Autre recherche fondamentale

156 souris vont être utilisées dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, chacune passant soixante-douze heures puis quatre-vingt-seize heures seule en cage à métabolisme, sur un sol grillagé que le porteur décrit lui-même comme peu confortable. Sept fois, elles sont enfermées deux minutes dans un tube étroit pour une mesure de composition corporelle, la vessie vidée au préalable par massage abdominal. Un régime carencé en potassium leur est imposé et deux prélèvements sanguins sont pratiqués sous anesthésie, avant une chirurgie de quinze minutes sans réveil pour prélever les reins. Le porteur annonce comme bénéfice humain une prise en charge peut-être différente des hypokaliémies féminines, et comme bénéfice pour les animaux non-humains le fait de pouvoir désormais associer les femelles de ses élevages aux expériences.

Objectifs

Au-cours de l’évolution, nous avons considérablement changé nos habitudes alimentaires passant d’un régime riche en potassium et pauvre en sel à un régime (dit régime occidental) diamétralement opposé. Nous sommes actuellement très loin des recommandations de l’organisme mondial de la santé concernant les apports nutritionnels en sodium et potassium. Heureusement nos reins sont là pour nous aider à faire face à ces changements. Cependant, à long terme cette alimentation peut contribuer au développement de maladie comme l’hypertension et être corrélée à un risque accru de mortalité. Il est bien connu que le manque de potassium dans l’alimentation va induire une adaptation :1) le muscle peut relarguer du potassium contribuant rapidement à la modulation du potassium plasmatique et 2) le rein va diminuer sa sécrétion de potassium dans les urines et augmenter sa réabsorption vers le sang. Deux protéines essentielles à l’adaptation à un régime dépourvu de potassium ont été mise ne évidence : un transporteur rénal spécifique et un facteur de croissance,. L’ensemble de ces études ont été réalisé chez le mâle. Cependant une étude récente montre une différence d’adaptation à un régime carencé en potassium entre des souris mâles et femelles. Notre projet vise à comparer l’adaptation rénale de souris mâles et femelles à la restriction en potassium, et en comprendre les différences. L’ensemble des études seront réalisées chez des souris mâles et femelles sauvages ou n’exprimant pas le transporteur rénal spécifique ou le facteur de croissance .

Bénéfices attendus

La prévalence de l'hypertension artérielles est très élevées dans nos populations avec une différence notoire entre les hommes et les femmes (36 pourcents contre 25.2 pourcents - Bulletin Epidémiologique Hebdomadaire, 2018). Notre étude est un projet original de recherche fondamentale dans le domaine de la physiologie et physiopathologie rénale. Du point de vue des animaux, les résultats permettront de mettre en œuvre un des aspects des 3R, à savoir la réduction puisque nous pourrons associer les femelles de nos élevages à nos expériences. Du point de vue bénéfice humain, les résultats nous permettront de peut-être envisager une prise en charge différente des hypokaliémies féminines. Nos recherches désigneront des protéines importantes, potentielles cibles thérapeutiques, qui pourraient être différentes chez les hommes et les femmes.

Procédures

Au cours de ce projet, nous réaliserons 5 prélèvements urinaires en cages à métabolisme sur animal vigile au cours de 2 sessions en cage spécifique. La première session en cage métabolique implique un hébergement individuel de 72h à raison de 48h d’habituation et 24h pour le recueil. La seconde session dure 96h correspondants à 4 fois 24h pour 4 recueils. Les animaux ont accès à l’eau et l’alimentation en continue dans ces cages. Nous effectuerons 7 mesures de la composition corporelle en fluides (masse grasse, masse maigre et eau libre) en utilisant un appareil de résonance magnétique nucléaire dédié à ces mesures . Cette technique est non invasive et n’induit aucune douleur chez l’animal. L’animal est placé délicatement dans un petit tube qui restreint ces mouvements, le tube est placé dans l’équipement de mesures durant 2 minutes, puis l’animal est sorti du tube et replacé dans sa cage. Nous réaliserons également 2 prélèvements sanguins de faible volume réalisés sur des animaux anesthésiés et analgésiés : les 2 prélèvements seront espacés d’environ 11 jours, le geste dure 1min/animal. Enfin, les animaux seront euthanasiés sous anesthésie et analgésie au cours d’une chirurgie sans réveil (15 minutes).

Impact sur les animaux

Les effets indésirables des interventions sont connus car déjà testés chez l’animal. Le régime carencé en potassium est normalement bien toléré. La mise en cage à métabolisme peut entrainer un stress chez l’animal, par le fait qu’elle restreint légèrement la liberté de mouvement des souris et qu’elle impose un hébergement individuel des animaux . Leur structure rend l’ hébergement peu confortable sur une grille. La mesure de Kalièmie nécessite un prélèvement sanguin qui sera fait sous anesthésie et qui peut entrainer une hémorragie. Les risques liés à l’anesthésie sont à prendre en compte, comme par exemple, la survenue d’une l’hypothermie. Certaines souris seront placées dans un tube clos pour la mesure de la composition corporelle par mesure de résonance nucléaire magnétique. Cette procédure peut entraîner un léger stress au moment de la manipulation des souris pour vider leur vessie par massage abdominale et le temps de la mesure (2 minutes ).

Devenir

A la fin de chaque procédure , tous les animaux de la procédure seront euthanasiés par une méthode réglementaire sous anesthésie et analgésie. L'euthanasie des animaux est requise en raison des prélèvements d'organes nécessaire pour répondre à la question scientifique.

Remplacement

Notre projet vise à comparer l’adaptation rénale de souris mâles et femelles à la restriction en potassium. Cette adaptation met en jeu différents organes qui vont interagir les uns avec les autres via différents stimuli (messages hormonaux, humoraux…). L’analyse d’une telle complexité nécessite de travailler sur des organismes vivants entiers (ici des souris).

Réduction

Pour les procédures mise en œuvre, le nombre de souris par groupe sera de 12 animaux pour une procédure et 14 animaux pour l'autre. Il y aura 6 groupes par procédure soit un total de 156 animaux. La taille des effectifs a été établie grâce à un calcul de puissance. Ce chiffre correspond au nombre de souris nécessaires afin de mettre en œuvre les analyses statistiques pour une interprétation fiable des résultats. Dans la mesure du possible, un même animal sera utilisé pour la mesure de plusieurs paramètres comme décrit dans les différentes procédures.

Raffinement

Les procédures de raffinement mises en place sont les suivantes : 1) 5 souris maximum par cages en portoir ventilé, dans des conditions d’hébergement conforme à la réglementation en vigueur pour l’espèce concernée 2) Libre accès à l’eau et la nourriture sous forme de croquettes (en hébergement individuel, la nourriture sera en poudre et déposée dans la mangeoire adéquate), 3) Enrichissement par nids végétaux et/ou tunnels en carton ou plastique dans les cages et/ou buchettes en peuplier de taille moyenne, sans traitement chimique et autoclavable (les animaux peuvent les ronger, les déplacer…). Lors du passage en hébergement individuel, étape indispensable pour avoir accès aux métabolites urinaires et à la fonction rénale, les cages sont placées côte à côte afin que les animaux gardent un contact visuel, auditif et olfactif. Nous placerons une petite coupelle en verre de 6 cm de diamètre et de 1cm de hauteur de bord dans la cage qui servira de nid à la souris. Nous avons, au préalable, vérifier que la majorité des souris s’installent dans cette coupelle pour dormir et que cela ne change pas les recueils d’urine ou de fèces. Pour la mesure dans l’appareil à résonnance magnétique nucléaire, les animaux seront habitués à être manipulés et à être placés dans le tube de mesure. Les mesures de kaliémie seront réalisées sous anesthésie totale . L’expérimentateur qui fera ces prélèvements a plus de 10 ans d’expérience. Pour le prélèvement de leurs reins, les animaux subiront une anesthésie sans réveil, avec analgésie. L’ensemble des expériences sera mené par des personnels hautement qualifiés et formés à l’expérimentation animale et à la chirurgie.

Choix des espèces

L’intérêt d’utiliser des souris est que nous possédons des résultats préliminaires chez cette espèce. De plus les modèles transgéniques que nous voulons étudier existent chez la souris et nous les élevons à l’animalerie. Nous utiliserons des souris adultes mâles et femelles « normales » (dites sauvages) et transgéniques âgées de 8 à 16 semaines. L’âge adulte est nécessaire pour que la néphrogénèse (développement du rein) soit totalement terminée.

206 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacune subit une biopsie de l'extrémité de la queue vers six à huit jours de vie pour le génotypage, puis un tatouage à l'encre. Le porteur crée deux lignées portant des mutations de facteurs de réparation de l'ADN, prévoit une létalité embryonnaire, et annonce des résultats susceptibles d'ouvrir des pistes thérapeutiques pour les patients dont le génome est instable. Si un phénotype dommageable apparaît avant le sevrage, les souris sont tuées immédiatement pour que leur système hématopoïétique soit analysé.

Objectifs

Des mutations dans des génes impliqués dans la stabilité du génome peuvent causer des défauts hématopoïétiques. Afin de déterminer quelles sont les conséquences de ces mutations in vivo, 2 modèles de souris portant ces mutations seront produits. Ces modèles permettront de déterminer les conséquences fonctionnelles de ces mutations en se focalisant sur le système hématopoïétique.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d'apporter de nombreuses informations originales et fondamentales sur les conséquences fonctionnelles de ces mutations et plus largement sur le rôle des facteurs analysés dans la stabilité du génome. Les résultats obtenus devraient permettre d'ouvrir des pistes à des approches thérapeutiques chez les patients présentant une instabilité du génome.

Procédures

Biopsie de la queue réalisée vers 6-8 jours de vie en vue du génotypage (une biopsie par animal). Une biopsie correspond à un prélèvement de l'extrémité de la queue par animal qui dure quelques secondes. Une létalité embryonnaire peut exister lors de la gestation.

Impact sur les animaux

Les animaux, du fait d'un défaut potentiel de la stabilité du génome peuvent présenter un défauthématopoïétique. Stress associé à la biopsie nécessaire pour le génotypage ainsi que le tatouage (marquage à l'encre). De plus, une létalité embryonnaire pourrait être observée.

Devenir

A la fin de chaque procédure les souris seront mis à mort selon la méthode règlementaire utilisée en fonction de l’âge des souris

Remplacement

Les questions scientifiques que nous posons ne peuvent être étudiées qu’in vivo ou ex vivo, sur des organes prélevés sur des souris. Il s’agit ici d’études sur le développement des cellules du sang qui ne peuvent être reproduites dans des systèmes autres que celui du mammifère. En effet, le développement des cellules sanguines des mammifères et leurs rôles sont de mieux en mieux caractérisés chez la souris et aucun modèle in vitro ne peut mimer à ce jour toutes les étapes de ces processus dans leur complexité et la richesse des interactions des nombreux types cellulaires qui y prennent part. En revanche l'analyse de la réparation de l'ADN sera en grande partie réalisée dans des lignées cellulaires des différentes lignées de souris ce qui permettra d'utiliser un nombre limité d'animaux.

Réduction

En se basant sur des tests statistiques, nous réduiront au maximum le nombre de souris utilisées pour obtenir les résultats escomptés. Par ailleurs, de nombreux tests seront réalisés sur des lignées cellulaires obtenues de souris, permettant une étude in vitro de nombreux paramètres et ainsi réduisant le nombre de souris utilisées.

Raffinement

Les souris seront observées de façon hebdomadaire par le personnel compétent de l'animalerie. Les cages disposent par ailleurs de matériel d'enrichissement (bouts de coton, tunnels colorés, morceaux de bois). Le maintien des souris dans une zone sans pathogène devrait les préserver d'infections opportunistes et ainsi éviter un caractère dommageable. La mise à mort de la souris sera réalisée selon la méthode réglementaire en fonction de l'âge en cas d’atteinte d’un ou de plusieurs points limites observés lors du scoring hebdomadaire.

Choix des espèces

La souris représente un organisme modèle de choix pour mener ces études sur le développement des cellules sanguines, principalement en raison de la similarité des mécanismes fondamentaux du développement de ce système entre les souris et l’Homme. De plus, nous disposons d’outils adaptés à cette espèce pour la réalisation de ce projet tels que des anticorps pour les immuno-marquages. Le phénotype dommageable affectant la survie (au stade embryonnaire (E13) ainsi qu'après la naissance) sera déterminé au moment du sevrage (3 semaines), le phénotype du système hématopïétique sera réalisé à 8-10 semaines (période classique d’analyse pour laquelle le système immunitaire est pleinement fonctionnel). Si un phénotype dommageable est observé avant cette période, les souris seront immédiatement mise à mort et leur système hémaopoïétique sera analysé.

63 souris seront immobilisées trois heures par jour pendant vingt et un jours, et 192 rats subiront huit prélèvements de sang en six heures : 322 souris et 192 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Les souris reçoivent aussi des gavages pendant deux à trois semaines et des injections dans l'abdomen sur deux à huit semaines, dont des injections de LPS qui provoquent fièvre, fatigue, repli sur soi et perte de poids. Le porteur décrit ces réactions comme "temporaires, adaptatives et contrôlées", et qualifie le stress de contention de psychologique. Le projet mesure ce que des phytonutriments du régime méditerranéen apportent au "bien vieillir", avec des retombées annoncées sous forme de recommandations nutritionnelles et de produits naturels.

Objectifs

Avec l'allongement de l'espérance de vie, le vieillissement démographique représente un défi majeur pour la société, étant associé à une augmentation des maladies chroniques et des coûts de santé. Pour faire face à ces enjeux, il est impératif d'identifier des moyens de prévention pour favoriser le "bien vieillir" et réduire l'incidence des maladies liées à l'âge telles que les maladies neurodégénératives et cardiovasculaires. Parmi les facteurs de risque, une alimentation inadéquate a été identifiée comme contribuant à ces maladies. L'alimentation étant un comportement modifiable, elle offre une voie prometteuse pour mettre en place des stratégies préventives basées sur la nutrition. Dans ce contexte, le régime méditerranéen (Medi) se distingue comme l'un des régimes les plus sains, grâce à ses bénéfices sur la santé et la longévité. Ce projet vise donc à explorer le rôle protecteur des phytonutriments du Medi dans la prévention du vieillissement et des maladies chroniques associées. Notre objectif principal est de comprendre les mécanismes d'action des phytonutriments du Medi et d'évaluer leur efficacité potentielle dans la promotion du "bien vieillir", en utilisant des modèles animaux pertinents pour simuler les processus inflammatoires, les effets du vieillissement accéléré, et le stress chronique. Nous cherchons également à développer des méthodes d'analyse fiables permettant de mesurer les phytonutriments et leurs métabolites dans les tissus biologiques des animaux, afin d'évaluer leur biodisponibilité et dans le but d’établir des corrélations entre les niveaux de métabolites des phytonutriments et les effets biologiques associés au vieillissement, tels que l'inflammation, le stress oxydant, et les altérations épigénétiques. Cette étape cruciale nous permettra d'évaluer comment ces composés sont absorbés et métabolisés dans l'organisme, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension de leur efficacité potentielle. En utilisant des modèles animaux pertinents, nous évaluerons ensuite les effets protecteurs des supplémentations en phytonutriments du Medi contre l'inflammation, les altérations cognitives liées au vieillissement accéléré, et les effets délétères du stress chronique.

Bénéfices attendus

Le projet vise à approfondir la connaissance scientifique en nutrition et vieillissement, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour améliorer la santé humaine. En caractérisant les effets des phytonutriments du régime Medi sur le vieillissement et les maladies chroniques à l'aide de modèles animaux spécifiques, cette recherche contribuera à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents aux bénéfices de ces composés sur la santé. Les résultats permettront d'identifier les phytonutriments clés et leurs combinaisons ayant un potentiel effet protecteur contre le vieillissement et les maladies associées, notamment en modulant l'inflammation, le stress oxydatif et d'autres processus biologiques liés au déclin cognitif et aux pathologies liées à l'âge. Cette caractérisation approfondie des mécanismes d'action des phytonutriments éclairera sur les stratégies nutritionnelles pour favoriser un vieillissement en bonne santé, ouvrant des perspectives pour le développement de produits naturels visant à promouvoir le "bien vieillir" et à réduire l'incidence des maladies chroniques liées à l’âge. En approfondissant notre compréhension des interactions entre les phytonutriments et processus biologiques, cette recherche pourrait conduire à des interventions précoces ou à des recommandations nutritionnelles personnalisées pour améliorer la santé des individus vieillissants. Les bénéfices dépassent la recherche fondamentale, avec des implications potentielles dans la santé publique. Les connaissances générées pourraient conduire à des recommandations nutritionnelles spécifiques pour promouvoir le "bien vieillir", contribuant ainsi à réduire l'incidence des maladies chroniques associées à l'âge et à améliorer la qualité de vie des individus vieillissants. Avec l'allongement de l'espérance de vie, les systèmes de santé et les économies nationales sont confrontés à des défis importants, notamment des problèmes de santé chroniques entraînant des surcoûts en matière de soins, incapacité et dépendance. En identifiant les phytonutriments favorisant un vieillissement en bonne santé, cette recherche pourrait atténuer les impacts économiques du vieillissement de la population. Ce projet revêt ainsi une importance économique dans le contexte du vieillissement démographique. Ce projet vise donc à combler les lacunes actuelles dans notre compréhension des liens entre nutrition, vieillissement et santé, avec des implications potentielles significatives pour la santé publique.

Procédures

Les 322 souris seront soumises à deux prélèvements sanguins à la veine sous maxillaire (maximum 200µL et minimum deux semaines d'intervalle entre les prélèvements). Elles seront également sourmises à une administration orale par gavage pendant 2 à 3 semaines (232 souris), et à des injections intrapéritonéales allant de 2 à 8 semaines (250 souris). 63 souris seront également soumises à un stress de contention quotidien de 3h/jour pendant 21 jours. Les 192 rats quant à eux seront soumis à une cinétique de prélèvements sanguins effectués à la veine caudale ou saphène, et consistant en un prélèvement de 200µL maximum espacés de 30mn minimum ; 0, 30, 60, 90, 120, 180, 240, et 360mn.

Impact sur les animaux

Dans le cadre de ce projet, les interventions prévues peuvent entraîner diverses réponses physiologiques et comportementales chez les animaux utilisés. Par exemple, l'administration de substances, bien que rapides et non douloureuses lorsqu’effectuées par une personne expérimentée, peut induire un stress temporaire lié à la manipulation directe des animaux. Pour atténuer ce stress, les animaux seront préalablement habitués à ces procédures. Les injections intrapéritonéales de LPS induiront des réactions physiologiques telles qu'une réaction inflammatoire, de la fièvre, de la fatigue et des comportements anormaux tels que le repli sur soi, l'hypophagie et la perte de poids chez les souris. Ces réactions, appelées comportement de maladie, sont temporaires, adaptatives et contrôlées, favorisant la récupération en mobilisant les ressources de l'organisme pour combattre l'agent pathogène. Les prélèvements sanguins répétés chez les rats peuvent causer une légère gêne et une perte de volume sanguin, tandis que les injections répétées chez les souris peuvent entraîner une réaction locale temporaire. Pour minimiser ces effets, nous alternerons le côté d'injection et limiterons le volume prélevé selon les recommandations spécifiques à chaque espèce. Les interventions expérimentales peuvent induire un stress léger entraînant une restriction alimentaire et une légère perte de poids chez les animaux. Tout changement de poids sera surveillé de près et un animal présentant une perte de poids significative sera retiré des expériences pour assurer son bien-être. Concernant le stress de contention chronique, bien que non invasif sur le plan physique, ce modèle entraine un stress psychologique et un inconfort dû à la restriction de mouvement, sans toutefois altérer la mobilité une fois le stress terminé. Ces interventions respecteront les lignes directrices éthiques et les expérimentateurs s'engageront à minimiser les perturbations et les impacts négatifs sur le bien-être des animaux en utilisant des techniques adaptées et en surveillant étroitement leur santé et leur comportement tout au long de l'étude et en prenant en charge la douleur si nécessaire. Des mesures telles que l'enrichissement de leur environnement seront mises en place pour garantir leur bien-être et leur confort. En cas de symptômes persistants ou sévères, les animaux seront euthanasiés selon des critères éthiques stricts pour éviter toute souffrance inutile.

Devenir

A l'issue de chaque procédure, tous les animaux seront euthanasiés dans le but de mener des investifations aux niveaux biologiques et neurobiologiques.

Remplacement

Il existe actuellement peu d'alternatives non animales capables de reproduire adéquatement les interactions complexes entre nutriments et processus biologiques observés chez les animaux vivants. Les modèles animaux restent essentiels pour étudier les effets physiologiques et comportementaux des nutriments dans un contexte biologique pertinent, comme dans notre projet visant à caractériser les effets des phytonutriments sur le vieillissement et les maladies chroniques. L'utilisation d'animaux est nécessaire pour comprendre les réponses systémiques et les impacts à long terme sur la santé. Les modèles animaux permettent d'observer les effets intégrés des composés nutritifs sur différents organes et systèmes biologiques, ce qui est essentiel pour une compréhension holistique des mécanismes sous-jacents. Cependant, lorsque l’objectif le permettra, des études seront faites en culture cellulaire afin d’éviter l’utilisation d’animaux supplémentaires, ces modèles in vitro offrant des informations utiles sur les réponses cellulaires aux composés nutritifs, mais ne pouvant pas reproduire les interactions complexes et intégrées observées dans un organisme vivant. Par exemple, les cultures de cellules Caco-2 peuvent être utilisées pour étudier l'absorption intestinale des phytonutriments in vitro, évaluant ainsi leur biodisponibilité et leur potentiel effet systémique. Ainsi, ce type d’étude in vitro peut être utilisé pour mener un screening initial des phytonutriments d’intérêts pour notre projet. De même, des cultures cellulaires spécifiques pourront être employées pour évaluer les effets des composés sur divers aspects de la santé cellulaire, comme la modulation de l'inflammation ou du stress oxydatif. Ces études peuvent fournir des informations précieuses sur les mécanismes d'action potentiels des phytonutriments sans nécessiter l'utilisation d'animaux. Cependant, malgré ces avantages, les modèles cellulaires présentent certaines limites. Ils ne peuvent pas reproduire de manière exhaustive les interactions complexes entre différents organes et systèmes biologiques observées dans un organisme vivant entier. Par conséquent, les études sur les modèles animaux restent nécessaires et justifiées pour atteindre nos objectifs scientifiques en l'absence d'alternatives satisfaisantes. Nous nous engageons cependant à minimiser le nombre d'animaux utilisés, à réduire au maximum leur souffrance et à suivre des protocoles rigoureux conformément aux normes éthiques en vigueur.

Réduction

Plusieurs mesures ont été mises en œuvre dans ce projet afin de minimiser le nombre d'animaux utilisés tout en atteignant nos objectifs scientifiques. Tout d'abord, le nombre d'animaux prévus pour ce projet a été déterminé en tenant compte des besoins expérimentaux et des objectifs de recherche afin de garantir la robustesse de nos résultats, tout en minimisant autant que possible la taille de nos effectifs. En effet, il existe une grande variabilité interindividuelle et nos précédentes études ont montré que la métabolisation des nutriments chez les animaux est sensible à cette variabilité, ce qui nous impose d’avoir un nombre d’animaux nécessaire et suffisant pour répondre à notre problématique, tout en nous restreignant à des effectifs les plus faibles possibles. Le calcul du nombre d’animaux a donc été fait sur la base de 8 à 10 animaux par groupe en fonction du modèle, nombre minimal requis afin d’atteindre une puissance statistique suffisante. De plus, nous adoptons une approche de partage et de réutilisation des tissus animaux pour maximiser leur utilisation. Les foies des rats seront utilisés pour établir des microsomes afin de développer des modèles cellulaires, notamment dans le cadre du protocole INFOGEST. Les tissus non utilisés des souris seront également employés pour le développement de méthodes analytiques sur tissus, minimisant ainsi le besoin de nouveaux prélèvements. Pour optimiser l'utilisation des animaux, nous avons choisi d'utiliser le rat dans la phase d'études de biodisponibilité. Cette décision est motivée par la plus grande taille des rats, qui offre une plus grande disponibilité d'échantillons et permet de nous restreindre à des effectifs les plus faibles possibles comparés à ceux qui auraient été nécessaires avec de plus petits animaux comme la souris. En outre, nous avons adopté une approche expérimentale ciblée pour étudier l'effet des phytonutriments. Dans le modèle de stress inflammatoire induit par le LPS, nous évaluerons l'effet des phytonutriments dans des conditions basales et stimulées. En revanche, dans d'autres modèles, nous nous concentrerons uniquement sur l'effet des phytonutriments en conditions stimulées, ce qui permet de minimiser le nombre de groupes expérimentaux tout en respectant nos objectifs scientifiques. Ces différentes pratiques nous permettent donc de maximiser l'utilisation des ressources disponibles tout en respectant les normes éthiques et les objectifs scientifiques du projet.

Raffinement

Dans le cadre de ce projet, nous mettrons en œuvre des mesures rigoureuses afin à minimiser les nuisances sur le bien-être des animaux pendant les procédures expérimentales. Tout d'abord, une surveillance quotidienne des animaux sera assurée tout au long de l'étude pour évaluer leur santé et leur comportement, avec un renforcement accru en cas de symptômes de détresse ou de douleur, et des mesures immédiates seront prises pour administrer un traitement de confort afin de soulager la souffrance des animaux le cas échéant. Nous avons défini avec attention des points limites pour chaque procédure expérimentale, permettant d'identifier rapidement les signes de détresse et de prendre des mesures appropriées, y compris l'euthanasie si nécessaire pour éviter toute souffrance inutile. Nous prendrons aussi en compte le bien-être des animaux via l'enrichissement environnemental dans les cages avec l'ajout de carrés de coton, d'igloos en carton et de bâtons de bois. Ces enrichissements offrent aux animaux des possibilités d'exploration et de comportement naturel, réduisant ainsi le stress lié à la captivité. De plus, nous favorisons la stabulation en cages collectives ce qui permet aux animaux de bénéficier de contacts sociaux et de réduire l'isolement. Cette approche contribuera à maintenir le bien-être psychologique des animaux tout au long de l'étude. Nous avons intégré dans nos protocoles des procédures d'entraînement et d'habituation préalable pour familiariser les animaux aux manipulations expérimentales, réduisant ainsi le stress associé aux procédures telles que l'administration orale ou les prélèvements sanguins. Enfin, nous resterons attentifs aux avancées scientifiques et aux nouvelles techniques de raffinement pendant la durée de vie du projet, ce qui nous permettra d’intégrer ces avancées dès qu'elles sont disponibles pour améliorer le bien-être des animaux et optimiser nos pratiques expérimentales.

Choix des espèces

Le rat sera utilisé pour les études de biodisponibilité et le développement des méthodes d’analyses en raison de sa taille anatomique, facilitant les prélèvements sanguins et d'organes en quantité suffisante tout en limitant le nombre d'animaux utilisés et en conservant une facilité d’hébergement et de manipulation. Le rat est également préféré à la souris pour la réalisation de cinétiques de prélèvements en raison de son plus gros volume sanguin. La souris, dont la petite taille et la facilité de manipulation permet un hébergement optimal conforme aux règles éthiques, sera choisie pour l’étude des phytonutriments sur le vieillissement. En effet, les souris sont adaptées aux manipulations nutritionnelles et aux expériences comportementales et les modèles sélectionnés sont largement validés et utilisés dans la communauté scientifique sur cette espèce. Enfin, l’utilisation de souris représente un avantage économique, coutant moins cher que les autres rongeurs en terme d’hebergement et de régimes alimentaires. S’agissant d’étude sur le vieillissement, les animaux seront utilisés à l’âge adulte.

Une pompe osmotique est implantée sous la peau ou dans une veine, en dix à vingt minutes d'opération : 768 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. L'infusion continue se poursuit ensuite sur animal éveillé, avec des prélèvements de sang répétés, puis une injection létale permet de prélever organes et tissus. Le projet est mené par une société privée qui teste ses propres vecteurs d'acheminement de médicaments vers le cerveau, à raison de six études par an et de groupes de quatre animaux. Le porteur retient la souris parce que sa physiologie est bien connue, et parce qu'à 27 ou 30 grammes elle est "particulièrement économique" en termes de posologies.

Objectifs

Ces dix dernières années, notre société et ses partenaires académiques ont réussi à identifier et développer une stratégie de vectorisation innovante, afin de proposer de l’adressage spécifique de médicaments au niveau du système nerveux central. Ce transport est réalisé à l’aide de protéines ou peptides cargos (vecteurs) qui ciblent spécifiquement les récepteurs membranaires situés aux niveaux des barrières cellulaires de l’organisme, entre sang et tissus, dans notre cas, la barrière Hématoencéphalique (BHE) du cerveau. Le succès de ces travaux et les dernières collaborations internationales ont démontré tout le potentiel de notre technologie sur le développement de nouveaux traitements contre certaines neuropathies. Cet engouement a permis de développer de nouveaux axes de recherches, notamment sur certaines maladies rares (Myopathies, lysosomales) ou chroniques liées à l’hygiène de vie (Cancers, Diabètes, obésités), devenues le fléau de ces 20 dernières années. C’est dans ce contexte que nous souhaitons relever de nouveaux défis et optimiser notre technologie pour améliorer ou prolonger l’adressage et l’effet de certains traitements. Par diverses optimisations, Il s’agira de contourner les problématiques de la pharmacologie (élimination, stabilité, immunité) et de démontrer l’apport de notre système de pompe autonome (délivrances prolongées et maîtrisées). Nous pourrons ainsi proposer de meilleures pharmacologies et optimisées pour le traitement de pathologies plus complexes ou sans traitements efficaces.

Bénéfices attendus

Nous souhaitons tester le potentiel d’action de nos vecteurs sur des administrations prolongées. Nous pourrons ainsi rechercher leurs meilleurs effets pharmacologiques pour de meilleures perspectives thérapeutiques. La modulation dans le temps et la réduction des concentrations médicamenteuses sont également des paramètres non négligeables lorsqu’il s’agit de molécules présentant certains effets secondaires, notamment lors de traitements à fortes doses efficaces.

Procédures

Une première partie de mise en place de l’étude sur animaux éveillés, une seconde sous anesthésie et anti-douleurs (chirurgie) et enfin le suivi et manipulation jusqu’à la mise à mort de l’animal en fin de cinétique. -Constitution des groupes d'animaux (éveillés). -Analgésie (éveillé) : Administration simple et unique (5 secondes) sous la peau au niveau de la nuque. - Procédure chirurgicale et implantation des pompes osmotiques : implantation en sous-cutanée (10 min) ou intraveineux (20 min). -Prélèvements sanguins intermédiaires sur animal éveillé en cours de cinétique. -Mise à mort finale pour prélèvements de tissus et organes.

Impact sur les animaux

Les possibles sources de stress, angoisse et/ou douleurs sont ici listées : - Du stress et des douleurs légères de courte durée causées par les injections et les prélèvements sur animaux vigiles. - Du stress et de l’inconfort lors des anesthésies et de possible douleurs suites aux interventions chirurgicales Le composé injecté ne devrait pas avoir d'effets indésirables sur les animaux

Devenir

Afin de réaliser l'étude de l'efficacité pharmacologique, les organes et tissus d'intérêts doivent être prélevés. Pour cela, les animaux seront tous mis à mort.

Remplacement

Afin de mener à bien notre projet, nous n’utiliserons que nos vecteurs préalablement étudiés in vitro (cellules) ainsi qu’in vivo sur des suivis pharmacologiques et de biodistributions. Ces premières séries de tests amonts ont notamment permis de contrôler le maintien de leurs efficacités directement sur leurs cibles (Récepteurs cellulaires), mais restaient insuffisantes pour prendre en compte l'intégralité des paramètres physiologiques (mécanistiques, immunitaires, métaboliques et d'éliminations). Afin de développer notre modèle pharmacologique pour l’infusion médicamenteuse, nous devrons réaliser nos études sur le petit animal de laboratoire, ici le rongeur (souris). Le choix du modèle rongeur se justifie comme étant pour l’heure le 1er modèle animal disponible se rapprochant de l’Homme pour l’étude des mécanismes physiologiques, sans trop de contraintes d’hébergement, ni de manipulations. Son utilisation sous forme de petits groupes permet d’exploiter au maximum les résultats par l’obtention de données statistiques significatives. Malheureusement, il n’existe pour le moment aucun modèle prédictif de bio-informatique associant l’ensemble des mécanismes physiologiques, capable d'apporter toutes ces réponses ou suffisamment complexe et informel tel que les organoïdes ou sphéroïdes. Dans notre cas, le principal désavantage de cette demande reste donc le recours indispensable à l’utilisation d’animaux. Il s’agit maintenant de définir à minima et au plus juste le nombre d’individus à utiliser.

Réduction

Le nombre total d’animaux sera réparti de manière équivalente pour les deux procédures d’implantations, en sous-cutanée puis en intra-veineux. Les animaux seront répartis en petits groupes de n=4 (2 mâles/2 femelles), à raison de 4 groupes tests par étude et 6 études par an, ce qui représente 96 individus/an et par procédure. C’est-à-dire pour les deux procédures, 192 animaux par an (mixité des groupes 96 mâles + 96 femelles). Il est important de noter que pour chaque espèce, ce nombre total d’animaux sera mixte à 50/50 entre mâles et femelles. En expérimentation animale nous travaillons avec des populations aléatoires de souris ou chaque animal présente des variables individuelles que nous prendrons en considération lors des tests statistiques. En fin de procédure, une liste ciblée de tissus à prélever nous évitera une utilisation abusive et inutile d’animaux. La réalisation de prélèvements sanguins intermédiaires en cours de cinétique permet d'obtenir des données précieuses sur le sang.

Raffinement

Nous porterons une attention particulière à la préparation amont de l’expérimentation. Elle regroupe l’ensemble des préparatifs, l’adaptation, le conditionnement et la stabulation des animaux, laquelle sera au minimum de 7 jours dès réception. Les opérations chirurgicales et implantations se feront sur animaux anesthésiés + anti-douleur, tandis que l’administration (infusion), continue et autonome, se fera sur animal éveillé. Le contrôle des pesées et les prélèvements intermédiaires de sang seront précis et rapides (≤ 2min) sur animaux éveillés. Tout au long de la procédure, des points limites seront systématiquement établis afin de pouvoir répondre à une situation d’urgence. En point final, une injection létale d’anesthésiques permettra une mise à mort rapide des animaux sans stress ni douleur. .

Choix des espèces

Les rongeurs représentent cette famille (d'animaux) de petite taille, facile d'utilisation et d’élevage, pratique pour les études de pharmacologies et comportementales, elle est donc idéale pour la mise en place de premières études de pharmacocinétiques (groupes de 4 individus). A l’heure actuelle, faute d’alternatives de remplacement, le modèle rongeur (souris et rat), reste le seul modèle accessible de « petit mammifère » dont la physiologie est bien connue et relativement proche de l’Homme. Par sa petite taille, Il devient également très intéressant pour la balance pharmacologie/toxicologie (bénéfices/risques) et une diminution des posologies. Les animaux seront utilisés pour réaliser des cinétiques pharmacologiques et des échantillonnages de sang et tissus. Pour notre procédure nous utiliserons des animaux dits « jeunes adultes », ayant une moyenne de 10 à 12 semaines. A cet âge, nous limitons les variations inter individus qui peuvent avoir un impact sur les mécanismes physiologiques et les modulations de l'expression de certaines protéines. Chez la souris, cet âge présente un poids moyen de 27-30g environ, et qui s’avère particulièrement économique et mois risqué en termes de posologies par rapport à des animaux plus âgés (réduction des doses/risques immunogènes).

650 rats vont être utilisés, chacun logé seul en cage pour que sa consommation alimentaire soit mesurée, quatre jours par semaine pendant six semaines, avec deux heures de retrouvailles quotidiennes ou un week-end en binôme. Les procédures impliquent un niveau de souffrance modéré et tous sont tués à l'issue. Jeûne de quinze heures, privation d'eau de six heures, sept passages au maximum dans des tests d'activité locomotrice, d'anxiété et d'apprentissage, jusqu'à cinq prises de sang, quarante-huit heures en cage de collecte d'urines et de fèces, et pour quarante rates deux traites manuelles sous anesthésie après trois heures de séparation de leurs petits. L'enjeu déclaré est d'évaluer les effets de la végétalisation de l'alimentation humaine sur le métabolisme et le comportement, les résultats devant alimenter une collection de données utile aux pouvoirs publics.

Objectifs

La période néonatale est critique pour le développement du cerveau et des perturbations pendant cette période peuvent avoir des répercussions profondes sur les fonctions cérébrales tout au long de la vie. Les molécules produites par le microbiote intestinal pourraient participer au contrôle de la maturation cérébrale durant cette période et notamment les métabolites bactériens, produits à partir du tryptophane, un acide aminé apporté par l’alimentation. Les enfants nés par césarienne présentent un microbiote moins diversifié que les enfants nés par les voies naturelles. Les enfants nés par césarienne présentent également plus de troubles et déficiences du système nerveux central, et une plus faible production de dérivés du tryptophane. Or parmi les métabolites bactériens, certains ont des effets dans le cerveau (par ex, neuroprotecteur et médiateur). En outre, la biodisponibilité du tryptophane et la production des métabolites bactériens peuvent moduler le poids corporel et la santé métabolique chez le rongeur. Le projet vise ainsi à évaluer l’impact des modifications du métabolisme bactérien du tryptophane, notamment via l’alimentation, sur la santé métabolique et comportementale. L’alimentation conditionne en effet le métabolisme du tryptophane par le microbiote de plusieurs manières. La présence du tryptophane dans le colon dépend de la quantité et de la digestibilité des protéines ingérées et son utilisation dépend de la présence d’autres substrats nutritifs, par exemple ceux apportés par les fibres. La végétalisation de l’alimentation, peut entrainer une diminution d’apport en tryptophane et une augmentation d’apport en fibres et donc conduire à des variations du métabolisme du tryptophane par le microbiote intestinal. Ainsi l’objectif de nos travaux est d’évaluer l’impact de la végétalisation du régime sur la biodisponibilité du tryptophane et la production des métabolites bactériens par le microbiote et d’en caractériser les effets comportementaux, métaboliques et neurophysiologiques chez le rat à 2 stades de son développement : la période post-natale avant sevrage et le jeune en croissance.

Bénéfices attendus

Le projet produit des connaissances scientifiques originales en comparant les effets de régimes de protéines animales riches en tryptophane à ceux de protéines végétales pauvres en tryptophane sur le comportement alimentaire, émotionnel et cognitif et sur le métabolisme de jeunes adultes et sur la transmission de ces effets de la mère aux premiers petits issus de la reproduction. Plusieurs variables sont mesurées chez chaque animal. Ces expérimentations fourniront des opportunités uniques pour évaluer l’impact de la végétalisation du régime sur l’utilisation du tryptophane par le microbiote intestinal, sa métabolisation en métabolites bactériens et la répercussion éventuelle sur la santé métabolique et cérébrale des jeunes rats (pré- et post-sevrage). De telles informations sont essentielles pour mieux estimer les conséquences de la végétalisation de l’alimentation sur la santé. Les résultats participent à la construction d’une collection de données utiles aux pouvoirs publics dans le cadre de leur politique de santé humaine.

Procédures

Ce projet se déroulera sur 2 sites : L’ensemble du projet sera réalisé sur le site 1 et quelques mesures seront réalisées sur le site 2. La dépense énergétique de 100 animaux sera mesurée 1 fois pour chaque rat grâce à des cages mesurant les échanges respiratoires durant 72h sur le site 2. La composition en masse grasse de 100 rats sera évaluée par un appareil d’imagerie sur animaux vigiles sur le site 2 pendant 10 minutes par rat. Sur le site 1, les 200 rats seront hébergés en cages individuelles pour la mesure de la consommation alimentaire durant toute la durée de la période expérimentale, avec remise en cage par binôme durant le week-end ou 2 heures par jours 5 jours/semaine. Les 50 rates gestantes seront placées en cages individuelles pendant toute la période de gestation pour les mesures de consommation alimentaire et seront avec leurs petits pendant la période de lactation. Des tests de de choix alimentaire et hydrique (1h) seront réalisés deux fois à une semaine d’intervalle, après une période de mise à jeun ou de privation hydrique. Des tests comportementaux seront réalisés pour évaluer leur activité locomotrice, leur anxiété, et leur capacité d'apprentissage, 7 fois au maximum (= nombre de passages dans les différents tests). Des prélèvements des urines et fèces seront réalisés durant 48h sur 100 rats dans des cages spécialement conçues à cet effet. Des prises de sang seront effectuées 5 fois maximum à une semaine d’intervalle pour 100 rats ou 1 fois pour 100 rats pendant 5 minutes. Le lait de 40 rates sera prélevé 2 fois pendant 15 minutes. Une injection d’un traceur permettant d’évaluer la synthèse protéique sera réalisée avant la mise à mort de 100 rats 1 fois pendant 2 minutes au moment de la mise à mort.

Impact sur les animaux

Durant l’expérimentation, les rats seront hébergés en cages individuelles pour les mesures de la consommation. L’hébergement individuel (4 jours par semaine durant 6 semaines avec remise en cage par binôme durant le week-end ; ou hébergement individuel et remise en cage collective 2 heures par jours 5 jours/semaine) peut induire un stress modéré et empêcher le rat d’exprimer ses comportements sociaux. La mise à jeun (durant 15 heures maximum) et la privation d’eau (6 heures maximum) lors des tests de préférences alimentaires et de choix de biberons, peuvent représenter un stress léger pour les rats. Les tests comportementaux peuvent représenter un stress léger, dû à la nouveauté de l’environnement et à l’éclairage vif qui fait partie du principe de ces tests. La dépense énergétique sur 24h sera mesurée 1 à 2 fois pour chaque rat pendant 3jours. En outre, la collecte des fèces et des urines d’un rat sera réalisée 1 à 2 fois par rat pendant 48h. La prise de de sang peut provoquer un stress modéré lié à la contention et une petite douleur de courte durée. Les mères seront séparées de leurs petits 3h avant la traite (deux traites en tout dans la procédure), anesthésiées par voie gazeuse, puis l’hormone déclenchant la production de lait leur sera injectée et la traite sera faite manuellement. Après le réveil total de l’anesthésie, la mère sera remise avec sa portée (au maximum 3h30 de séparation). Une injection de traceur sera réalisée 30 minutes avant la mise à mort pour 100 rats, dans la veine caudale, sous anesthésie gazeuse dans le but de mesurer la synthèse protéique. Les organes et contenu digestif seront prélevés.

Devenir

Les animaux sont mis à mort à la fin de l’expérimentation pour la collecte des contenus de l’intestin et de différents organes associés (foie, muscle, tissu adipeux), ainsi que du sang et du cerveau.

Remplacement

L’objectif du projet est d’étudier l’impact de la teneur en tryptophane du régime sur la santé cérébrale et métabolique des jeunes rats adultes et des ratons issus de la première génération Plusieurs variables sont mesurées chez chaque animal, notamment la croissance, la consommation alimentaire, le comportement, la digestibilité des protéines, le métabolisme des protéines, la physiologie digestive, l’utilisation du tryptophane par le microbiote, la formation des métabolites bactériens et des marqueurs de l’activité cérébrale. Cette approche globale nécessite d’utiliser des modèles animaux, permettant de faire varier l’alimentation à l’échelle du repas ou du régime, de prendre en compte les adaptations de l’organisme et l’effet de l’âge. Aucun modèle in vitro ou in silico n’est à même aujourd’hui d’intégrer l’ensemble de ces paramètres dans un système complexe permettant de modéliser l’ensemble des interactions entre l’alimentation, l’intestin, le cerveau et les organes associés.

Réduction

A partir de données obtenues d'une précédente étude, l'effectif minimal requis a été estimé pour mettre en évidence l’effet du régime sur les différents paramètres mesurés. Ainsi, 10 animaux par groupe et par sexe est le nombre minimal de rats pour pallier à la variabilité interindividuelle tout en préservant une puissance statistique correcte. Le nombre d’animaux nécessaire est de 650 rats. Pour les études au cours de la croissance : 5 régimes x 20 rats (10 mâles et 10 femelles) x 2 études = 200 rats. Pour l’étude sur les mères au cours de la gestation et de la lactation, 450 rats sont nécessaires : 8 petits + leur mère x 10 mères par régime x 5 régime.

Raffinement

Pour limiter l'impact de l'hébergement individuel, les rats seront placés dans des cages en plexiglas transparentes qui permettent les interactions visuelles. Les rats demeureront dans la même pièce que leurs congénères, avec lesquels ils restent en contact olfactif, visuel et auditif (vocalises). Les cages seront enrichies au moyen de tunnel, d’une tasse renversée, de support, de gamelle vide ou de billes. Une rotation des objets d’enrichissement est prévue afin de minimiser l’habituation des animaux à ces objets. Un enrichissement social est également prévu. Les rats seront regroupés dans des cages collectives durant 2h/jour tous les jours de la semaine ou durant les week-ends. Ces périodes de regroupement permettront aux animaux d’exprimer leur comportement d’exploration et d’interaction sociale. Les prises de sang seront réalisées par un manipulateur expérimenté. De plus, l’animal est habitué à l’emmaillotage dans un tissu, un geste utilisé pour des pesées régulières, afin de limiter le stress induit par ce même emmaillotage lors des prises de sang. Le transport des animaux sur le site 2 sera réalisé en voiture pour réduire la durée du stress provoqué par le transport 3 jours avant d’effectuer les mesures de dépense énergétique. De plus, un enrichissement social est prévu pour le transport : les animaux seront placés avec les animaux avec lesquels ils sont habituellement regroupés dans les boîtes de transport. De l’eau en gelée et de la nourriture seront à disposition dans la boîte. La mise à mort sera réalisée chez des animaux préalablement anesthésiés. Pour les prélèvements de lait, les mères seront séparées de leur petits le temps de la traite. Après réveil, la mère sera remise en cage avec ses petits. La réaction de chaque mère sera surveillée pour s’assurer que la réintégration se passe au mieux après la traite. La manipulation quotidienne des animaux permettra de faciliter cette réintégration. Pendant la traite, la cage contenant les ratons de la mère sera placée sur un tapis chauffant pour maintenir les petits au chaud. La manipulation régulière des animaux par les mêmes expérimentateurs pour les mesures du poids et de la prise alimentaire permettra de suivre de manière rapprochée l’état de santé des animaux et de détecter des modifications éventuelles de leur état physique ou de leur comportement. Enfin, des points limites seront appliqués, au-delà desquels les animaux seront temporairement ou définitivement sortis des procédures.

Choix des espèces

Comme l’être humain, le rat a un régime alimentaire très diversifié, il est omnivore. De plus l’anatomie et la physiologie de son système digestif présentent des similarités suffisamment importantes avec ceux de l’être humain pour qu’une extrapolation des résultats obtenus soit envisagée. A tel point que l’Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture (Food and Agriculture Organisation of the United Nations, FAO) recommande les études chez l’humain, le porc ou le rat pour évaluer la digestibilité des protéines. Notre projet s’inscrit complètement dans ce cadre. Des rats mâles et femelles prépubères (0-4 semaines) et en croissance (jeunes adultes, 5-9 semaines) sont inclus car nous étudions l’effet des régimes sur la première génération et la croissance.

Tués à la fin de l'expérimentation pour prélever contenu intestinal, foie, muscle, tissu adipeux, sang et cerveau, 650 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, dont 450 mères et petits. 200 rats vivent en cage individuelle pendant six semaines pour la mesure de la consommation alimentaire, avec deux heures de regroupement par jour, et passent jusqu'à sept tests d'activité locomotrice, d'anxiété et d'apprentissage, après des jeûnes de 15 heures et des privations d'eau de 6 heures. Quarante rates sont anesthésiées, séparées de leur portée pendant trois heures et traites à la main après injection d'une hormone, l'opération étant répétée une seconde fois. Le porteur justifie le choix de l'espèce par une recommandation de la FAO citant l'être humain, le porc ou le rat pour évaluer la digestibilité des protéines, l'enjeu déclaré étant l'effet de la végétalisation de l'alimentation.

Objectifs

La période néonatale est critique pour le développement du cerveau et des perturbations pendant cette période peuvent avoir des répercussions profondes sur les fonctions cérébrales tout au long de la vie. Les molécules produites par le microbiote intestinal pourraient participer au contrôle de la maturation cérébrale durant cette période et notamment les métabolites bactériens, produits à partir du tryptophane, un acide aminé apporté par l’alimentation. Les enfants nés par césarienne présentent un microbiote moins diversifié que les enfants nés par les voies naturelles. Les enfants nés par césarienne présentent également plus de troubles et déficiences du système nerveux central, et une plus faible production de dérivés du tryptophane. Or parmi les métabolites bactériens, certains ont des effets dans le cerveau (par ex, neuroprotecteur et médiateur). En outre, la biodisponibilité du tryptophane et la production des métabolites bactériens peuvent moduler le poids corporel et la santé métabolique chez le rongeur. Le projet vise ainsi à évaluer l’impact des modifications du métabolisme bactérien du tryptophane, notamment via l’alimentation, sur la santé métabolique et comportementale. L’alimentation conditionne en effet le métabolisme du tryptophane par le microbiote de plusieurs manières. La présence du tryptophane dans le colon dépend de la quantité et de la digestibilité des protéines ingérées et son utilisation dépend de la présence d’autres substrats nutritifs, par exemple ceux apportés par les fibres. La végétalisation de l’alimentation, peut entrainer une diminution d’apport en tryptophane et une augmentation d’apport en fibres et donc conduire à des variations du métabolisme du tryptophane par le microbiote intestinal. Ainsi l’objectif de nos travaux est d’évaluer l’impact de la végétalisation du régime sur la biodisponibilité du tryptophane et la production des métabolites bactériens par le microbiote et d’en caractériser les effets comportementaux, métaboliques et neurophysiologiques chez le rat à 2 stades de son développement : la période post-natale avant sevrage et le jeune en croissance.

Bénéfices attendus

Le projet produit des connaissances scientifiques originales en comparant les effets de régimes de protéines animales riches en tryptophane à ceux de protéines végétales pauvres en tryptophane sur le comportement alimentaire, émotionnel et cognitif et sur le métabolisme de jeunes adultes et sur la transmission de ces effets de la mère aux premiers petits issus de la reproduction. Plusieurs variables sont mesurées chez chaque animal. Ces expérimentations fourniront des opportunités uniques pour évaluer l’impact de la végétalisation du régime sur l’utilisation du tryptophane par le microbiote intestinal, sa métabolisation en métabolites bactériens et la répercussion éventuelle sur la santé métabolique et cérébrale des jeunes rats (pré- et post-sevrage). De telles informations sont essentielles pour mieux estimer les conséquences de la végétalisation de l’alimentation sur la santé. Les résultats participent à la construction d’une collection de données utiles aux pouvoirs publics dans le cadre de leur politique de santé humaine.

Procédures

Ce projet se déroulera sur 2 sites : L’ensemble du projet sera réalisé sur le site 1 et quelques mesures seront réalisées sur le site 2. La dépense énergétique de 100 animaux sera mesurée 1 fois pour chaque rat grâce à des cages mesurant les échanges respiratoires durant 72h sur le site 2. La composition en masse grasse de 100 rats sera évaluée par un appareil d’imagerie sur animaux vigiles sur le site 2 pendant 10 minutes par rat. Sur le site 1, les 200 rats seront hébergés en cages individuelles pour la mesure de la consommation alimentaire durant toute la durée de la période expérimentale, avec remise en cage par binôme durant le week-end ou 2 heures par jours 5 jours/semaine. Les 50 rates gestantes seront placées en cages individuelles pendant toute la période de gestation pour les mesures de consommation alimentaire et seront avec leurs petits pendant la période de lactation. Des tests de de choix alimentaire et hydrique (1h) seront réalisés deux fois à une semaine d’intervalle, après une période de mise à jeun ou de privation hydrique. Des tests comportementaux seront réalisés pour évaluer leur activité locomotrice, leur anxiété, et leur capacité d'apprentissage, 7 fois au maximum (= nombre de passages dans les différents tests). Des prélèvements des urines et fèces seront réalisés durant 48h sur 100 rats dans des cages spécialement conçues à cet effet. Des prises de sang seront effectuées 5 fois maximum à une semaine d’intervalle pour 100 rats ou 1 fois pour 100 rats pendant 5 minutes. Le lait de 40 rates sera prélevé 2 fois pendant 15 minutes. Une injection d’un traceur permettant d’évaluer la synthèse protéique sera réalisée avant la mise à mort de 100 rats 1 fois pendant 2 minutes au moment de la mise à mort.

Impact sur les animaux

Durant l’expérimentation, les rats seront hébergés en cages individuelles pour les mesures de la consommation. L’hébergement individuel (4 jours par semaine durant 6 semaines avec remise en cage par binôme durant le week-end ; ou hébergement individuel et remise en cage collective 2 heures par jours 5 jours/semaine) peut induire un stress modéré et empêcher le rat d’exprimer ses comportements sociaux. La mise à jeun (durant 15 heures maximum) et la privation d’eau (6 heures maximum) lors des tests de préférences alimentaires et de choix de biberons, peuvent représenter un stress léger pour les rats. Les tests comportementaux peuvent représenter un stress léger, dû à la nouveauté de l’environnement et à l’éclairage vif qui fait partie du principe de ces tests. La dépense énergétique sur 24h sera mesurée 1 à 2 fois pour chaque rat pendant 3jours. En outre, la collecte des fèces et des urines d’un rat sera réalisée 1 à 2 fois par rat pendant 48h. La prise de de sang peut provoquer un stress modéré lié à la contention et une petite douleur de courte durée. Les mères seront séparées de leurs petits 3h avant la traite (deux traites en tout dans la procédure), anesthésiées par voie gazeuse, puis l’hormone déclenchant la production de lait leur sera injectée et la traite sera faite manuellement. Après le réveil total de l’anesthésie, la mère sera remise avec sa portée (au maximum 3h30 de séparation). Une injection de traceur sera réalisée 30 minutes avant la mise à mort pour 100 rats, dans la veine caudale, sous anesthésie gazeuse dans le but de mesurer la synthèse protéique. Les organes et contenu digestif seront prélevés.

Devenir

Les animaux sont mis à mort à la fin de l’expérimentation pour la collecte des contenus de l’intestin et de différents organes associés (foie, muscle, tissu adipeux), ainsi que du sang et du cerveau.

Remplacement

L’objectif du projet est d’étudier l’impact de la teneur en tryptophane du régime sur la santé cérébrale et métabolique des jeunes rats adultes et des ratons issus de la première génération Plusieurs variables sont mesurées chez chaque animal, notamment la croissance, la consommation alimentaire, le comportement, la digestibilité des protéines, le métabolisme des protéines, la physiologie digestive, l’utilisation du tryptophane par le microbiote, la formation des métabolites bactériens et des marqueurs de l’activité cérébrale. Cette approche globale nécessite d’utiliser des modèles animaux, permettant de faire varier l’alimentation à l’échelle du repas ou du régime, de prendre en compte les adaptations de l’organisme et l’effet de l’âge. Aucun modèle in vitro ou in silico n’est à même aujourd’hui d’intégrer l’ensemble de ces paramètres dans un système complexe permettant de modéliser l’ensemble des interactions entre l’alimentation, l’intestin, le cerveau et les organes associés.

Réduction

A partir de données obtenues d'une précédente étude, l'effectif minimal requis a été estimé pour mettre en évidence l’effet du régime sur les différents paramètres mesurés. Ainsi, 10 animaux par groupe et par sexe est le nombre minimal de rats pour pallier à la variabilité interindividuelle tout en préservant une puissance statistique correcte. Le nombre d’animaux nécessaire est de 650 rats. Pour les études au cours de la croissance : 5 régimes x 20 rats (10 mâles et 10 femelles) x 2 études = 200 rats. Pour l’étude sur les mères au cours de la gestation et de la lactation, 450 rats sont nécessaires : 8 petits + leur mère x 10 mères par régime x 5 régime.

Raffinement

Pour limiter l'impact de l'hébergement individuel, les rats seront placés dans des cages en plexiglas transparentes qui permettent les interactions visuelles. Les rats demeureront dans la même pièce que leurs congénères, avec lesquels ils restent en contact olfactif, visuel et auditif (vocalises). Les cages seront enrichies au moyen de tunnel, d’une tasse renversée, de support, de gamelle vide ou de billes. Une rotation des objets d’enrichissement est prévue afin de minimiser l’habituation des animaux à ces objets. Un enrichissement social est également prévu. Les rats seront regroupés dans des cages collectives durant 2h/jour tous les jours de la semaine ou durant les week-ends. Ces périodes de regroupement permettront aux animaux d’exprimer leur comportement d’exploration et d’interaction sociale. Les prises de sang seront réalisées par un manipulateur expérimenté. De plus, l’animal est habitué à l’emmaillotage dans un tissu, un geste utilisé pour des pesées régulières, afin de limiter le stress induit par ce même emmaillotage lors des prises de sang. Le transport des animaux sur le site 2 sera réalisé en voiture pour réduire la durée du stress provoqué par le transport 3 jours avant d’effectuer les mesures de dépense énergétique. De plus, un enrichissement social est prévu pour le transport : les animaux seront placés avec les animaux avec lesquels ils sont habituellement regroupés dans les boîtes de transport. De l’eau en gelée et de la nourriture seront à disposition dans la boîte. La mise à mort sera réalisée chez des animaux préalablement anesthésiés. Pour les prélèvements de lait, les mères seront séparées de leur petits le temps de la traite. Après réveil, la mère sera remise en cage avec ses petits. La réaction de chaque mère sera surveillée pour s’assurer que la réintégration se passe au mieux après la traite. La manipulation quotidienne des animaux permettra de faciliter cette réintégration. Pendant la traite, la cage contenant les ratons de la mère sera placée sur un tapis chauffant pour maintenir les petits au chaud. La manipulation régulière des animaux par les mêmes expérimentateurs pour les mesures du poids et de la prise alimentaire permettra de suivre de manière rapprochée l’état de santé des animaux et de détecter des modifications éventuelles de leur état physique ou de leur comportement. Enfin, des points limites seront appliqués, au-delà desquels les animaux seront temporairement ou définitivement sortis des procédures.

Choix des espèces

Comme l’être humain, le rat a un régime alimentaire très diversifié, il est omnivore. De plus l’anatomie et la physiologie de son système digestif présentent des similarités suffisamment importantes avec ceux de l’être humain pour qu’une extrapolation des résultats obtenus soit envisagée. A tel point que l’Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture (Food and Agriculture Organisation of the United Nations, FAO) recommande les études chez l’humain, le porc ou le rat pour évaluer la digestibilité des protéines. Notre projet s’inscrit complètement dans ce cadre. Des rats mâles et femelles prépubères (0-4 semaines) et en croissance (jeunes adultes, 5-9 semaines) sont inclus car nous étudions l’effet des régimes sur la première génération et la croissance.

90 souris immunodéprimées vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une greffe sous-cutanée de cellules tumorales de prostate humaine, passent au scanner puis sous radiothérapie FLASH sous anesthésie gazeuse, et sont suivies deux semaines pendant la croissance de la tumeur, avec des injections intrapéritonéales et rétro-orbitaires avant la mise à mort. Le but est de mesurer la réponse des vaisseaux tumoraux et l'oxygénation du tissu, données recueillies post mortem. Le porteur justifie l'espèce en indiquant que la souris est "le plus petit animal répertorié" sur lequel la radiothérapie FLASH fonctionne tout en autorisant une greffe tumorale suivie deux semaines.

Objectifs

La radiothérapie est un traitement contre le cancer utilisé chez plus de la moitié des patients. Une méthode récente ultra-rapide, dite "FLASH", a montré une toxicité inférieure sur les tissus sains tout en maintenant la même efficacité anti-tumorale dans différents modèles animaux. Le niveau d'oxygénation tissulaire semble être un paramètre qui influe sur le ratio bénéfice/risque de cette radiothérapie. De nombreuses études attestent du rôle de l'O2 dans les tissus sains mais aucune ne s'est intéressée aux tissus tumoraux dans ce contexte. Pourtant, le niveau d'O2 tumoral est un facteur qui est bien connu pour jouer sur l'efficacité anti-tumorale de la radiothérapie. En effet, lors de la radiothérapie conventionnelle, l'oxygénation tumorale augmente dans les premières semaines de traitement. L'oxygène présent facilite des réactions physicochimiques qui augmentent la destruction des cellules tumorales. Le projet a donc pour but d'étudier la réponse des vaisseaux sanguins tumoraux à la radiothérapie FLASH, et la conséquence en termes d'oxygénation du tissu tumoral. Le nombre de vaisseaux, la fraction d'aire hypoxique (sans oxygène) et le pourcentage de vaisseaux perfusés seront déterminés post-mortem. La taille des tumeurs sera également suivie. Cette connaissance est essentielle pour appréhender la réponse clinique globale et envisager les étapes ultérieures d'application de la méthode FLASH chez l'homme. Pour des raisons techniques, le projet se déroulera dans deux établissements.

Bénéfices attendus

La réoxygénation du tissu tumoral entre plusieurs séances de radiothérapie constitue l'un des piliers théoriques des procotoles cliniques actuels de radiothérapie. Il est en effet très important d'augmenter l'oxygénation de la tumeur, habituellement défectueuse, car la quantité d'oxygène dicte une grande partie des effets physico-chimiques de la radiothérapie et donc son efficacité. Il est donc crucial d'établir si les vaisseaux sanguins tumoraux répondent à la radiothérapie FLASH de la même manière qu'à la radiothérapie conventionnelle. Les données sur la réponse des vaisseaux ainsi que l'oxygénation tumorale permettront d'établir la pertinence des protocoles cliniques fractionnés actuels, ou dans le cas inverse de proposer de nouveaux protocoles de traitement. Les données permettront d'évaluer la performance globale de la radiothérapie FLASH sur la tumeur. Elles pourront permettre également d'envisager des combinaisons thérapeutiques avec des chimiothérapies anti-angiogéniques ou immuno-modulatrices. Enfin, elles apporteront des connaissances fondamentales sur les cellules du microenvironnement vasculaire, utiles à la communauté scientifique de la radiothérapie FLASH.

Procédures

Les animaux seront soumis à 4 procédures: 1- injection (seringue insuline) sous-cutanée de cellules tumorales sous anesthésie gazeuse (2 min) 2- imagerie scanner CT-scan sous anesthésie gazeuse (15 min max) 3- radiothérapie sous anesthésie gazeuse (15 min) 4- suivi tumoral pendant 2 semaines puis injections ip et rétroorbitale (2 min) sous anesthésie gazeuse avant sacrifice endormi. Les actes 1-2-4 se déroulent dans l'Etablisssement 1. L'acte 3 dans l'établissement 2.

Impact sur les animaux

Lors des phases de transport et d'acclimatation, de préhension, contention ou anesthésie, il est attendu d'observer des périodes de stress léger chez les animaux. La greffe tumorale sous-cutanée produira une douleur légère et passagère (quelques minutes). La radiothérapie est imperceptible et ne peut en soi causer de souffrance. Seuls les actes associés (manipulations) sont décelables. La croissance tumorale, en particulier lors des deux dernières semaines, peut engendrer une détresse telle que: atteinte de la mobilité, fatigue. Ces signes sont cependant facilement détectables en amont et interviennent peu dans ce modèle. De plus, le modèle n'est pas métastatique et n'engendre pas d'autre risque.

Devenir

Les animaux suivent tous les même parcours: greffe tumorale, imagerie, radiothérapie, suivi. Tous les animaux seront euthanasiés en fin d'expérimentation, le but étant de prélever les tissus tumoraux pour analyse.

Remplacement

Les premières phases du projet scientifique global se sont déroulées sur des cellules, notamment endothéliales, constituants des vaisseaux sanguins. Tout ce qui a pu être étudié sans expérimentation animale a été fait. Néanmoins l'oxygénation tissulaire ne peut être étudié que dans un tissu perfusé et régulé physiologiquement.

Réduction

La stratégie en trois expériences indépendantes successives permettra de n'utiliser que la quantité d'animaux nécessaire à l'atteinte de la significativité statistique en fonction de la taille d'effet réellement observé: dès la significativité atteinte, les lots d'animaux suivants seront annulés.

Raffinement

Pour le bien-être des animaux, la socialisation et l'environnement seront optimisés: groupes de 5 invariables, maintient des cages et litières penant les transports, cycle jour-nuit adapté, eau-alimentation à volonté et sans changement de régime entre les établissements, frisottis en quantité pour nidification. Les dômes seront exclus car ils ont tendance à créer des comportements de domination chez la souris nude mâle. Une habituation à la manipulation et en creux de main sera réalisée progressivement. Pour éviter le stress, l'injection tumorale sous-cutanée, l'imagerie et l'irradiation seront réalisées sous anesthésie générale. Une stabulation sur tapis chauffant permettra à l'animal un réveil plus rapide et une meilleure stabilité physiologique pendant les procédures. Enfin, les animaux seront observés périodiquement selon un barème décisionnel qui évaluera le stress et la douleur, avec des critères d'arrêt d'expérimentation.

Choix des espèces

La souris est le modèle le plus décrit en tumorigenèse. Les phénotypes des lignées et leurs particularités génétiques sont répertoriés ("mouse phenome database"). Le génome de la souris (différentes souches), entièrement séquencé, et sa physiologie sont similaires à l'homme: 23 000 gènes codants contre 30 000 chez l'homme, avec une bonne conservation des gènes et des fonctions. La souris tolère l'homozygotie, ce qui permet de travailler sur des lignées et d'obtenir des résultats scientifiques très reproductibles. Le modèle immunodéprimé utilisé ici permet la greffe de cellules tumorales humaines. Plus précisément pour ce projet, la souris représente le plus petit animal répertorié sur lequel la radiothérapie FLASH fonctionne et permettant la greffe tumorale avec un suivi suffisamment long (2 semaines post-radiothérapie). L'efficacité du faisceau de particules particulier que nous utilisons a été montrée chez la souris préalablement, ce qui rend ce modèle fiable. Le cancer de prostate est un cancer de l'adulte et les animaux utilisés seront donc adultes (>8 semaines).

90 souris immunodéprimées vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une greffe sous-cutanée de cellules tumorales prostatiques humaines, passent un scanner puis une séance de radiothérapie FLASH sous anesthésie gazeuse, et sont suivies deux semaines pendant que la tumeur grossit, ce qui peut selon le porteur atteindre leur mobilité et les fatiguer. Les bénéfices annoncés restent en amont de la clinique : établir si les vaisseaux tumoraux répondent à cette radiothérapie ultra-rapide comme à la radiothérapie conventionnelle, et apporter des connaissances utiles à la communauté scientifique. Sur le remplacement, le porteur affirme que "tout ce qui a pu être étudié sans expérimentation animale a été fait" et que l'oxygénation d'un tissu ne s'étudie que dans un organisme perfusé.

Objectifs

La radiothérapie est un traitement contre le cancer utilisé chez plus de la moitié des patients. Une méthode récente ultra-rapide, dite "FLASH", a montré une toxicité inférieure sur les tissus sains tout en maintenant la même efficacité anti-tumorale dans difféerents modèles animaux. Le niveau d'oxygénation tissulaire semble être un paramètre qui influe sur le ratio bénéfice/risque de cette radiothérapie. De nombreuses études attestent du rôle de l'O2 dans les tissus sains mais aucune ne s'est intéressée aux tissus tumoraux dans ce contexte. Pourtant, le niveau d'O2 tumoral est un facteur qui est bien connu pour jouer sur l'efficacité anti-tumorale de la radiothérapie. Le projet a donc pour but d'étudier la réponse des vaisseaux sanguins tumoraux à la radiothérapie FLASH, et la conséquence en terme d'oxygénation du tissu tumoral. Cette connaissance est essentielle pour appréhender la réponse clinique globale et envisager les étapes ultérieures d'application de la méthode FLASH chez l'homme. Pour des raisons techniques, le projet se déroulera dans deux établissements.

Bénéfices attendus

La réoxygénation du tissu tumoral entre plusieurs séances de radiothérapie constitue l'un des piliers théoriques des procotoles cliniques actuels de radiothérapie. Il est en effet très important d'augmenter l'oxygénation de la tumeur, habituellement défectueuse, car la quantité d'oxygène dicte une grande partie des effets physico-chimiques de la radiothérapie et donc son efficacité. Il est donc crucial d'établir si les vaisseaux sanguins tumoraux répondent à la radiothérapie FLASH de la même manière qu'à la radiothérapie conventionnelle. Les données sur la réponse des vaisseaux ainsi que l'oxygénation tumorale permettront d'établir la pertinence des protocoles cliniques fractionnés actuels, ou dans le cas inverse de proposer de nouveaux protocoles de traitement. Les données permettront d'évaluer la performance globale de la radiothérapie FLASH sur la tumeur. Elles pourront permettre également d'envisager des combinaisons thérapeutiques avec des chimiothérapies anti-angiogéniques ou immuno-modulatrices. Enfin, elles apporteront des connaissances fondamentales sur les cellules du microenvironnement vasculaire, utiles à la communauté scientifique de la radiothérapie FLASH.

Procédures

Les animaux seront soumis à 4 procédures: 1- injection (seringue insuline) sous-cutanée de cellules tumorales sous anesthésie gazeuse (2 min) 2- imagerie scanner CT-scan sous anesthésie gazeuse (15 min max) 3- radiothérapie sous anesthésie gazeuse (15 min) 4- suivi tumoral pendant 2 semaines puis injections ip et rétroorbitale (2 min) sous anesthésie gazeuse avant sacrifice endormi. Les actes 1-2-4 se déroulent dans l'Etablisssement 1. L'acte 3 dans l'établissement 2.

Impact sur les animaux

Lors des phases de transport et d'acclimatation, de préhension, contention ou anesthésie, il est attendu d'observer des périodes de stress léger chez les animaux. La greffe tumorale sous-cutanée produira une douleur légère et passagère (quelques minutes). La radiothérapie est imperceptible et ne peut en soi causer de souffrance. Seuls les actes associés (manipulations) sont décelables. La croissance tumorale, en particulier lors des deux dernières semaines, peut engendrer une détresse telle que: atteinte de la mobilité, fatigue. Ces signes sont cependant facilement détectables en amont et interviennent peu dans ce modèle. De plus, le modèle n'est pas métastatique et n'engendre pas d'autre risque.

Devenir

Les animaux suivent tous les même parcours: greffe tumorale, imagerie, radiothérapie, suivi. Tous les animaux seront euthanasiés en fin d'expérimentation, le but étant de prélever les tissus tumoraux pour analyse.

Remplacement

Les premières phases du projet scientifique global se sont déroulées sur des cellules, notamment endothéliales, constituants des vaisseaux sanguins. Tout ce qui a pu être étudié sans expérimentation animale a été fait. Néanmoins l'oxygénation tissulaire ne peut être étudié que dans un tissu perfusé et régulé physiologiquement.

Réduction

La stratégie en trois expériences indépendantes successives permettra de n'utiliser que la quantité d'animaux nécessaire à l'atteinte de la significativité statistique en fonction de la taille d'effet réellement observé: dès la significativité atteinte, les lots d'animaux suivants seront annulés.

Raffinement

Pour le bien-être des animaux, la socialisation et l'environnement seront optimisés: groupes de 5 invariables, maintient des cages et litières penant les transports, cycle jour-nuit adapté, eau-alimentation à volonté et sans changement de régime entre les établissements, frisottis en quantité pour nidification. Les dômes seront exclus car ils ont tendance à créer des comportements de domination chez la souris nude mâle. Une habituation à la manipulation et en creux de main sera réalisée progressivement. Pour éviter le stress, l'injection tumorale sous-cutanée, l'imagerie et l'irradiation seront réalisées sous anesthésie générale. Une stabulation sur tapis chauffant permettra à l'animal un réveil plus rapide et une meilleure stabilité physiologique pendant les procédures. Enfin, les animaux seront observés périodiquement selon un barème décisionnel qui évaluera le stress et la douleur, avec des critères d'arrêt d'expérimentation.

Choix des espèces

La souris est le modèle le plus décrit en tumorigenèse. Les phénotypes des lignées et leurs particularités génétiques sont répertoriés ("mouse phenome database"). Le génome de la souris (différentes souches), entièrement séquencé, et sa physiologie sont similaires à l'homme: 23 000 gènes codants contre 30 000 chez l'homme, avec une bonne conservation des gènes et des fonctions. La souris tolère l'homozygotie, ce qui permet de travailler sur des lignées et d'obtenir des résultats scientifiques très reproductibles. Le modèle immunodéprimé utilisé ici permet la greffe de cellules tumorales humaines. Plus précisément pour ce projet, la souris représente le plus petit animal répertorié sur lequel la radiothérapie FLASH fonctionne et permettant la greffe tumorale avec un suivi suffisamment long (2 semaines post-radiothérapie). L'efficacité du faisceau de particules particulier que nous utilisons a été montrée chez la souris préalablement, ce qui rend ce modèle fiable. Le cancer de prostate est un cancer de l'adulte et les animaux utilisés seront donc adultes (>8 semaines).