne permet à l’heure actuelle ce type d’observation. Chez la souris en revanche, le développement intense au cours des dernières décennies de nouvelles techniques de microscopie a permis de mesurer l’activité d’ensembles constitués de 1000 à 10 000 cellules simultanément sur l’animal éveillé et en comportement. Les souris émettent elles aussi des vocalises de communication, dans les fréquences ultrasonores, dont la richesse dans différents contextes a été étudiée depuis plus de vingt ans, et qui suggèrent qu’il pourrait s’agir d’un proto-langage. Pourtant, l’existence au sein de leur cortex d’aires spécialisées dans la détection et l’interprétation de ces vocalises sociales reste encore à établir. L’objectif de ce projet consiste à mettre en évidence de telles aires chez la souris et de les imager à l’aide de ces nouvelles approches de microscopie dans un contexte comportemental riche. Il ouvrira ainsi la voie vers une compréhension précise des mécanismes mis en place dans les réseaux de neurones de mammifères pour filtrer et traiter ces sons socialement si importants, et aidera à comprendre à terme l’origine des pathologies du langage chez l’homme.

Bénéfices attendus

Les bénéfices attendus du projet relèvent tout d’abord des avancées en neurosciences fondamentales et indirectement pour les applications à la santé humaine. Le projet va permettre de cartographier pour la première fois l’activité des neurones dans le cortex auditif des souris en réponse aux vocalises sociales. Il va permettre d’identifier, si elles existent, des subdivisions au sein du cortex auditif qui pourraient traiter spécifiquement ces vocalises. Dans ces subdivisions, et grâce à la résolution cellulaire de la microscopie infra-rouge, le projet permettra d’identifier les circuits élémentaires qui détectent les caractéristiques telles que la richesse spectrale des vocalises, leurs rythmes saccadés, ou leurs combinaisons au sein de « phrases » élaborées. En offrant l’accès à ces circuits et la possibilité de les manipuler par opto-génétique, le projet ouvre la porte vers une meilleure compréhension des mécanismes d’encodage du langage ou des proto-langages, en contexte normal et pathologique. Du point de vue du développement des méthodes en expérimentation animale, et en particulier des méthodes d’imagerie optique de l’activité cérébrale chez le rongeur en comportement, les bénéfices attendus du projet sont, là aussi, majeurs. L’approche en boîte automatisée s’affranchit des interactions homme-animal, ce qui contribue à réduire le stress engendré chez les animaux (notion de Raffinement dans la règle des 3Rs). Cela contribue aussi à limiter la variabilité des résultats des expériences en éliminant une source importante de variabilité due à l’opérateur humain, et en réduisant le nombre des cohortes nécessaires (notion de Réduction dans la règle des 3Rs). L’entrainement en groupe avec maintien des relations sociales est aussi un facteur de raffinement. Enfin, l’efficacité des protocoles d’entrainement automatisés et collectifs développés dans le projet devrait rapidement les positionner comme méthode de référence chez la souris.

Procédures

Les animaux seront impliqués dans une chirurgie sous anesthésie et analgésie. Deux types de chirurgie, durant 40 minutes pour l’une et 90 minutes pour l’autre seront appliquées, chaque animal n’étant soumis qu’à un seul type de chirurgie. Après récupération, ils suivent un protocole d’apprentissage comportemental. Ce protocole a lieu dans un dispositif connecté à leur cage d’hébergement, dans lequel les animaux peuvent s’engager volontairement aux moments qu’ils choisissent, à la fréquence qui leur convient, et pour des sessions individuelles qui pourront durer de 10 secondes à 10 minutes. Pour une partie des animaux, des mesures d’imagerie sont effectuées pendant certaines sessions comportementales, à l’aide d’un microscope infra-rouge capable d’imager les milieux diffusants. Cumulées sur 24h, ces sessions d’imagerie dureront typiquement 20 minutes. D’autres sessions comportementales seront associées à des interventions optogénétiques susceptibles d’identifier les fonctions cognitives à l’œuvre lors de ces comportements. Ces interventions optogénétiques utilisent un mode « sans contact », uniquement basé sur l’application de lumière sur les animaux. Ces sessions optogénétiques cumulées sur 24h dureront environ 1 minute. Le protocole d’apprentissage, les sessions d’imagerie et d’optogénétique s’étaleront sur une période pouvant aller jusqu’à 2 mois.

Impact sur les animaux

Les nuisances ou effets indésirables attendus ou envisageables sont les suivants. Stress (estimé faible) lié à l’hébergement, à la manipulation pendant la période précédant le protocole comportemental, à la contrainte d’être maintenu immobile pendant certaines phases du protocole comportemental, à la gêne due à l’implant. Frustration des animaux due à leur évacuation imposée du système comportemental après un temps déterminé (10 sec – 10 min selon les étapes du protocole). Pendant la chirurgie, des évènements rares : anesthésie insuffisante, douleur, écart de température, saignement. En période post-opératoire, des évènements rares : douleur, écart de température, infection, notamment des plaies autour de l’implant, signes neurologiques dus à l’injection de virus. Avant l’anesthésie, des évènements rares : anesthésie insuffisante, douleur.

Devenir

L’euthanasie de tous les animaux dans toutes les procédures est nécessaire afin de permettre le prélèvement du cerveau pour les analyses histologiques post-mortem.

Remplacement

De très nombreux travaux ont été menés en mathématiques et algorithmique pour étudier les caractéristiques sonores de la voix, pour décomposer le langage en briques élémentaires (syllabes, mots, phrases…) et permettre une reconnaissance automatique du langage. Les progrès des approches basées sur l’intelligence artificielle en font aujourd’hui des outils utilisés par un très large public. Cependant l’architecture simplifiée des réseaux de neurones formels sur lesquels reposent ces approches est très éloignée de ce que l’on connait des réseaux de neurones biologiques constitutifs du cortex auditif, beaucoup plus complexes. Une compréhension du fonctionnement des circuits corticaux impliqués dans le traitement du langage et de leurs dysfonctionnents en contextes pathologiques ne peut être obtenue qu’en étudiant des organismes biologiques placés en situation de traitement des signaux vocaux. Il n’est donc pas possible de remplacer pour ce projet l’utilisation de souris en comportement par des systèmes in vitro ou in silico.

Réduction

Deux méthodes mises en œuvre : 1) Automatisation de l’apprentissage : élimination des interactions humaines, sources de variabilité (stress, fluctuations comportementales). Cela permet d’obtenir des résultats robustes avec moins d’animaux. 2) Microscopie à deux photons : mesure de plus de 1000 cellules par animal (dix fois plus qu’en électrophysiologie) permettant un suivi longitudinal des mêmes neurones qui augmente les données exploitables par individu et réduit le nombre d’individus nécessaires au projet. De plus, des analyses effectuées au fur et à mesure de l’obtention des mesures permettront d’ajuster les effectifs en les réduisant au minimum de ce qui s’avèrera nécessaire pour démontrer statistiquement les effets étudiés. Des analyses non paramétriques seront choisies pour leur robustesse statistique. Ainsi, le nombre total d’animaux impliqués dans les trois procédures ne devra pas excéder 564 souris.

Raffinement

Deux méthodes de raffinement principales seront mises en œuvre: 1) Automatisation de l’apprentissage : limitation des interactions homme-animal au minimum, contribuant à réduire le stress qui aurait pu être engendré chez les souris lors des manipulations. 2) Entrainement en groupe : maintenance des relations sociales. Autres mesures de raffinement mises en œuvre : Pour les chirurgies, une médication (anesthésie et analgésie) pré- et post-opératoire et un maintien de la condition d’homéothermie sont assurés. L'ensemble des interventions à pratiquer sur un animal sont regroupées afin de n’y opérer qu’une seule chirurgie. Le suivi post-opératoire est constitué de deux phases, le premier jusqu’au réveil complet de l’animal, le second, les jours suivants pour vérifier que l’animal récupère correctement (activité locomotrice, poids, aspect du pelage, activités sociales). Cette récupération aura lieu en dehors du dispositif de la boîte de comportement et de la cage d’habitation, durera deux semaines et sera effectuée dans des cages de stabulation en portoirs ventilés. Des points limites ont été définis et seront appliqués afin de garantir la minimisation de risque de souffrance des souris les atteignant. L’hébergement, pendant la récupération post-chirurgicale ou pendant l’apprentissage dans le dispositif de comportement, se fera dans des conditions conformes à la réglementation. La température (entre 20 et 24 degrés) et l'hygrométrie seront contrôlées et monitorées, le cycle jour nuit sera automatique (12h/12h). Pendant la phase de récupération, les souris auront un accès ad libitum à l’eau et la nourriture. Pendant la phase d’apprentissage, l’eau ne sera accessible que dans la boîte de comportement et la nourriture sera disponible ad libitum dans la cage d’habitation. Les souris seront hébergées par lots de 10 souris de même sexe. L’hébergement individuel des animaux ne sera mis en place transitoirement qu’en cas de nécessité d’isolement dû à des contraintes zootechniques, par exemple en cas d’agression entre congénères. Les hébergements lors de la récupération et de l’apprentissage auront un milieu enrichi pour la nidification (lanière kraft), la mastication (bâton), et la disponibilité de refuges (hutte). Durant l’apprentissage, une roue d’activité sera disposée dans la cage d’habitation. Pour les animaux en provenance d’un fournisseur extérieur, une période d’acclimatation d’une semaine sera prévue avant leur entrée dans l’une des procédures du projet.

Choix des espèces

La souris est un mammifère, dont l’architecture cérébrale est plus proche de celle de l’homme que celle des modèles aviaires chantants. Comparées aux autres mammifères sociaux vocalisants, comme les marmousets, la souris présente deux avantages. Premièrement c’est une espèce pour laquelle les outils d’imagerie calcique sont matures : les rapporteurs fluorescents d’activité neuronale y sont très optimisés et leur petite taille permet une immobilisation sous le microscope efficace. Deuxièmement la disponibilité de souris transgéniques offre des outils puissants pour identifier la composition des circuits neuronaux en manipulant certains types cellulaires (optogénétique), et comprendre leur rapport structure - fonction. La souris représente donc le meilleur compromis entre proximité avec l’architecture de mammifère du cerveau humain, et adaptation aux méthodes optiques d’enregistrement et de manipulation les plus puissantes. Les souris utilisées seront des souris adultes exclusivement, âgées de 8 semaines au moment des chirurgies et de 9-10 semaines au démarrage de l’apprentissage. Le projet vise à comprendre les mécanismes d'apprentissage de l'adulte, et cherche à cartographier les régions corticales auditives telles qu’elles existent chez l’adulte ayant développé une large gamme de vocalises sociales.