Système cardiaque

Mis au régime gras avec leur mère, ou injectés d'un vecteur viral dans la veine jugulaire au premier jour de vie sans anesthésie, des ratons passent ensuite des échographies du cœur sous anesthésie, des ECG éveillés et, pour une partie, des gavages de glucose et sept prises de sang au bout de la queue en deux heures à chaque test. 1 350 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue pour des prélèvements, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. L'étude cherche comment le déséquilibre métabolique de la mère altère le développement du cœur des petits. Le porteur décrit des actes "très rapides et peu douloureux", et signale par ailleurs que le vecteur viral peut provoquer une insuffisance cardiaque, que des mères rejettent ou mutilent les ratons manipulés et que certains rats meurent sous anesthésie sans pouvoir être réanimés malgré l'intubation.

Objectifs

L'obésité est un problème majeur de santé publique et sa prévalence croissante contribue à augmenter l’incidence de maladies cardiovasculaires. L'épidémie de surpoids touche les femmes enceintes et des études épidémiologiques rapportent que les enfants nés de mères obèses présentent un risque accru de cardiopathies congénitales et, à l’âge adulte, des taux plus élevés d'événements cardiovasculaires et de mortalité. Cependant, il existe une véritable lacune dans nos connaissances sur l’origine des mécanismes moléculaires conduisant au développement de ces pathologies cardiaques.Notre objectif est d’établir l’impact du dysmétabolisme périnatal sur le développement de l’insuffisance cardiaque d’origine congénitale. Nous proposons une étude longitudinale sur la descendance pour caractériser la chronologie des altérations cardiaques et les défauts d’organisation postnataux des cardiomyocytes. Nous étudierons les voies (moléculaires, métaboliques) impactées (précocement ou plus tardivement) par le dysmétabolisme maternel pouvant expliquer les altérations développementales du cœur et, pour in fine, identifier des signature spécifiques et biomarqueurs potentiels

Bénéfices attendus

Les projets portant sur la compréhension du développement des cardiomyocytes et l'impact des pathologies métaboliques sur l'organisation des domaines membranaires en eux-mêmes permettrons de cibler le rôle de protéines d'intérêt identifiées au laboratoire dans la survenue de pathologie structurales et électriques. Ces avancées seront amenées à permettre de développer des cibles thérapeutiques dans le traitement de différentes arythmies et cardiomyopthies.

Procédures

Une partie des animaux seront mis sous régime riche en graisse, 4 mois pour les génitrices (2 mois avant la reproduction et pendant la durée de reproduction et lactation). Les géniteurs seront sous régime riche en gras uniquement pour la reproduction. Les petits seront sous le régime maternel correspondant (riche en gras ou contrôle) jusqu’au sevrage (20 jours de vie). Afin de valider le modèle de rat obésogénique, des mesures métaboliques seront réalisées sur animaux vigiles. Le gavage de glucose, procédure très rapide (quelques secondes) sera réalisé à deux stades : 20 et 60 jours de vie pour tester la tolérance au glucose. Le test de tolérance à l'insuline sera réalisé par injection intrapéritonéale aux 2 stades (20 et 60 jours de vie). Le prélèvement d'une goutte de sang à la queue (quelques secondes) est effectué sur les animaux vigiles et permet de mesurer l'évolution de la glycémie. Cet acte sera répété 7 fois en 2 heures pour les tests de tolérance au glucose et à l'insuline. Le phénotypage cardiaque sera réalisé par échocardiographie (15 minutes), sous anesthésie gazeuse légère, pour d'obtenir de nombreux paramètres morphométriques et hémodynamiques. Les mesures seront effectuées aux 2 temps, 20 et 60 jours de vie (soit 2 fois pour chaque animal). L’électrocardiogramme (ECG) de surface sera réalisé aux mêmes temps à 20 et 60 jours de vie : cette procédure ne nécessite pas d'anesthésie (animaux vigiles) et sera réalisée dans la foule de l'échographie pour réduire le nombre d'interventions. Les animaux sont placés dans un tunnel en plexiglas aéré, les quatre pattes positionnées sur des plaques métalliques permettant de suivre le rythme cardiaque. Une seconde partie des animaux vigiles seront soumis à une injection de virus (AAV) par voie systémique à 1jour de vie (veine jugulaire facilement visible à ce stade). L'intervention est très rapide (quelques secondes). Ils seront phénotypes par ECG de surface et échographie, aux 2 stades (20 et 60 jours de vie). Tous les animaux seront euthanasiés en fin de procédure par une méthode réglementaire en vue des prélèvements et analyses.

Impact sur les animaux

L'obésité peut conduire à des difficultés de déplacement, un changement cutané et du pelage. L'injection du vecteur viral peut engendrer dans les semaines qui suivent une insuffisance cardiaque, en particulier lors du stress des manipulations. Les injections au stade nouveau-né et donc la manipulation des ratons par un tiers peut engendrer le refus de la mère de reprendre le petit dans la portée, tout comme des cas de mutilations. Il arrive également que des animaux ne supportent pas l'anésthésie lors des échocardiographies et ne peuvent être réanimés, et ce malgré l'intubation. Les tests métaboliques peuvent induire : une sensation de faim lors de la mise à jeun des animaux, une irritation de l'oesophage lors des administrations per os, une légère douleur de courte durée lors des injections intrapéritonéales et des prélèvements de sang. Les prélèvements peuvent induire également une irritation de la queue de l'animal.

Devenir

A l'issue de cette étude, tous les animaux seront euthanasiés afin de réaliser des prélèvements post-mortem.

Remplacement

Les projets ont pour but de comprendre l'importance de l'organisation fonctionnelle du cardiomyocyte sur la fonction cardiaque, et en quoi un régime riche en graisse peu directement l'impacter. Comme nous travaillons à l'échelle de l'organisme, il est nécessaire d'utiliser un modèle expérimental proche de la pathologie ciblée dans notre étude. Toutefois, certaines études seront réalisées in vitro.

Réduction

Le nombre d'animaux pour notre étude (n=1350) est déterminé à la suite des études antérieures, relativement similaires dans la forme. Les paramètres échocardiographiques et métaboliques seront étudiés sur les mêmes lots d'animaux afin de réduire le nombre d'animaux nécessaire à cette stratégie expérimentale. La taille de nos groupes expérimentaux est également déterminante au regard de la puissance statistique nécessaire à la réalisation de comparaisons entre groupes. Ceux-ci requièrent un minimum de 20 animaux par groupes pour être relativements fiables et robustes.

Raffinement

Les rates arrivent à l'animalerie et sont soumises à un temps d'acclimatation de 7 jours avant le début du régime. Les rats servants à la reproduction sont soumis au même temps d'acclimatation avant le début de la reproduction. Afin de prévenir le risque de rejet et mutilation par la mère après manipulation par l'expérimentateur, la contention des ratons est réalisée avec des gants préalablement frottés contre la litière de la cage au moment de l'injection. Les portées sont à une par cage, et ce jusqu'au moment du sevrage, c'est à dire 3 semaines après la naissance. Les rats sont ensuite séparés par sexe et laissés 2 par cage lorsqu'ils ont atteint l'âge adulte. Les cages sont agrémentées avec du matériel d'enrichissement (jouets cartonnés, bâton de bois, sciure de bois, ouate). Les animaux sont surveillés tous les jours par le personnel compétent de l'animalerie. Lors des enregistrements par échographie, les animaux reçoivent une anesthésie gazeuse légère pour les maintenir immobiles. Les animaux se réveillent dès l'arrêt de l'anesthésie. La surveillance par les techniciens de l'animalerie est accrue pendant une semaine après anesthésie. Toutes les évaluations de fonction et prélèvements réalisés (prélèvement de sang) sont très rapides et peu douloureux. Un analgésique est administré en cas de douleur. Les points limites sont différents en fonction de l'âge du rat: - Avant sevrage: mise à l'écart du reste de la portée, refus de la rate d'alimenter le petit donc perte de poids, déshydratation, prostré dans un coin de la cage, mutilation. - Après sevrage: poil hirsute, pelade, comportement inhabituel.

Choix des espèces

Le rat est l'animal le plus approprié pour nos études. Il permet de garantir l'homogénéité des résultats et la possibilité de surveiller le développement des complications cardiaques dans un espace de temps raisonnable. Comme nous n'utilisons pas la technologie des transgènes, nous pouvons nous permettre un modèle rat, chez qui les études écho-cardiographiques sont plus simples. Par ailleurs, l'isolement de cardiomyocytes nécessaire aux études d'électrophysiologie est le plus fiable et mis au point chez le rat. Les stades de développement utilisés pour notre étude sont nécessaires : - Afin d'étudier la mise en place des domaines membranaires du cardiomyocyte, qui se fait en postnatal (d'où les stades 5, 20 et 60 jours de vie). - Afin d'étudier le rôle de la protéine d’intérêt sur le développement myocardique (d'où l'injection à 1 jour postnatal). Les rats sont utilisés dès le premier jour après la naissance, et euthanasiés à 2 mois post injection. Ce stade correspond au stade suffisant du développement du remodelage cardiaque. C'est également le stade de maturité totale du myocarde.

Privées de leurs organes génitaux par une chirurgie avec réveil, puis exposées vingt et un jours à des manques d'oxygène répétés huit heures par jour, 288 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue. Une partie subit un infarctus du myocarde provoqué sous anesthésie générale pendant trois heures, une autre un jeûne de six heures suivi d'une injection d'insuline et de six prélèvements de sang à la queue en quatre-vingt-dix minutes. L'objet déclaré est de comprendre comment les hormones sexuelles modifient les effets cardiaques de l'apnée du sommeil. Le porteur indique que le manque d'oxygène provoque dyspnée, perte de poids, stress et baisse d'activité, tout en concluant que les souris "s'adaptent" au bout de trois jours, et il chiffre à 20 % la mortalité attendue pendant l'infarctus.

Objectifs

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil est une des maladies chroniques les plus répandues touchant près d'un milliard de personnes dans le monde, elle peut entrainer des maladies cardiaques. Cette maladie correspond à des apnées répétitives pendant le sommeil, entrainant un manque d’oxygène dans le sang, appelée hypoxie. Cette hypoxie est responsable de nombreux problèmes dans l’organisme dont des complications cardiaques. De plus les hormones sexuelles jouent dans le développement de cette maladie. En effet il y a plus d’hommes que de femmes qui en sont atteints (2 hommes pour 1 femme). Chez les femmes l’apparition de cette maladie augmente après la ménopause et chez les hommes cette maladie entraine une diminution de leurs sécrétions de testostérone. Les connaissances cliniques et fondamentales sur les interactions entre le sexe et le coeur en hypoxie sont très peu connues. Ainsi l’objectif de ce projet est de comprendre précisément le lien entre le sexe, le manque d’oxygène et la dysfonction cardiaque associés,à travers l’ 1) évaluation de l’ infarctus du coeur chez les souris mâles et femelles ne produisant plus hormones sexuelles, exposées à l’hypoxie, 2) évaluation des interactions entre les protéines activées pendant le manque d’oxygène en fonction des hormones sexuelles de la souris. En considérant le rôle des hormones sexuelles dans cette étude, nous aurons une contribution unique permettant de mettre en lumière des aspects qui n’ont pas été évalués dans les modèles précliniques d’une maladie qui se place aux plus hauts rangs des maladies mortelles selon l’Organisation Mondiale de la Santé.

Bénéfices attendus

Ce projet a pour but de mieux comprendre le fonctionnement du syndrome d’apnées du sommeil qui est répandu et fortement associé aux maladies cardiovasculaires qui, selon l’Organisation Mondiale de la Santé, se place aux plus hauts rangs des maladies mortelles. En considérant le rôle des hormones sexuelles, nous aurons une contribution unique permettant de mettre en lumière des aspects qui n’ont pas encore été évalués dans les modèles précliniques.

Procédures

Pour répondre à la première partie du projet les souris seront opérés pour retirer leurs organes génitaux, afin de ne plus produire d’hormones sexuelles (15min). Ensuite les souris seront placées en hypoxie ou en normoxie pendant 21 jours. A la fin de leur exposition à l’hypoxie ou à la normoxie, elles subiront une infarctus du cœur sous anesthésie générale (3h). A la fin de cette procédure, sous anesthésie générale et sans réveil, elles seront mises à mort par prélèvement cardiaque. Pour répondre à la deuxième partie du projet, les souris seront opérés pour retirer leurs organes génitaux, afin de ne plus produire d’hormones sexuelles (15 min). Ensuite les souris seront placées en hypoxie ou en normoxie pendant 21 jours. Elles subiront un test de tolérance à l’insuline ou au glucose. Ce test consiste à injecter de l’insuline ou de glucose chez l’animal éveillé et à suivre l’évolution du taux de sucre dans le sang pendant 90 minutes. Les animaux sont mis à jeun 6 heures avant le test, et une 1 goutte de sang est prélevée à la queue à 0, 15, 30, 45, 60 et 90 minutes après l’injection (30 secondes par injection ou prélèvement). A la fin de leur exposition à l’hypoxie ou à la normoxie, elles seront mises à jeun pendant 6 h puis injectées ou non à l’insuline, puis mises à mort par prélèvement de sang sous anesthésie générale (mise à mort au bout de 30 secondes d’anesthésie générale), puis les organes d’intérêt seront prélevés pour réaliser les études mécanistiques associées au projet.

Impact sur les animaux

L’hébergement des souris dans l’animalerie conventionnelle de HP2 entraine une exposition à une nuisance sonore dû au fonctionnement de la machine permettant la mise en place de l’HI. L’ablation des organes génitaux des souris étant une chirurgie avec réveil peut être une source de stress et de douleurs pour l’animal. L’exposition à l’HI induit une dyspnée, une perte de poids, un stress et une diminution de l’activité chez la souris, qui interviennent exclusivement pendant la phase d’hypoxie (8h/j), qui correspond à la phase de sommeil des animaux. Ces atteintes sont transitoires, la perte de poids et la dyspnée sont observées au cours des 3 premiers jours d’exposition, puis les animaux s’adaptent et les courbes de prise de poids sont ensuite parallèles à celles des animaux exposés à la normoxie. Le test de tolérance à l’insuline et au glucose chez l’animal éveillé nécessite une mise à jeun de 6 heures et une injection intrapéritonéale d’insuline, suivie de plusieurs prélèvements sanguins à la queue (1 goutte de sang répété 6 fois) ce qui peut induire un stress à l’animal.

Devenir

A l'issue des procédures, les animaux sont mis à mort afin d'effectuer des prélèvements d'organes.

Remplacement

Sur des modèles cellulaires, il est possible d’avoir des modèles d’hypoxie ou d'infarctus. Cependant, ces deux modèles nécessitent le même stimulus (i.e. manque d’oxygène). Donc ils ne peuvent pas être étudiés simultanément sur un modèle in vitro. Pour notre projet nous ne pouvons donc pas « remplacer » ce modèle animal par un autre modèle cellulaire puisqu’il n’existe aucune méthode alternative à l’expérimentation animale nous permettant de comprendre l’effet de l’hypoxie et de l’infarctus du cœur sur les organes et l’organisme entier. Il s’agit d’une étude du corps animal entier, impliquant des modifications de l’organisme et une communication entre les organes. Il est donc impossible de la remplacer.

Réduction

Suite à des travaux antérieurs, nous avons « réduit » au maximum le nombre d’animaux par groupe pour observer des éventuelles différences significatives. Nous utiliserons un logiciel statistique pour réaliser des tests adaptés aux paramètres à évaluer. Le nombre d’animaux est calculé par connaissance du nombre de données finales nécessaire par technique pour réaliser des tests statistiques adéquats, et observer des différences significatives (p

Raffinement

Un hébergement selon les règles de bien-être animal dans une animalerie adaptée et autorisée, avec eau et nourriture à volonté, et enrichissements à leur disposition dans les cages. Les animaux seront toujours manipulés après une semaine minimum de repos dans l’animalerie. Les animaux s'adaptent rapidement à l'exposition à l'hypoxie. Ils seront observés quotidiennement dans leur cage pendant toute la durée de l’hébergement et du protocole d’hypoxie, pesés au moins une fois par semaine, pour veiller à leur bien-être, à leur état de santé et à l’atteinte des points limites ; les critères d’arrêt et la décision d’exclure un animal d’une procédure sera prise par le responsable du projet. Pour toutes les procédures qui le nécessitent, les animaux seront sous anesthésie générale avec des antalgiques et les animaux ne seront pas réveillés. Une fois endormies, elles seront transférées sur tapis chauffants pour maintenir leur température corporelle leur température. Du lacrygel sera mis sur les yeux des animaux pour empêcher le dessèchement oculaire L’anesthésie sera vérifiée tout au long de la chirurgie (pincement de la patte postérieure ou de la queue). Tous les gestes et soins effectués sur les animaux seront réalisés par des personnes formées et compétentes.

Choix des espèces

La souris est un mammifère dont certaines caractéristiques biologiques peuvent être extrapolées à l’Homme, notamment dans le cadre d’études systémiques, permettant ainsi de comprendre les mécanismes physiologiques avant d’entreprendre des études cliniques chez l’humain. Enfin, la pertinence du choix de cette espèce animale repose sur le fait de la comparabilité des études scientifiques. En effet, c’est le modèle de référence dans les publications. Les souris auront 6-14 semaines, ceci correspond à l’âge adulte de l’animal, cela nous permet de minimaliser les variations possibles liées à l’âge de l’animal.

444 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Selon la procédure, le tamoxifène qui déclenche la maladie cardiaque des souriceaux génétiquement modifiés est donné par la bouche à la mère juste avant la naissance, au risque de provoquer la mise bas ou une fausse route, ou injecté aux petits au deuxième jour. Suivent un tatouage aux doigts, une biopsie de la queue, puis ECG, IRM et stimulation cardiaque sous anesthésie. Le porteur écrit que le projet "devrait" permettre d'identifier des "facteurs de prédisposition" aux arythmies, alors que la stimulation peut provoquer fibrillation ou tachycardie ventriculaire et la mort de certaines souris. Il écarte cellules, organes artificiels et simulation au nom de l'"organisme entier", et le même texte figure sous un second numéro de projet, avec 444 souris également.

Objectifs

La mort subite cardiaque due aux arythmies cardiaques représentent jusqu’à 85 % des cas de mortalité chez des patients atteints d’infarctus ou de maladies cardiaques (cardiomyopathies). Ces arythmies sont souvent déclenchées par des cellules cardiaques spécialisées appelés fibres de Purkinje. Ces fibres forment un réseau de conduction électrique rapide assurant la contraction coordonnée du cœur afin de pomper efficacement le sang. Bien que ces fibres ne représentent qu’une infime partie du cœur (2% de la masse du cœur), plusieurs études suggèrent que des dysfonctionnements au niveau de ces fibres jouent un rôle important dans les arythmies cardiaques et la mort subite chez l’Homme. L’objectif principal de ce projet est d’élucider comment ces dysfonctionnements peuvent provoquer des arythmies cardiaques. Notre hypothèse est que des perturbations de la structure ou de la fonction des fibres de Purkinje dans certaines formes de maladies cardiaques (cardiomyopathies) représentent un facteur de risque élevé de mort subite. Pour cela nous allons étudier la structure et l’activité électrique de fibres de Purkinje des modèles de cardiomyopathies chez la souris. Parmi les modèles de cardiomyopathies, nous travaillerons sur des souris modifiés génétiquement avec une dysfonction des fibres de Purkinje, identifiés chez des patients atteints de malformations cardiaques ou de cardiomyopathies très souvent associées à des arythmies.

Bénéfices attendus

La survenue de mort subite est très souvent liée à une arythmie ventriculaire imprévisible qui dans sa grande majorité provient d’un défaut du réseau de Purkinje. Malheureusement ce réseau ne représente qu’une infime partie du cœur et son étude chez l’Homme est limitée à des mesures invasives et indirectes. L’utilisation de souris transgéniques, chez lesquelles ce réseau est facilement identifiable, est un atout majeur pour comprendre l’origine des arythmies ventriculaires. Ce projet devrait nous permettre d’identifier des facteurs de prédisposition aux arythmies ventriculaires dans plusieurs modèles de cardiomyopathies.

Procédures

Dans la procédure 1, les souris gestantes seront traitées une fois, juste avant la naissance et par voie orale avec du tamoxifène (molécule induisant les cardiomyopathies chez la descendance) (Durée : moins d’un minute). Dans la procédure 2 (6-7 semaines), la descendance aura une injection dans l’abdomen de tamoxifène au 2ème jour après la naissance (durée : Moins d’un minute), une identification par tatouage digital à 10 jours (durée: moins d’un minute), une biopsie de la queue pour le génotypage (identification de la variation génétique) (duré : moins d’un minute). Ces animaux seront sous anesthésie générale pour les analyses de l’activité électrique (ECG, IRM et stimulation cardiaque).

Impact sur les animaux

Les animaux présentant les points limites suivants seront euthanasiés par dislocation cervicale : L’administration par voie orale du tamoxifène peut provoquer un stress à l’animal et provoquer la mise-bas des femelles gestantes. De plus, au moment du traitement par voie orale, le tamoxifène peut également suivre une fausse route. Chez les nouveau-nés, l’injection de tamoxifène peut provoquer un retard de croissance. L’anesthésie générale peut entraîner des difficultés respiratoires se manifestant par des spasmes abdominaux et ne devraient pas engendrer de nuisances ou d’effets indésirables particuliers sur les souris. L’induction d’arythmies ventriculaires par la stimulation cardiaque pourrait entrainer des effets indésirables sévères (fibrillation ventriculaire, tachycardie ventriculaire) et même conduire au décès de certains animaux.

Devenir

Tous les animaux utilisés dans ce projet seront euthanasié suite à la fin de fertilité ou bien afin d’effectuer des analyses ex vivo.

Remplacement

Pour le moment, les études sur cellules, organes artificielles ou par modélisation informatique ne peuvent pas remplacer l’organisme entier en raison de la structure et fonction complexe des fibres de Purkinje. Cependant, les résultats obtenus pourront enrichir de futurs modèles mathématiques des fibres pour la réalisation de simulation virtuelle de la fonction cardiaque et des arythmies.

Réduction

Les animaux subiront le maximum de procédures possibles (sous anesthésie générale) afin d’obtenir le maximum de données sur un minimum de d’animaux. Dès que les résultats auront une puissance statistique minimale pour être exploités, la production de souris sera arrêtée.

Raffinement

Les mesures de raffinement sont mises en place à toutes les étapes du projet, notamment au cours de l’hébergement (cage collective, litière et enrichissement adaptés) et seront manipulés par des personnes compétentes et formées. L’état des animaux sera contrôlé quotidiennement afin d’éviter toute souffrance. Les animaux seront anesthésiés quand nécessaire et des points limites sont déterminés afin d’utiliser une méthode analgésique ou bien d’interrompre le protocole en cas d’apparition de signes de détresse.

Choix des espèces

Nous avons choisi la souris comme modèle pour plusieurs raisons : -animal de petite taille, facile à héberger et à contentionner -modèle idéal pour la création de lignée : temps de gestation court (19 à 21 jours), -6 à 15 souriceaux par portée -modèle très utilisé pour mimer les maladies humaines de par les 99 pourcents d'homologies entre son génome et le génome humain - modèle très bien maitrisé en termes de manipulation génétique. Les stades de développement utilisés dans ce projet sont les suivants : -Souris adultes : des souris génitrices qui permettront le maintien de la lignée de souris transgéniques (à partir 6-8 semaines jusqu’à 24 semaines) et la descendance à partir du 3ème jour jusqu’à 6 semaines.

Des souris génétiquement modifiées développent une maladie du muscle cardiaque après une dose de tamoxifène, donnée par la bouche à leur mère gestante juste avant la naissance ou injectée dans leur abdomen au deuxième jour de vie. 444 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Tatoués aux doigts à dix jours et biopsiés à la queue, les descendants passent ensuite sous anesthésie un ECG, une IRM et une stimulation du cœur qui vise à déclencher des arythmies, avec un risque de fibrillation ventriculaire et de mort pour certaines souris. Toutes sont tuées, les reproductrices en fin de fertilité, les autres pour des analyses ex vivo, et le porteur annonce que les souris subiront "le maximum de procédures possibles" pour limiter l'effectif.

Objectifs

La mort subite cardiaque due aux arythmies cardiaques représentent jusqu’à 85 % des cas de mortalité chez des patients atteints d’infarctus ou de maladies cardiaques (cardiomyopathies). Ces arythmies sont souvent déclenchées par des cellules cardiaques spécialisées appelés fibres de Purkinje. Ces fibres forment un réseau de conduction électrique rapide assurant la contraction coordonnée du cœur afin de pomper efficacement le sang. Bien que ces fibres ne représentent qu’une infime partie du cœur (2% de la masse du cœur), plusieurs études suggèrent que des dysfonctionnements au niveau de ces fibres jouent un rôle important dans les arythmies cardiaques et la mort subite chez l’Homme. L’objectif principal de ce projet est d’élucider comment ces dysfonctionnements peuvent provoquer des arythmies cardiaques. Notre hypothèse est que des perturbations de la structure ou de la fonction des fibres de Purkinje dans certaines formes de maladies cardiaques (cardiomyopathies) représentent un facteur de risque élevé de mort subite. Pour cela nous allons étudier la structure et l’activité électrique de fibres de Purkinje des modèles de cardiomyopathies chez la souris. Parmi les modèles de cardiomyopathies, nous travaillerons sur des souris modifiés génétiquement avec une dysfonction des fibres de Purkinje, identifiés chez des patients atteints de malformations cardiaques ou de cardiomyopathies très souvent associées à des arythmies.

Bénéfices attendus

La survenue de mort subite est très souvent liée à une arythmie ventriculaire imprévisible qui dans sa grande majorité provient d’un défaut du réseau de Purkinje. Malheureusement ce réseau ne représente qu’une infime partie du cœur et son étude chez l’Homme est limitée à des mesures invasives et indirectes. L’utilisation de souris transgéniques, chez lesquelles ce réseau est facilement identifiable, est un atout majeur pour comprendre l’origine des arythmies ventriculaires. Ce projet devrait nous permettre d’identifier des facteurs de prédisposition aux arythmies ventriculaires dans plusieurs modèles de cardiomyopathies.

Procédures

Dans la procédure 1, les souris gestantes seront traitées une fois, juste avant la naissance et par voie orale avec du tamoxifène (molécule induisant les cardiomyopathies chez la descendance) (Durée : moins d’un minute). Dans la procédure 2 (6-7 semaines), la descendance aura une injection dans l’abdomen de tamoxifène au 2ème jour après la naissance (durée : Moins d’un minute), une identification par tatouage digital à 10 jours (durée: moins d’un minute), une biopsie de la queue pour le génotypage (identification de la variation génétique) (duré : moins d’un minute). Ces animaux seront sous anesthésie générale pour les analyses de l’activité électrique (ECG, IRM et stimulation cardiaque).

Impact sur les animaux

Les animaux présentant les points limites suivants seront euthanasiés par dislocation cervicale : L’administration par voie orale du tamoxifène peut provoquer un stress à l’animal et provoquer la mise-bas des femelles gestantes. De plus, au moment du traitement par voie orale, le tamoxifène peut également suivre une fausse route. Chez les nouveau-nés, l’injection de tamoxifène peut provoquer un retard de croissance. L’anesthésie générale peut entraîner des difficultés respiratoires se manifestant par des spasmes abdominaux et ne devraient pas engendrer de nuisances ou d’effets indésirables particuliers sur les souris. L’induction d’arythmies ventriculaires par la stimulation cardiaque pourrait entrainer des effets indésirables sévères (fibrillation ventriculaire, tachycardie ventriculaire) et même conduire au décès de certains animaux.

Devenir

Tous les animaux utilisés dans ce projet seront euthanasié suite à la fin de fertilité ou bien afin d’effectuer des analyses ex vivo.

Remplacement

Pour le moment, les études sur cellules, organes artificielles ou par modélisation informatique ne peuvent pas remplacer l’organisme entier en raison de la structure et fonction complexe des fibres de Purkinje. Cependant, les résultats obtenus pourront enrichir de futurs modèles mathématiques des fibres pour la réalisation de simulation virtuelle de la fonction cardiaque et des arythmies.

Réduction

Les animaux subiront le maximum de procédures possibles (sous anesthésie générale) afin d’obtenir le maximum de données sur un minimum de d’animaux. Dès que les résultats auront une puissance statistique minimale pour être exploités, la production de souris sera arrêtée.

Raffinement

Les mesures de raffinement sont mises en place à toutes les étapes du projet, notamment au cours de l’hébergement (cage collective, litière et enrichissement adaptés) et seront manipulés par des personnes compétentes et formées. L’état des animaux sera contrôlé quotidiennement afin d’éviter toute souffrance. Les animaux seront anesthésiés quand nécessaire et des points limites sont déterminés afin d’utiliser une méthode analgésique ou bien d’interrompre le protocole en cas d’apparition de signes de détresse.

Choix des espèces

Nous avons choisi la souris comme modèle pour plusieurs raisons : -animal de petite taille, facile à héberger et à contentionner -modèle idéal pour la création de lignée : temps de gestation court (19 à 21 jours), -6 à 15 souriceaux par portée -modèle très utilisé pour mimer les maladies humaines de par les 99 pourcents d'homologies entre son génome et le génome humain - modèle très bien maitrisé en termes de manipulation génétique. Les stades de développement utilisés dans ce projet sont les suivants : -Souris adultes : des souris génitrices qui permettront le maintien de la lignée de souris transgéniques (à partir 6-8 semaines jusqu’à 24 semaines) et la descendance à partir du 3ème jour jusqu’à 6 semaines.

Un choc anaphylactique aux curares est déclenché chez 5 440 souris génétiquement modifiées pour porter des récepteurs humains aux anticorps, avec deux prélèvements de sang obtenus par section du bout de la queue. Les procédures sont classées en souffrance modérée et toutes les souris sont tuées, le résumé se bornant sur ce point à deux mots, "mise à mort". Le projet cherche les mécanismes cellulaires d'une réaction dont le porteur rappelle qu'elle tue 4,1 % des patients qui la subissent en France malgré l'adrénaline. La rubrique des effets attendus ne mentionne, elle, que le stress de la contention et la douleur de la piqûre, sans un mot sur le choc lui-même.

Objectifs

Le choc anaphylactique est l’expression la plus sévère des réactions d’hypersensibilité immédiate. La période périopératoire est associée à un risque particulièrement élevé de choc anaphylactique. C'est particulièrement le cas pour les curares, qui sont utilisés en anesthésie pour provoquer un relâchement musculaire, en agissant sur la jonction neuro-musculaire, ce qui empêche les muscles de se contracter. Le choc anaphylactique impliquant un curare est associé à une mortalité élevée, estimée à 4,1% en France, et ce, malgré une reconnaissance rapide de la réaction et l’administration très précoce d’adrénaline, le traitement de référence. Ceci indique que les mécanismes de l’anaphylaxie aux curares ne sont pas encore bien identifiés. L'objectif est de disséquer les mécanismes cellulaires et moléculaires de l’anaphylaxie aux curares, ce qui permettra d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour traiter cette pathologie.

Bénéfices attendus

Le présent projet a pour but d’identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires de l’anaphylaxie aux curares. Ces travaux pourraient permettre d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter l’anaphylaxie aux curares et en réduire la mortalité.

Procédures

Les procédures sont de sévérité modérées et seront réalisées dans le strict respect des règles mises en place pour veiller au bien-être des animaux. Les animaux vigiles subiront un stress au moment de l'anesthésie, lors de la contention de l'animal, mais ce geste n'est pratiqué que par des expérimentateurs habilités à le réaliser (donc rapidement). Une douleur peut être ressentie au niveau du site de piqure de l’aiguille lors de l’injection de l’anesthésiant (durée 5 s). Tous les autres gestes invasifs sont réalisés sur souris anesthésiées : il s’agit des traitements administrés par injection: soit 48h, soit 24h, soit 30 min ou 5 min avant le début des mesures. Ces injections ont une durée de 10s. Il s’agit également d’un prélèvement de petit volume de sang réalisé à deux reprises (durée de 15 s) espacées de 24h.

Impact sur les animaux

Les animaux vigiles subiront un stress au moment de l'anesthésie, lors de la contention de l'animal. Une douleur peut être ressentie au niveau du site de piqure de l’aiguille lors de l’injection de l’anesthésiant. Une douleur peut être ressentie à l’extrémité de la queue après section pour prélèvement sanguin.

Devenir

mise à mort

Remplacement

Le recours à l’utilisation d’animaux est justifié par le fait que les mécanismes cellulaires et moléculaires de l’anaphylaxie sont difficiles, voire impossible à étudier chez l’homme, vue l’imprévisibilité de l’évènement et sa rareté. De plus, l’anaphylaxie est un phénomène multifactoriel qui implique plusieurs types de cellules sanguines (basophiles, neutrophiles, monocytes, plaquettes) et tissulaires (mastocytes, macrophages) et faisant intervenir des intercommunications complexes entre les cellules circulantes, la paroi vasculaire et les cellules résidantes des tissus environnants, qui ne peuvent pas être reproduites de façon complète in vitro, tant sur le plan des identités en jeux que sur le plan temporel. La compréhension des processus physiopathologiques intégrés est donc pratiquement impossible chez l’homme et le recours à des études in vivo chez l’animal s’avère nécessaire. Occasionnellement, des études in vitro seront réalisées sur du sang de souris ou sur cellules isolées (plaquettes, neutrophiles). Cependant, elles ne pourront représenter à elles seules la pathologie étudiée.

Réduction

Le nombre d’animaux utilisé est réduit au minimum afin d’obtenir des données statistiquement significatives. Le n a été calculé par une analyse de puissance. Il s’agit de 4 animaux/groupe. Le maximum de prélèvements sera réalisé sur une même souris (organes, sang, liquides broncho-alvéolaires).

Raffinement

Le modèle animal est choisi dans le but de reproduire, le plus fidèlement possible, la pathologie étudiée et d’en tirer le maximum d’information. Les expériences seront raffinées afin de limiter l’angoisse, l’inconfort, le stress et la douleur associés aux procédures expérimentales: - Au moins 72h avant la procédure, les animaux sont répartis par groupes et mis dans les cages (tout en respectant les groupes sociaux) qu’ils occuperont tout au long du processus.

Choix des espèces

Le recours à l’étude in vivo chez l’animal est nécessaire, car l’anaphylaxie est un phénomène multifactoriel qui implique plusieurs types de cellules sanguines et tissulaires et faisant intervenir des intercommunications complexes entre les cellules circulantes, la paroi vasculaire et les cellules résidantes des tissus environnants, qui ne peuvent pas être reproduites de façon complète in vitro, tant sur le plan des identités en jeux que sur le plan temporel. Pour comprendre les mécanismes de l’anaphylaxie nous utilisons des souris modifiées génétiquement, dites «humanisées » pour l’expression du récepteur FcER1 des IgE ou pour le récepteur FcGRIIA (CD32A) pour les IgG. Les techniques de transgénèse sont maîtrisées chez la souris et ces souris sont disponibles au laboratoire. Ces modèles animaux nous permettent d’étudier in vivo les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de l’anaphylaxie. Le modèle d’anaphylaxie active ou médié par les IgE pratiqué chez la souris non transgénique, fait consensus dans la communauté scientifique car il représente fidèlement l’anaphylaxie survenant chez l’homme. Les animaux sont utilisés au stade adulte, entre 2 et 6 mois. Cet âge correspond à la période utilisant des souris pubères et ne présentant pas encore de vieillissement.

Jusqu'à seize prises de sang dans la joue sur animal vigile, réparties sur vingt-quatre semaines : 1 440 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées pour analyse du cœur et des organes. Une partie subit une chirurgie de trente minutes provoquant un infarctus du myocarde, avec douleur postopératoire et mobilité réduite pendant huit heures. L'objectif est de mettre au point un anticorps ciblant une population immunitaire, à administrer chez des patients en phase aiguë d'infarctus. Le porteur retient la souris parce qu'elle se reproduit vite et donne beaucoup de petits, et parce que les lignées mutantes voulues n'existent que chez elle.

Objectifs

L’incidence de l’insuffisance cardiaque consécutive à un infarctus du myocarde (IM) est en augmentation constante et la mortalité à moyen et long termes reste élevée, ce qui constitue un enjeu médical et sociétal majeur. Si la prise en charge aigüe a permis de diminuer la mortalité dans les premiers jours, les conséquences chroniques de la perte de fonction cardiaque restent importantes et sont associées à une perte de qualité de vie et un coût conséquent pour la société. Notre projet a pour but de développer un outil thérapeutique à utiliser en clinique à la suite d'un infarctus du myocarde afin de limiter l'atteinte cardiaque. A cette fin, nous utiliserons des modèles de souris génétiquement modifiées pour développer un anticorps ciblant une population immunitaire particulière. Nous traiterons des souris avec cet anticorps pour confirmer son effet en condition non pathologique. Pour valider son efficacité, nous l'utiliserons dans des modèles de souris soumises à un infarctus du myocarde induit chirurgicalement sous anesthésie générale. L’analyse consistera à étudier la fonction cardiaque, le remodelage cardiaque et la réponse inflammatoire post-infarctus.

Bénéfices attendus

Ce projet va permettre de développer une stratégie thérapeutique innovante visant à limiter les dommages tissulaires après un infarctus du myocarde et par conséquent, réduire la mortalité post-infarctus et limiter le développement de l’insuffisance cardiaque. Ce développement d'un nouveau traitement à utiliser en phase aiguë de l'infarctus du myocarde et visant à réduire les dommages et le remodelage cardiaque présente de nombreux avantages potentiels, permettant d’améliorer la qualité de vie des patients, diminuer les ré-hospitalisations, réduire les coûts de santé et diminuer la morbidité.

Procédures

Une partie des animaux va subir des prélèvements sanguins répétés par voie submandibulaire, étant vigile. Ces prélèvements sont d'une durée inférieure à 1 minute. Il y aura jusqu'à 16 prélèvements, espacés au minimum d'une semaine et répartis sur une durée allant jusqu'à 24 semaines. Une partie des animaux va subir une chirurgie de 30 min au cours de laquelle un infarctus du myocarde est réalisé sous anesthésie générale. Un minimum de quatre injections sous-cutanées d’analgésiques (durée inférieure à 30 secondes pour chaque injection) sont prévues, dont une en préopératoire. A différents temps après l’opération, une échocardiographie non-invasive indolore sera réalisée sous anesthésie générale, d’une durée maximale de 15 minutes. Une partie des animaux va subir une injection intraveineuse d'une durée maximale de 30 seconde sous anesthésie générale. Une autre partie des animaux va subir deux injections par voie intraveineuse d'une durée maximale de 30 secondes sous anesthésie générale, espacées de 3 jours.

Impact sur les animaux

Effets indésirables liés à l’expérimentation : inconfort lié à la préhension et contention des animaux, potentielle douleur au point d'injection, stress lié à l'anesthésie, stress/potentielle douleur lors de la pose de la bague à l'oreille pour identification; douleur au site de prélèvement dans les cadre des prélèvements sanguins répétés. Effets de la chirurgie : douleur post-opératoire, mobilité transitoirement réduite suite à l'anesthésie (8 heures).

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort pour réaliser des analyses histologiques ou d'inflammation dans le coeur et les organes.

Remplacement

Afin de respecter le principe des 3R, les anticorps seront générés en utilisant des lignées cellulaires. Par ailleurs, les différents clones seront au préalable caractérisés sur des cellules afin pré-sélectionner les clones les plus intéressants à tester chez la souris. Ces modèles animaux représentent une étape indispensable dans la compréhension des mécanismes survenant au cours de l’infarctus du myocarde. En effet, ces événements sont des phénomènes complexes impliquant un grand nombre de types cellulaires, ce que des modèles artificiels ne pourraient pas permettre de recréer dans leur entièreté. Nous voulons étudier chez l'animal, le phénomène de réparation tissulaire consécutif à une atteinte cardiaque. Ces modèles murins pré-cliniques sont également un préalable absolument nécessaire et indispensable pour la validation des stratégies thérapeutiques afin de les mettre en application chez des patients présentant un infarctus du myocarde.

Réduction

Le nombre d’animaux nécessaires à la réalisation de ce projet a été calculé au plus juste. En utilisant des calculs de puissance pour déterminer la taille minimale suffisante des groupes expérimentaux, nous obtenons une taille d’échantillon de 15 souris par groupe. En tenant compte des aléas inhérents à la procédure chirurgicale, nous estimons une taille de groupe à 20 animaux. Les résultats seront analysés à l'aide des tests statistiques adaptés. Pour réduire le nombre d’animaux, nous analyserons plusieurs paramètres sur le même animal.

Raffinement

Les animaux seront hébergés en cages enrichies dans l’animalerie où les conditions d'hébergement et d'élevage sont standardisées et contrôlées durant toute la vie des souris. Par ailleurs, il y aura un enrichissement complémentaire dans certains cas particuliers. La souffrance animale sera réduite au maximum par l'utilisation d’anesthésie générale et d’analgésie adaptées, et par l’établissement et l'application de points limites stricts et spécifiques au projet. Les animaux feront l’objet d’une surveillance régulière et renforcée par les expérimentateurs confirmés et par le personnel technique qualifié de l’animalerie pour repérer l’éventuelle apparition de signes cliniques de souffrance ou de mal-être. Les grilles de score de suivi des points limites seront remplies sous contrôle de la personne responsable de la mise en oeuvre du projet.

Choix des espèces

La souris est le modèle de choix pour l'étude des maladies cardiovasculaires. De plus, c’est le seul modèle dans lequel ont été générées les lignées mutantes que nous souhaitons étudier. La souris permet de garantir l’homogénéité des résultats et la possibilité de surveiller le développement des complications vasculaires dans un espace de temps raisonnable. Grace à ces modèles murins, nous pourrons obtenir rapidement des résultats très importants pour notre projet, ce qui ne serait pas le cas avec une autre espèce qui prendrait beaucoup plus de temps à se reproduire et où le nombre de naissance serait nettement moins important. Nous utiliserons des souris adultes, âgées de 8 à 10 semaines minimum et chez lesquelles le système cardio-vasculaire est arrivé à maturité.