Système nerveux

600 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Génétiquement modifiées pour développer des déficits de mémoire, elles reçoivent deux molécules par gavage ou injection pendant 21 jours, puis subissent des tests comportementaux dont des épreuves de nage dans une eau à 22 degrés. Le porteur n'annonce qu'un inconfort lié à la contention et attend des molécules qu'elles restaurent la mémoire, les souris étant tuées pour analyser leur cerveau. Il affirme qu'aucune alternative cellulaire ne peut remplacer l'animal entier, un passage en clinique restant conditionné aux résultats.

Objectifs

L’objectif de ce projet est d’identifier l’effet bénéfique de molécules pharmacologiques à potentiel thérapeutique dans des maladies du cerveau (démence fronto-temporale, maladie d’Alzheimer, tauopathie). Deux molécules seront testées et elles seront injectée par deux voies d’administration différentes dans deux lignées de souris modèlisant ces maladies du cerveau (et de leurs contrôles). Nous mènerons ensuite une série de tests comportementaux visant à évaluer si ces différents traitements (molécules actives, molécules contrôle) favorisent la formation de la mémoire chez ces animaux. Des analyses du tissus cérébral (obtenu post-mortem) permettront d’avancer sur la compréhension des effets de ces traitements au niveau cellulaire. Pour comprendre leurs mécanismes d’action, des études moléculaires seront menées en parallèle sur ces tissus obtenus post-mortem à partir d’autres groupes d’animaux traités. Ces études permettront de démontrer si l’administration de ces molécules par voie orale apporte un bénéfice sur le cerveau et s’il l’un de ces traitements (ou les deux) peuvent être ultérieurement appliqués à l’Homme pour des études cliniques.

Bénéfices attendus

En utilisant des modèles animaux de pathologies humaines, cette étude permettra de mettre en évidence si l’administration par voie orale (per os) de nouveaux médicaments est efficace contre les maladies du cerveau. En effet, la validation du mode d’administration oral pour le traitement pharmacologique avec l’une ou l’autre de ces molécules (ou les 2), permettra leur exploitation vers les phases cliniques chez l’Homme. Ainsi, ces études apporteront des bénéfices en santé humaine car elles apporteront des pistes et des preuves d’efficacité pour aller vers les études cliniques chez l’Homme. De plus, en apportant des bases mécanistiques à leur mode d’action, ces études permettront d’étayer les connaissances plus fondamentales de l’effet bénéfique de ces molécules sur le cerveau.

Procédures

Le gavage oral sera réalisé sur 360 animaux vigiles, à raison de 1X/jour pendant 3X5 jours suivi de 2 jours de repos, sur une période de 21 jours. Les injections intra-péritonéales seront réalisés sur 240 animaux vigiles, à raison de 1X/jour pendant 3X5 jours suivi de 2 jours de repos, sur une période de 21 jours. Le gavage oral nécessite une habituation à la contention de 30 secondes 1X/jour pendant 3 jours, suivie des contentions répétées 1X/jour pendant 15 jours (sur les 21 au total). Chaque contention est faite sur animal vigile et dure entre 10 et 15 secondes. Comportement réalisé sur 360 animaux vigiles hébergés en cage individuelle avec nid sur une période de 41 jours/animal: Test1 : 48h dans une cage avec peu de litière et sans nid, Test2 : 15min de test/jour dans une boite d’open field sur 5 jours, Test3 : 3X 1min/jour dans de l’eau à 22° C sur 6 jours + 1 min dans l’eau (22°C) 24h après l’entrainement + 1 min dans l’eau (22°C) 21 jours après l’entrainement. Chaque test est séparé du suivant par 3 jours. Les souris transgéniques développent des déficits mnésiques (souris THY-Tau22 à l’âge de 9 mois et souris Thy1-hSNCA à l’âge de 12 mois).

Impact sur les animaux

Les procédures exécutées ne provoqueront qu'un inconfort léger liées au stress de la contention des souris au moment de l’administration de molécule. Cependant celui-ci sera minimisé par la mise en place d’une habituation à la contention, réalisée 1X/jour pendant 3 jours avant les différents types d’administration. La voie d'administration par gavage oral a été retenue car il s'agit de celle qui serait utilisée chez l’Homme dans les phases cliniques. La voie d'administration intrapéritonéale est la voie qui a déjà été utilisée chez l’animal dans des études pilotes et servira de contrôle à l’administration par gavage oral. L’inconfort ne durera que très peu de temps, juste pendant et après l’injection. Ces deux modes d’administration sont opérés par une personne qualifiée et spécialement formée sur ces gestes techniques, minimisant ainsi le stress auquel les animaux sont soumis. Enfin, aucun effet secondaire (indésirable) n'est attendu avec les deux molécules testées, car des études antérieures ont déjà montré qu’elles n’avaient pas d’effet toxiques, même lors d’injections répétées/chroniques. Cependant, les animaux seront observés et pesés quotidiennement par du personnel spécialement formé lors des administrations des molécules et lors des tests comportementaux. Les souris transgéniques développent des déficits mnésiques entre 9 mois et 12 mois. Notons que l’administration des molécules devraient, selon notre hypothèse de travail, minimiser ces nuisances (par exemple, restaurer la mémoire).

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à l’issue de chaque procédure pour prélèvements et analyses post-mortem.

Remplacement

Dans la mesure où nos travaux portent sur les caractérisations comportementales et moléculaires suite à un traitement pharmacologique, il n’est pas possible de recourir à un autre type de modèle d’étude qu’à celui de l’animal entier. Nous ne pouvons pas utiliser d’alternative cellulaire. Notons que les modèles murins (souris) récapitulent les symptômes majeurs de la maladie (déficit de mémoire) et restent ainsi des outils uniques pour l'étude des mécanismes physiopathologiques, la validation de cibles thérapeutiques et la réalisation de tests précliniques.

Réduction

Nous avons réduit au strict nécessaire le nombre d’animaux pour permettre des analyses statistiques sur des groupes incluant mâles et femelles, soit 18 souris/groupe (9 mâles et 9 femelles) pour le comportement et 12 souris/groupe (soit 6 mâles et 6 femelles) pour les approches moléculaires. L’efficacité de chaque traitement sera effectuée à l’aide de tests statistiques adaptés. Les calculs fait tiennent compte de la variabilité interindividuelle. Ainsi, pour toutes nos analyses, nous utiliserons à la fois des animaux mâles et femelles dans nos expériences de manière à ne pas biaiser nos résultats, et les sexe ratios seront conservés entre les différents groupes (voir chronogramme décrivant les groupes d’animaux). Enfin, nous avons créé les lots d’animaux de cette étude en tenant compte des études antérieures qui avaient déjà montré l’impact de ces molécules sur les groupes contrôles et cela nous permet de réduire le nombre total d’animaux de 720 à 600.

Raffinement

Afin de raffiner les conditions de vie des animaux, ceux-ci bénéficieront de soins appropriés pour optimiser le bien-être des souris, tels que des éléments d’enrichissement (matériel de construction du nid, barre à ronger) et d’un suivi quotidien. De plus, ils seront maintenus en groupe sociaux, sauf pour la durée des tests de comportement où ils seront isolés (1/cage). Dans ce cas, plusieurs cages (3 au minimum) seront maintenues côte à côte sur les rayonnages des racks de stabulation. Les souris seront manipulées à l’aide de tubes spécifiques pour réduire le stress lors des changes (permet de nettoyer les cages sans toucher la souris). Des points limites prédictifs sont mis en place pour limiter la souffrance si un problème devait survenir après l’administration d’une molécule : la surveillance des souris est journalière (observation visuelle, suivi de l’aspect général et de la posture) et elles sont pesées avant chaque administration de molécule, permettant de s’assurer du bien-être des souris. Les souris sont habituées à la manipulation par l’expérimentateur pour réduire le stress lié à la manipulation lors de l’administration des molécules. Les animaux sont testés dès le début de l’apparition des déficiences mnésiques afin de réduire le temps d’hébergement des animaux en animalerie.

Choix des espèces

Le modèle rongeur représente une alternative de choix pour la modélisation préclinique des maladies du cerveau ayant une origine génétique. En effet, les maladies du cerveau que nous étudions dans ce projet apparaissent à l’âge adulte (40-50 ans) lorsque ce sont des formes génétiques. Elles apparaissent plus tardivement, quand leur origine n’est pas connue, le vieillissement étant un facteur de risque majeur de ces pathologies. Ainsi, les animaux étudiés seront utilisés à l'âge adulte, soit 9 et 12 mois selon les modèles, cela correspond environ à la moitié de la vie d’une souris de laboratoire. Nos études antérieures ont montré que cela correspond également au moment où les premiers signes de déficits mnésiques apparaissent dans ces modèles. De plus, ces modèles permettent de répondre à la question posée car les souris possèdent des structures neuro-anatomiques comparables à celles du cerveau humain.

64 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacune reçoit dans le cerveau, par chirurgie stéréotaxique, une injection d'extraits issus de cerveaux de patients Alzheimer, puis subit des tests comportementaux, pour étudier la propagation de la protéine Tau par des vésicules. Le porteur annonce une douleur post-chirurgicale et une réduction des capacités cognitives, les souris étant tuées pour analyser les lésions cérébrales. Il affirme qu'aucun modèle ne reproduit cette dynamique in vitro et présente une preuve de concept pour de futures thérapies, restée hypothétique.

Objectifs

L’envahissement progressif du cerveau par des dépôts protéiques anormaux est l’une des causes principales de la maladie d’Alzheimer, maladie neurodégénérative affectant plus d’un million de personnes en France. En particulier, des formes toxiques de la protéine Tau sont véhiculées de cellule en cellule. Ce faisant, elles « contaminent » les cellules réceptrices en provoquant la transformation des protéines Tau normales en formes toxiques. L’accumulation de ces protéines toxiques est liée au développement des signes cliniques de la maladie d’Alzheimer. La propagation dans le cerveau des formes toxiques de Tau repose sur différents modes de transport. Notre projet se focalise sur les modalités du transfert de Tau par des vésicules extracellulaires, des petites capsules microscopiques produites par les cellules. Notre projet vise à comprendre comment des sucres, des héparanes sulfate produits spécifiquement dans les neurones et présents à la surface des vésicules extracellulaires et des cellules, affectent la diffusion des protéines Tau via les vésicules extracellulaires. Nos objectifs sont, dans un premier temps, d’obtenir par purification des vésicules extracellulaires à partir d’échantillons de tissus cérébraux obtenus post-mortem à partir de patients Alzheimer ou de sujets sains. Ces vésicules seront caractérisées par des méthodes biochimiques et de microscopie, en particulier pour identifier leur contenu en protéine Tau et en héparanes sulfate. Deuxièmement, à l’aide de modèles cellulaires permettant de modifier les niveaux d’expression de la protéine Tau et des héparanes sulfate, nous allons évaluer le rôle de modifications de ces sucres sur le comportement de vésicules extracellulaires et l’agrégation de la forme toxique de Tau. Enfin, à l’aide d’un modèle de souris dans lequel est supprimée l’enzyme HS3ST2, impliquée dans la production d’héparanes sulfate neuronaux, nous allons évaluer in vivo le rôle des héparanes sulfate neuronaux dans le développement d’une pathologie liée à Tau qui sera induite par injection intracérébrale de vésicules extracellulaires isolées d’échantillons post-mortem de cerveaux atteints de la maladie d’Alzheimer. Notre projet apportera une preuve de concept qui nous permettra de proposer des approches thérapeutiques innovantes ciblant de façon précoce la progression de la pathologie tau via l’étude des vésicules extracellulaires et des héparanes sulfates.

Bénéfices attendus

Nous attendons deux résultats majeurs de ce projet pour lequel nous avons déjà développé la plupart des réactifs et méthodes nécessaires. Dans un premier temps, nous caractériserons les mécanismes impliqués dans la propagation de cellule en cellule médiée par les vésicules extracellulaires (EV) des formes toxiques de Tau. Nous évaluerons l’association des EV contenant Tau avec les héparanes sulfates (HS) neuronaux afin d’identifier une nouvelle façon d'empêcher la propagation de Tau. Nous étudierons spécifiquement le rôle joué par HS3ST2, une enzyme neuronale principalement exprimée dans les régions cérébrales vulnérables au développement de la pathologie Tau. Deuxièmement, nos résultats constitueront une preuve de concept pour tester de nouvelles stratégies thérapeutiques basées sur l'arrêt ou le ralentissement de la transmission entre cellules des formes toxiques de Tau associées aux EV en ciblant les HS neuronaux ou HS3ST2. En particulier, l'utilisation de souris dans lesquelles le gène codant pour HS3ST2 a été supprimé constituera un guide expérimental quant à la stratégie à suivre pour des thérapies futures. En résumé, ce projet constitue une approche originale permettant de mieux comprendre des mécanismes encore mal caractérisés de propagation pathologique des formes toxiques de Tau dans la maladie d’Alzheimer pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblées. De plus, les résultats générés par ce projet seront étendus et applicables à d'autres pathologie liées aux protéines tau telles que la maladie de Pick, la paralysie supranucléaire progressive ou la dégénérescence cortico-basale.

Procédures

Les souris reçoivent une inoculation intracérébrale (durée de la stéréotaxie : 20 min). Tests comportementaux (3 sessions de 9 min chacune à 24h d’intervalle par animal) non invasifs permettant de déceler des altérations cognitives associées aux lésions Alzheimer. Euthanasie des souris et prélèvement du cerveaux pour analyses biochimiques et histologiques.

Impact sur les animaux

Douleur post-chirurgie. Réduction des capacités cognitives (légère et en général uniquement détectable dans des tâches comportementales très élaborées).

Devenir

Les animaux seront mis à mort à la fin du projet pour étudier par des techniques histologiques et biochimiques les différentes lésions cérébrales typiques de la maladie d'Alzheimer induites par notre schéma expérimental. Ces analyses ne peuvent étudiées qu'en post-mortem après prélèvement du cerveau des animaux.

Remplacement

L'apparition des lésions de la maladie d'Alzheimer et leur diffusion dans le cerveau dépend de l'interaction entre les lésions, le système immunitaire et le cerveau de l'hôte. Il n'y a actuellement aucun modèle disponible pour effectuer une analyse complète de la dynamique d'apparition des lésions sans utiliser des animaux. Les tests in vitro ne permettent que d'étudier des aspects non-intégratifs des pathologies amyloïdes ou tau dans la maladie d’Alzheimer. La procédure fait intervenir toute la complexité des systèmes biologiques intégrés (apparition et diffusion des lésions de la maladie d'Alzheimer, interactions avec le système immunitaire) et ne peut pas être réalisé in vitro ou avec des modèles non-mammifères.

Réduction

Le critère principal sur lequel nous basons notre étude statistique est l'induction d'une pathologie tau qui est quantifiée par immunohistologie. Pour l'ensemble de notre étude nous allons étudier 64 animaux. Pour ce projet nous avons réduit le nombre d'animaux utilisés au maximum en calculant le nombre nécessaire par groupe expérimental grâce à des études préliminaires. Les analyses vont être menées de façon progressive (lots de 8 animaux) et des calculs de puissance statistique basé sur des résultats intermédiaires permettra de réduire le nombre d'animaux si un effet fort est détecté ou d'annuler l'expérience si aucune lésion de la maladie d'Alzheimer n'est induite.

Raffinement

Pendant toute l'étude, les animaux sont hébergés dans un environnement à température contrôlée, avec cycle diurne-nocturne de 12h optimisés pour l’hébergement des souris. Eau et nourriture sont fournies ad libitum. L'environnement est enrichi par un système de nidification périssable renouvelé lors du change hebdomadaire. Les animaux seront hébergés par groupes. Les animaux seront examinés quotidiennement par les techniciens animaliers, sous la supervision d'un vétérinaire. Toute intervention chirurgicale sera effectuée sous anesthésie générale suivie d’un traitement au paracétamol (antalgique et antipyrétique) dans l’eau de boisson pendant 48h. Des points limites ont été définis afin de limiter la douleur éventuelle des animaux. Ces mesures garantissent que les conditions de douleur et de souffrance inutile des animaux sont contrôlées.

Choix des espèces

Les souris représentent le principal modèle animal pour l’étude de la maladie d’Alzheimer, que ce soit dans des animaux sauvages ou transgéniques. L'induction d’une pathologie Tau de type Alzheimer suite à l'inoculation d'extraits de cerveaux ou de vésicules extracellulaires Alzheimer a déjà été décrite chez des souris sauvages ce qui garantit le succès de notre approche expérimentale. La lignée murine mutée éteinte n’entraine pas le développement de caractères qui altèreraient gravement l’animal. Nous nous intéressons à des événements précoces de la maladie d’Alzheimer. Les souris seront donc inoculées à un stade jeune adulte (à l’âge de 3 mois), conformément aux données de la littérature. L'utilisation de souris plus jeunes ou plus âgées peut introduire des variables susceptibles d'affecter la robustesse de notre modèle.

2 220 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles subissent une chirurgie d'injection d'un virus dans le cerveau, la pose d'une fenêtre crânienne et un contrôle de leur consommation d'eau et de nourriture, pour étudier la mobilité de récepteurs synaptiques et son rôle dans la mémoire. Le porteur annonce comme bénéfice une meilleure compréhension du fonctionnement des synapses, sans application médicale précise. Il affirme que la souris est "l'espèce de choix" et qu'une approche in vivo est "nécessaire" pour observer le cerveau en fonctionnement.

Objectifs

Le but de ce projet est d’étudier le rôle de la mobilité et de la nano-organisation des récepteurs à glutamate hétérotétramère formé de quatre sous-unités dans la physiologie des synapses, les fonction cérébrales et le comportement. Dans ce but nous utiliserons des outils moléculaires et génétiques qui permettent d'induire l'immobilisation de récepteurs à glutamate contenant les sous-unités A2 ou A1 . Précédemment, nous avons démontré que la diffusion de surface de ces recepteurs est impliquée dans la régulation de la potentialisation synaptique à long terme et de la mémoire dépendante de l'hippocampe. Nous voulons étudier ce phénomène plus précisément et premièrement, examiner l'implication de la diffusion latérale des AMPAR dans différentes formes de plasticité synaptique comprenant non seulement la plasticité synaptique à long terme mais aussi la plasticité synaptique à court terme, dans différentes régions du cerveau. Deuxièmement, nous voulons également identifier d’autres acteurs moléculaires, répertoriés comme protéines auxiliaires de ces récepteurs, impliqués dans la régulation de leurs mobilités et pouvant modifier la plasticité synaptique. Troisièmement, nous voulons étudier les processus physiologiques qui agissent sur la mobilité de ces derniers pour réguler la plasticité synaptique. Enfin, nous voulons rechercher des paradigmes comportementaux qui sont régulés par la mobilité des recpetuerus à glutamate in vivo.

Bénéfices attendus

Nous souhaitons découvrir le rôle et la régulation de la mobilité de surface des AMPAR dans la plasticité synaptique et la fonction cérébrale, ce qui contribuera à une meilleure compréhension de la manière dont la transmission synaptique est régulée dans le cerveau. Grâce à l'approche expérimentale conçue, nous voulons découvrir comment les effets de la mobilité de la surface des AMPAR sur la plasticité synaptique sont régulés dans le tissu cérébral intact et in vivo. De manière générale, cela nous permettra de mieux comprendre la fonction des synapses dans le cerveau.

Procédures

Procédure chirurgicale pour injection de virus : entre 10 et 20 min - procédure chirurgicale avec implantation fenêtre crânienne : entre 1 et 2H- régime avec contrôle de la consommation hydrique et alimentaire.

Impact sur les animaux

Les procédures postopératoires et l'analgésie se feront sans douleur. Le stress sera limité avec une habituation progressive à l'expérimentateur. Toutes les procédures ont été régulièrement utilisées en laboratoire. Les expérimentateurs auront une solide expérience dans l'exécution des procédures. Les effets indésirables attendus sur les animaux comprennent: 1/ un risque de douleur durant la chirurgie et douleur aiguë lié à la récupération post-chirurgie implantatoire, ce risque est compensé par l’analgésie. 2/ un risque d'infection lié aux chirurgies et aux implants 3/ un risque de stress à court terme induit par notre paradigme expérimental de tête restreinte.

Devenir

Tous les animaux seront mises à mort à l'issue de chaque procédure

Remplacement

La souris est l'espèce de choix pour étudier le système nerveux des vertébrés, ce qui fournit des informations très facilement transposables à l'homme. Ce protocole nécessite l'utilisation d'animaux. Le concept de l’importance de la mobilité des récepteurs dans les phénomènes de plasticité synaptique a été identifié par notre équipe avec des approches in vitro de culture de neurones de souris de type sauvage comme de neurones de nos lignées transgéniques. Pour vérifier ce concept dans des approches plus intégrées, il est nécessaire d’utiliser des approches in vivo avec des animaux de façon à observer le cerveau en fonctionnement.

Réduction

La force de notre hypothèse, les expériences pilotes précédentes ainsi que la qualité de nos procédures basées sur des années d'expérience, nous permettront de réduire significativement le nombre d'animaux utilisés. Le nombre d'animaux a été calculé par l'estimation de la variance observée avec ce type de donnée permettant d'atteindre une signification statistique.

Raffinement

A chaque étape du projet, le bienêtre de nos animaux sera au cœur de nos préoccupations. Nos animaux naitront dans notre animalerie de haut statut sanitaire, hébergés en cages collectives sur racks ventiles, garnies de litières leur permettant de reproduire un comportement naturel de fouissage et d’un enrichissement constitué d'un nid végétal et de tubes de cartons, pour leur permettre de construire des nids, de jouer, ronger. Leur soin est confié à des personnels qualifiés et experts. Ils surveillent quotidiennement l’ensemble des animaux et de façon plus poussée et spécifique pendant les phases de récupération qui suit les procédures invasives (chirurgie). Nous utilisons des anesthésiques et analgésiques adaptes aux procédures de chirurgie. L’expérimenter a une forte expérience pour toutes les procédures proposes. Des points limites suffisamment précoces sont définis pour éviter des souffrances aux animaux avec la mise en place de mesures pour les soulager comme une réhydratation, le réchauffement, une nourriture adaptée.

Choix des espèces

La souris est une espèce de choix pour les études sur le système nerveux central des vertébrés. L'organisation du système nerveux central de cette espèce est assez similaire à celle de l'homme, ce qui permet d'extrapoler les résultats obtenus dans cette espèce à l'espèce humaine pour mieux comprendre les mécanismes cellulaires au niveau comportemental. Les propriétés du systéme nerveux central de la souris présentent de nombreuses similitudes avec d'autres mammifères, dont l'homme. Ainsi, les enseignements tirés de l'étude des tissus de la souris sont largement transférables à l'homme. Les injections de virus seront effectuées sur des animaux âgés de P0 semaines à 3 mois. Le reste des procédures expérimentales sera réalisé sur des animaux âgés de plus de 5 semaines, ce qui correspond à l'âge adulte chez cette espèce lorsque l'animal est en pleine capacité d'apprentissage. Leur poids et leur taille sont stabilisés, et la taille du cerveau est homogène garantissant ainsi une bonne reproductibilité des sites d'injection et/ou d'implantation.

60 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque animal reçoit une injection dans la moelle épinière sous anesthésie et développe une hypersensibilité douloureuse de la face, l'allodynie, avant d'être anesthésié en profondeur et tué pour prélever ses tissus nerveux, dans une étude sur la migraine. Le porteur teste un triptan et un antagoniste du CGRP et prévoit la mise à mort des animaux perdant plus de 15 % de leur poids. Il juge le développement de nouvelles molécules "indispensable" et affirme qu'"aucune méthode alternative" ne peut remplacer ce protocole.

Objectifs

La migraine est une pathologie qui a un fort impact sur la santé publique (12-15% de la population touchée). Les traitements proposés ont une efficacité limitée, surtout au stade chronique de la maladie. Le développement et l'évaluation des effets antalgiques de nouvelles molécules est indispensable pour l’amélioration des thérapeutiques. Une des signatures comportementales de la migraine est l’hypersensibilité à la douleur mécanique cutanée appelée allodynie qui représente en plus de la douleur spontanée un symptôme très handicapant pour les malades.

Bénéfices attendus

A moyen terme, ce projet a pour but de mettre en évidence l'implication des astrocytes dans la chronicisation de la migraine et l'installation de l'allodynie mécanique. Si nous arrivons à identifier de nouveaux acteurs ainsi que leurs rôles, cela nous permettra de mieux comprendre ces pathologies. A plus long terme, ces études peuvent aider à développer de nouveaux traitements pour soulager les patients.

Procédures

Chaque animal aura une une injection intramédullaire (sous anesthésie gazeuse, 1fois 20 min), une injection intra péritonéale (vigile 1 fois 30s) et une perfusion (sous ananesthésie profonde 1fois 30min). Elles seront réalisées par du personnel formé et compétent, sous la responsabilité des membres de la Structure du Bien Etre Animal.

Impact sur les animaux

Les résultats obtenus des travaux du laboratoire ne montrent pas d'effets indésirables sur les animaux mise à part le développement d'une allodynie faciale. La douleur occasionnée à l’animal est estimée comme étant « modérée » et les rats doivent pouvoir continuer à se mouvoir, se toiletter, exercer ses gestes habituels.

Devenir

A la fin des procédures d'études comportementales, les animaux seront profondément anesthésiés et seront mis à mort: pour prélever les tissus nerveux d'intérêts afin de réaliser une analyse immunohistochimique.

Remplacement

Aucune méthode alternative ne permet de remplacer ce protocole. Il est nécessaire de réaliser ces études in vivo, car l’intégration de la douleur implique de nombreuses régions du système nerveux aussi bien central que périphérique (fibres afférentes). Des études comportementales chez l’animal vivant sont donc nécessaires pour mettre en évidence l’installation d’une l’allodynie mécanique après l'injection virale et pour tester les différents traitements curatifs.

Réduction

Le nombre de 6 rats /groupe pour les études comportementales est d’après nos données antérieures au sein du laboratoire le minimum requis pour discriminer un effet statistique significatif . Cependant, plusieurs étapes sont limitantes donc il est préférable de prévoir 10 animauxmaximal par groupe: habituation, injections virale et systémique,comportement, stimulation et perfusion. Pour chaque procédure, nous allons adapter notre approche statistique aux données obtenues afin d'obtenir des résultats statistiquement fiables et pertinents avec une puissance d’analyse d’au moins 70%. Si lors des procédures, 6 animaux sont suffisants, nous n'utiliserons pas plus d'animaux. D’abord, un test de significativité sera réalisé afin de déterminer si les données suivent une distribution normale, puis un test d’égalité des variances avant de confronter les valeurs avec un test paramétrique. Dans le cas où le test de normalité soit significatif ou les variances ne puissent pas être considérées égales, nous allons donc utiliser des tests non paramétriques.

Raffinement

Préalablement à toutes études comportementales, les animaux sont (i) hébergés dans des cages à environnement enrichi dans notre animalerie, pendant une semaine, et (ii) soumis à des séances d’habituation, pendant 4 jours, afin de diminuer le stress lié au nouvel environnement et à la manipulation par l’expérimentateur. L’anesthésie adéquate des animaux est confirmée par l’absence de réflexe de retrait de la patte en réponse à un pincement de la patte postérieure. De plus, lors d’injection intra médullaire, le suivi post-opératoire, avec un examen minutieux de la zone d’injection, est poursuivi dans les jours suivants. L'état général de l'animal est surveillé tous les jours avec contrôle du poids. Si un amaigrissement de plus de 15% du poids total, mesuré au début de l’expérimentation, est constaté ou s’il apparaît un comportement défini dans la liste de points limites, alors les animaux seront euthanasiés.

Choix des espèces

La souche de rat Sprague-Dawley est couramment utilisée au sein du laboratoire depuis de nombreuses années et dans les études précédentes sur le sujet dans d’autres laboratoires. C’est par ailleurs un des modèles les plus utilisés pour les études comportementales dans le domaine de la douleur. Nous utiliserons des animaux entre 3 à 8 semaines, pour comparer avec les données du laboratoire.

120 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque animal subit une chirurgie du crâne avec pose d'un cathéter et ouverture de la boîte crânienne sous anesthésie pendant soixante-dix minutes, puis une IRM sous anesthésie, pour provoquer un accident vasculaire cérébral et étudier l'effet d'un thrombolytique sur l'inflammation. Le porteur n'annonce que de simples "pistes" thérapeutiques comme retombée. Sa rubrique de réduction avance deux nombres différents, 120 souris puis 60, sans lever la contradiction.

Objectifs

Cette étude vise à comprendre l'implication de l'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) dans les processus inflammatoires qui surviennent lors d'un accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique, et notamment sur l'infiltration des neutrophiles du compartiment vasculaire vers le tissu cérébral. Des études précédentes montrent que l'utilisation de rtPA (Actilyse) pour induire une reperfusion du tissu cérébral peut moduler en parralèle l'infiltration des neutrophiles dans le tissu cérébrale. La contribution du rtPA dans ces mécanismes inflammatoires reste à déterminer. L'objectif de notre projet est de comprendre les effets du rtPA sur l'inflammation cérébrale à la suite d'un AVC ischémique. Afin de représenter les différentes situations qui se produisent en clinique, nous étudierons les effets de la thrombolyse par rtPA sur deux modèles murins d'AVC ischémique : un modèle thromembolique où l'injection i.v. de rtPA permet la reperfusion du tissu cérébrale et un modèle thrombotique où l'injection de rtPA est inefficace sur la reperfusion. De plus nous allons étudier l'impact de la thrombolyse par le rtPA sur la réponse inflammatoire dans le contexte d'une thrombolyse précose et tardive afin de mimer les differents contextes possibles en clinique.

Bénéfices attendus

Le projet permettra d'apporter de nouvelles connaissances l'impact du rtPA sur l'inflammation cérébrale et ainsi nous permettra de proposer de nouvelles pistes pour de potentielles stratégies thérapeutiques en combinaison de la thrombolyse par rtPA.

Procédures

Les animaux seront soumis à une chirurgie permettant une pose de cathéter caudal et l'accès à l'artère cérébrale moyenne par craniotomie sous anesthésie générale et couverture analgésique d'une durée de 70 minutes par animal. Les animaux seront également soumis à des acquisitions par imagerie par résonnance magnétique (IRM) à 24h après l’induction de l’AVC, sous anesthésie générale pour une durée totale de 34 minutes par animal.

Impact sur les animaux

Afin de limiter toutes douleur occasionnée par la chirurgie, nous utiliserons un analgesique lors du protocol chirurgical. Lors de projets précédents utilisant des procédures identiques ou similaires, nous n’avons pas observés de signe de douleur ni souffrance des animaux à la suite de la chirurgie. Les mesures pour réduire au maximum toute forme d’inconfort et de souffrance sont le suivi strict et rapproché des animaux, l’hébergement en petits groupes sociaux stables (n = 5) avec un enrichissement minimum (un rouleau cartonné + une feuille de papier essuie-tout), et la manipulation uniquement par des personnels expérimentés. Les animaux seront maintenus dans des conditions optimales d’hébergement, dans un environnement stabilisé en température (21°), hygrométrie (55%), luminosité (100 lux), et durée du cycle de lumière (12h/12h).

Devenir

Tous les animaux utilisés au cours de ce projet (120 animaux) seront mis à mort. Les tissus récupérés seront necessaires pour les futures analyses immunohistochimiques et en biologie moléculaire.

Remplacement

Les procédures expérimentales ne peuvent pas être remplacées par d'autres méthodes expérimentales n'impliquant pas l'utilisation d'animaux vivants car des techniques de remplacement ne sont pas susceptibles d'apporter le même niveau d'information. Nous avons sélectionné le modèle présentant le meilleur compromis entre pertinence scientifique et sensibilité de l’espèce. La souris est avec le rat l’espèce animale la plus étudiée dans le domaine de l’inflammation et l’ischémie cérébrale. La physiopathologie est donc globalement établie, ce qui nous permettra d’interpréter nos résultats de manière fiable. L’ensemble des acquis et des connaissances dont nous disposons rend cette espèce particulièrement intéressante dans le cadre de notre étude.

Réduction

Nous utiliserons le nombre minimal d’animaux afin de souscrire au principe de réduction. Le nombre d’animaux utilisé est déterminé en fonction de la spécificité/sensibilité des méthodes utilisées, et selon nos travaux précédents publiés et la littérature. 120 souris seront nécessaires pour réaliser cette étude, et l’utilisation d’outils d’imagerie non invasive permettant de mesurer les lésions cérébrale et l’inflammation cérébrale permet de réduire significativement le nombre d’animaux utilisés. Le nombre d’animaux utilisés dans ce projet (nombre d’animaux total : 60) a été évalué via un test d’analyse de puissance (α=0.05 ; β=0.8).

Raffinement

Afin de souscrire au principe de raffinement, les animaux seront anesthésiés durant chaque procédure. Les expériences seront réalisées par du personnel qualifié en respectant les règles de bonnes pratiques de laboratoire pour le respect des animaux, tout en veillant à ne pas dépasser les points limites fixés au préalable. Le bien-être des animaux sera suivi bi-quotidiennement par du personnel qualifié 5j/7 et quotidiennement pendant les weekends et jours fériés et cela pendant toute la durée du projet. Les animaux seront hébergés dans des cages standards répondant aux normes européennes actuelles (Directive 2010/63/UE). Pour éviter de stresser les animaux, les cages seront isolées de tout bruit extérieur et l’accès à l’eau et à la nourriture sera ad libitum. Enfin, une importance particulière sera apportée au bien-être des animaux. Tout sera mis en oeuvre pour réduire l’angoisse, la souffrance et la douleur de chaque animal, pouvant être occasionnées pendant le projet. Les principes éthiques et les standards de raffinement seront utilisés jusqu’à la mise à mort de l’animal.

Choix des espèces

La souris (mus musculus) est l’espèce de référence comme d’inflammation et l’ischémie cérébrale dans la littérature. L’anatomie et la physiologie de la circulation cérébrale sanguine de la souris sont également bien connues et sont semblables par leurs grands traits à celles de l’homme. L’ensemble des connaissances et des acquis dont nous disposons au laboratoire et dans la littérature rend cette espèce particulièrement intéressante pour étudier la thrombolyse, la neuroprotection et la réponse inflammatoire suite à un AVC ischémique. L’ensemble des connaissances et des acquis dont nous disposons au laboratoire et dans la littérature rend cette espèce particulièrement intéressante pour notre étude.

128 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Les mâles subissent une neurochirurgie qui installe un modèle de la maladie de Parkinson, des injections quotidiennes pendant quarante-six jours et huit injections d'un composé provoquant "malaise gastrique et dégoût" pour conditionner une aversion sexuelle, avant d'être tués pour analyse du cerveau. Les femelles subissent l'ablation des ovaires et la pose d'un implant hormonal, puis seront réutilisées dans des formations à l'expérimentation animale. Le porteur décrit des tests d'activité motrice et sexuelle et affirme qu'"il n'existe pas de méthodes alternatives" pour évaluer un comportement impulsif.

Objectifs

Les traitements symptomatiques de la maladie de Parkinson sont associés à plusieurs complications motrices et non motrices. Les troubles du contrôle des impulsions sont les effets secondaires neuropsychiatriques les plus courants, affectant plus de 20 % des patients, principalement sous traitement médicamenteux. Les troubles du contrôle des impulsions sont des addictions comportementales telles que l'hypersexualité, l'alimentation compulsive, les achats compulsifs ou le jeu pathologique qui entraînent de graves conséquences familiales, des coûts sociaux, économiques et juridiques qui affectent un grand nombre de patients dans le monde entier. L'hypersexualité est l'un des troubles du contrôle des impulsions les plus fréquents développés par les patients. Ce projet est basé sur l’hypothèse selon laquelle les troubles du contrôle des impulsions sont associés à des signatures moléculaires spécifiques qui peuvent être récupérées sous la forme de biomarqueurs dans le sang. Nous supposons en particulier que des profils spécifiques de certains marqueurs cellulaires permettront de distinguer des animaux parkinsoniens atteints de troubles de l'hypersexualité, troubles que l'on peut reproduire facilement expérimentalement chez le rat mâle.

Bénéfices attendus

Le projet vise à fournir une compréhension de la physiopathologie des troubles du comportement impulsif par le développement d’un modèle préclinique innovant, permettant l'identification des mécanismes moléculaires et des biomarqueurs grâce à des méthodes de dépistage spécifiques. Ce projet conduira à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la réponse pharmacologique et aux effets secondaires de la maladie de Parkinson et permettra l'identification de biomarqueurs spécifiques aux troubles du comportement impulsif qui devraient aider, à plus long terme, à identifier des sous-groupes critiques de patients.

Procédures

Les animaux mâles subissent une neurochirurgie, pour induire le modèle animal de la maladie de Parkinson, d'une durée de 45 minutes, anesthésie incluse. Ils subissent 3 prélèvement sanguins n’excédant pas 1 mL, chacune espacés de plus de 6 semaines, n’excédant pas plus de 10 minutes, anesthésie incluse. Ils subissent des injections quotidiennes (pendant 46 jours) dans la cavité abdominale d’un antiparkinsonien sur animal vigile, chacune n’excédant pas 10 secondes. Enfin, ils subissent 8 injections (chacune n’excédant pas 10 secondes sur animal vigile) dans l'abdomen (une tous les deux jours) d’un composé qui provoque malaise gastrique et dégoût pendant environ une heures. Les rats males seront soumis à 3 reprises à un test d’activité motrice s’établissant sur 4 sessions (2 par jour sur 2 jours consécutifs) d’évaluation de leurs capacités à avancer leurs pattes antérieures. Chaque session dure moins de 5 minutes. Les animaux femelles subissent une chirurgie abdominale et une chirurgie sous cutanée, les deux étant consécutives et l’ensemble n’excédant pas 40 minutes, anesthésie incluse. Elles subissent par la suite 12 injections sous-cutanées d’un composé qui favorisent les processus de la grossesse, espacées chacune d’au moins 48h. Mâles et femelles, seront soumis à 12 sessions comportementales permettant d’évaluer l’activité sexuelle des mâles et n’excédant pas une heure chacune.

Impact sur les animaux

Une souffrance légère liée à la répétition des injections est à envisager ainsi que les risques de formation d’un hématome, que ce soit chez les femelles comme chez les mâles. De plus les injections qui provoque chez lesmâles malaise gastrique et dégoût sont également susceptibles d’induire un état d’angoisse modérée de par l’induction de la situation conflictuelle dans lequel elles placent l’animal. Lors de la neurochirurgie (rats mâles) et de la chirurgie abdominale (rats femelles) et d’implantation des implants d’estradiol (rats femelles), les nuisances ou effets indésirables modérés pourront concerner la douleur associée aux points d’incision et aux points de contention au niveau des oreilles, et des douleurs post-opératoires. En post-chirurgical, il n’est pas à craindre de souffrance plus que modérée au cours du processus neurodégénératif progressif induit par un virus codant pour une toxine avant 9 semaines d’incubation, les animaux restant tout à fait capable de s’hydrater et de se nourrir. La littérature rapporte des déficits moteurs pouvant s’aggraver au-delà de 9 semaines, date à laquelle seront initiées les injections quotidiennes d'une substance qui bloquent l’apparition de ces déficits. Pour les animaux traités avec le diluant des points limites seront définis pour que les déficits moteurs n’induisent pas de souffrance. Enfin, une souffrance légère pourra être liée aux échantillonnages sanguins réalisés par ponction de la veine de la queue à 3 reprises, pouvant induire chez l’animal stress et hémorragie.

Devenir

Les animaux mâles seront mis à mort pour effectuer des analyses des tissus cérébraux. Les femelles seront réutilisées dans le cadre de formations à l’expérimentation animale ou autre formation d’enseignement, en concertation avec le vétérinaire référent.

Remplacement

Il n’existe pas de méthodes alternatives, n’impliquant pas d’animaux vivants, qui permettront l’évaluation d’un comportement impulsif. De plus, notre approche méthodologique nous permet d’avoir accès à l’activité de différentes structures dans un réseau complexe au sein du cerveau. Les activités transcriptionnelles (activités concernant le passage de l'information contenue dans les cellules sous forme d'ADN en ARN) des neurones au sein des différentes structures cérébrales étudiées sont influencées aussi bien par les structures auxquelles ils appartiennent que par les interactions entre ces différentes structures et ne peuvent être modélisées ni par des approche ex-vivo, ni des approches mathématiques.

Réduction

Le nombre d’animaux sera limité au nombre minimum nécessaire par groupe afin de ne pas compromettre la validité́ des expériences. Ce nombre a été estimé à l'aide d'une d'approche statistique. Pour une question d’organisation et de gestion des expérimentations, l’ensemble des animaux sera traité au cours de deux sessions distinctes pour n’avoir à suivre simultanément qu'un nombre restreint de mâles et de femelles. Ainsi, à l’issue de la première session, si les résultats sont suffisants pour mettre en évidence des différences significative des différents paramètres étudiés, il ne sera pas nécessaire de faire appel à une seconde session.

Raffinement

Les animaux sont hébergés pendant une semaine à leur arrivée pendant laquelle ils sont manipulés quotidiennement, avant le début des expérimentations, afin d’atténuer le stress pouvant être lié aux manipulations et aux contentions. Les prélèvements sanguins sont réalisés sur les rats mâles endormis puis maintenus sous anesthésie gazeuse permettant un recueil de sang par une des veines latérales de la queue avec des aiguille- fines. Chaque recueil se fait en un point différent du précédent pour limiter les risques lésionnels. Les neurochirurgies chez les rats mâles sont réalisées sous anesthésie générale, les yeux sont protégés de la dessication et les points de contentions et d’incisions sont préalablement analgésiés. La température est maintenue constante. En post-opératoire les animaux sont placés sous une lampe chauffante jusqu’à leur réveil avec contrôle de la température. Les douleurs post-opératoires sont prévenues par injection d’un antalgique. A leur réveil, les animaux sont retournés dans leur cage avec leurs congénères. Le retrait des ovaires chez les femelles se fait sous anesthésie générale et sous analgésie (température maintenue constante et yeux également protégés de la dessication). Puis, après fermeture des incisions chirurgicales, afin de ne pas avoir à réendormir les animaux, ceux-ci reçoivent un implant hormonal sous-cutané placé au niveau du cou par une incision restreinte de 1 cm de long. Après fermeture des incisions chirurgicales, en post-opératoire, les animaux sont placés sous une lampe chauffante jusqu’à leur réveil puis remis avec leurs congénères et reçoivent 24h après une nouvelle injection d’antalgique. Les injections répétées - chez les mâles comme chez les femelles - sont réalisées avec des seringues microfines avec changement de seringue entre animaux et changement des points d’entrée des aiguilles pour atténuer les risques de douleur et de formation d’hématomes. Le projet implique la mise en place d’un état pathologique chez le rongeur avec de la chirurgie de classe modérée n’affectant que très progressivement l’autonomie des rats à s’hydrater et se nourrir et donc une faible perte de poids. L’avantage de ce modèle par injection virale est que ces déficits moteurs bilatéraux restent modérés tout au long du protocole. Le suivi quotidien et les pesées bihebdomadaires des animaux permettent de veiller à ce que les animaux ne souffrent pas et de mettre en place des stratégies de soin et des points limites adaptés.

Choix des espèces

Le rat est une espèce adéquate car il existe un degré de similitude important avec le cerveau humain, notamment au niveau dee certaines structures cérébrales sur lesquelles portent cette étude, tant du point de vue anatomique que physiologique. Les registres comportementaux explorés (motricité, sexualité) sont facilement appréhendables dans cette espèce. De plus le type de construction virale utilisé dans ce projet permettant d'induire progressivement des stades précoces de la maladie de Parkinson chez le rat est également bien caractérisé dans cette espèce et les troubles du contrôle de l’impulsivité semblent s’y exprimer de façon plus prépondérante que dans d’autres types de modèles lésionnels. Les animaux utilisés sont des animaux adultes de 8 semaines. Ce stade de développement est justifié, s’agissant d’étude portant sur le comportement sexuel des animaux, par la nécessité d’avoir des animaux présentant un développement des phases précoces de la maladie de Parkinson et ayant atteint leur pleine maturité sexuelle.

1 060 poissons zèbres vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent un prélèvement d'un à deux millimètres de nageoire caudale sous anesthésie pour le génotypage, l'administration de molécules candidates par l'eau ou par injection, et un test comportemental de tunnel de nage prolongé jusqu'à la fatigue de l'animal. Ce projet est le volet jumeau d'une même étude sur une maladie neuromusculaire humaine sans traitement curatif, et le porteur affirme qu'un essai dans un "organisme entier" est nécessaire, l'in vitro ne permettant pas d'étudier le comportement. Tous les poissons sont tués pour des analyses post-mortem.

Objectifs

Ce projet s’intéresse à une maladie neuromusculaire fatale chez l’Homme et pour laquelle il n’existe aujourd’hui aucun traitement curatif. Cette maladie est provoquée par des mutations d’un gène entrainant des troubles moteurs chez les patients dès l’enfance. Deux modèles poisson zèbre de la pathologie ont été créés et présentent les défauts de motilité au stade larvaire. Des molécules ont été identifiées comme capables de restaurer la motilité à ce stade de développement. Le premier objectif du projet est de définir s’il existe une composante neurodéveloppementale dans la maladie. Le deuxième est de déterminer si les molécules ont un potentiel thérapeutique lorsqu’elles sont administrées à un stade présymptomatique ou symptomatique.

Bénéfices attendus

Ce projet s’inscrit dans une démarche de recherche fondamentale en permettant de déterminer s’il existe une composante neurodéveloppementale dans la pathologie. Il s’inscrit également dans une démarche de recherche translationnelle puisqu’il permettra de déterminer quelle fenêtre de temps est adéquate pour le traitement.

Procédures

- Génotypage par prélèvement d’une petite partie de la nageoire caudale (1 – 2 mm) sous anesthésie générale (durée totale de l’endormissement au réveil : 15mn) : réalisé 1 fois – concerne 240 poissons - Administration de molécules candidates au stade développemental (durée d’administration de 8 à 48 heures post-fertilisation) directement dans l’eau : réalisée 1 seule fois – concerne 400 poissons - Administration de molécules thérapeutiques au stade adulte par injection sous anesthésie générale (durée totale de l’endormissement au réveil : 20mn) : réalisée 1 seule fois – concerne 400 poissons - Test du tunnel de nage sur animal vigile (Durée totale : 9 x 15mn) : réalisé 1 seule fois – concerne tous les poissons

Impact sur les animaux

Le génotypage des poissons par fin clip (prélèvement de 1 à 2 mm de la nageoire caudale) se fera à 4 mois sous anesthésie générale. La nageoire se reconstituant au cours du temps, il s’agit d’un acte pour lequel aucun effet indésirable n’est attendu (durée totale comprenant balnéation, prélèvement et réveil : 20mn – stress faible). Avant de réaliser le test du tunnel de nage, chaque individu est placé dans le tunnel de nage (phase d’habituation – durée : 15h) avec mise à jeun pour éviter toute contamination de l’eau avec les déjections et une altération des performances de nage. Le tunnel de nage (durée : 9 x 15mn – stress moyen) se déroule sur animal vigile dans un environnement proche de son habitacle naturel (faible court d’eau, oxygénation) et s’arrête dès lors que l’animal est fatigué, visualisé par le recul de l’animal dans le tunnel. L’administration des molécules thérapeutiques au stade développemental se fera par balnéation (durée : 40h – stress faible). L’administration des molécules thérapeutiques au stade adulte se fera par injection intrapéritonéale sous anesthésie générale (durée totale comprenant balnéation, injection et réveil : 20mn – stress faible). Les molécules thérapeutiques ne devraient apriori n’avoir aucun effet indésirable.

Devenir

Les animaux seront mis à mort à l’issu de chaque procédure pour permettre des analyses post-mortem.

Remplacement

Le projet vise à déterminer s’il existe une composante neurodéveloppementale dans la pathologie par analyse comportementale, et de déterminer le potentiel thérapeutique de molécules candidates sur les défauts moteurs de deux modèles poisson zèbre de la maladie. Les modèles in vitro ne permettant pas d’étuder le comportement, seul le modèle animal est donc possible. Le poisson zèbre est particulièrement adapté à ce projet puisque son système neuromusculaire est similaire à celui de l’Homme et fonctionnel au stade larvaire. De plus, l’utilisation de molécules candidates nécessite en première intention un essai dans un organisme entier. La formulation et l’administration de ces molécules sont simplifiées chez le poisson zèbre par rapport aux mammifères.

Réduction

Le projet est mené sur un nombre d’animaux réduit tout en permettant une analyse statistique suffisante. L’unique procédure de ce projet repose sur un test comportemental (tunnel de nage) qui permet d’évaluer les performances de nage dans un couloir qui reproduit le flux d’eau des habitats naturels. Un seul test par animal suffit à déterminer différents paramètres (temps de nage, distance de nage, vitesse de nage…) qui sont quantifiés par analyses statistiques. L’expérience indique qu’il est nécessaire d’avoir 20 animaux par condition. Le criblage pharmacologique effectué dans une étude antérieure in vivo nous permet également de réduire le nombre de molécules candidates à tester et donc le nombre d’animaux utilisés dans ce projet.

Raffinement

Les modèles poissons utilisés dans le projet permettent un élevage en conditions d’hébergement standards avec une surveillance quotidienne. Le temps entre le prélèvement de la nageoire caudale pour génotypage (4 mois) et le test du tunnel (6 mois) de nage permet de laisser le temps à la nageoire de se régénérer et de permettre une performance de nage optimale pour nos poissons. Les conditions du test comportemental sont proches de celles de son habitat naturel et des points limites adaptés ont été déterminés en amont pour éviter toute souffrance à l’animal. Dans le cas de l’injection intrapéritonéale, les animaux seront mis à jeun 24h avant pour permettre la rapidité du geste.

Choix des espèces

Avec la grande conservation fonctionnelle de ses gènes avec l’Homme, le poisson zèbre constitue un modèle idéal pour étudier des maladies génétiques dans un contexte physiologique et d’organisme entier. Il permet également de tester des approches pharmacologiques grâce à une formulation et administration simplifiées. L’étude de nos modèles a permis de démontrer des défauts moteurs durant les stades de développement. Il est maintenant nécessaire d’évaluer le phénotype au stade adulte pour considérer la robustesse de nos modèles, et de valider l’effet bénéfique de nos molécules candidates au regard de la pathologie humaine. Notre projet vise à déterminer si l’absence d’expression du gène causant la maladie durant le développement conduit à un phénotype moteur lors d’une stimulation (épreuve motrice) chez l’adulte. Pour cela, les poissons passeront le test du tunnel de nage à 6 mois, considéré comme stade adulte. Notre projet a également pour but de déterminer l’effet bénéfique de molécules candidates à deux temps différents, au stade développemental et au stade adulte. Les poissons seront donc traités avec les molécules candidates soit durant le développement (2 jours), soit à 4 mois.

260 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une partie reçoit du tamoxifène puis des injections de vecteurs viraux dans le cerveau par chirurgie stéréotaxique, avec pose d'une plaque métallique et d'une fenêtre crânienne, avant des séances d'imagerie tête immobilisée, et 70 d'entre elles sont élevées dans l'obscurité depuis la naissance. Le porteur reconnaît que l'immobilisation de la tête et le port de la plaque peuvent stresser les animaux et limiter leur comportement habituel. Il affirme n'avoir pas d'alternative pour étudier les circuits corticaux intacts tout en développant un modèle numérique complémentaire, et toutes les souris sont tuées pour analyse anatomique.

Objectifs

Dans le cerveau des Mammifères, le cortex cérébral est responsable de fonctions cognitives complexes, notamment d'une représentation cohérente du monde extérieur qui est cruciale pour une interaction efficace avec l’environnement. En revanche, la perception sensorielle est fortement influencée par le contexte ainsi que par l'environnement qui entoure les stimuli sensoriels. Cependant, les mécanismes impliqués dans les traitement de l’information sensorielle par le cerveau ne sont toujours pas clairs. Dans le système visuel, le traitement de l'information est largement conditionné par l'état comportemental de l'animal, ses intentions et ses attentes ainsi que la présence d'autres modalités sensorielles. L'intégration d'informations contextuelles (état comportemental) avec des signaux sensoriels (signaux visuelles) se produit déjà aux premiers stades du traitement cortical. Ces signaux contextuels sont transmis aux zones sensorielles corticales par de multiples voies, dont les projections thalamiques et intra-corticales qui innervent fortement la couche 1, la couche la plus superficielle du néocortex. Ainsi, en intégrant les entrées sensorielles et contextuelles, la couche 1 est une structure centrale, clé, qui sous-tend le codage des informations sensorielles. Pourtant, l'architecture fonctionnelle des circuits de la couche 1 est encore mal définie. Malgré les travaux récents étudiant la fonction des interneurones (INs) de la couche 1, la connaissance des mécanismes cellulaires impliqués dans l'activation de ces interneurones et leurs impacts sur le traitement des informations sensorielles est encore limitée. Au cours de ce projet, nous étudierons les propriétés des microcircuits de la couche 1 due cortex et sont role dans le traitement de l'information visuelle.

Bénéfices attendus

Les maladies du cerveau ont des répercussions majeures sur la santé des individus, leur autonomie, leur éducation, leur emploi, leur mobilité et leurs relations personnelles, ce qui représente un lourd fardeau social et économique. Il est d'une importance fondamentale de comprendre les propriétés de base qui régissent la force, le dynamisme, l'étendue spatiale, la localisation anatomique et les composants moléculaires des connexions synaptiques entre des types de neurones spécifiques formant un réseau neuronal dans des états normaux et pathologiques. Plus précisément, nous pensons que le dysfonctionnement du néocortex est à l'origine de déficiences cognitives et de troubles tels que la schizophrénie, l'autisme, la dépression, ou encore de symptômes de douleur chronique. Cependant, nous ne comprenons pas encore comment les circuits du cortex fonctionnent normalement ni comment ils se dérèglent dans ces troubles. Nos objectifs sont de caractériser les motifs normaux et anormaux d'activité des circuits qui peuvent se produire dans le cortex visuel et contribuer aux symptômes de ces troubles. Nous espérons que ces études nous permettront d'identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques pour certaines maladies du cerveau.

Procédures

Au total nos utiliserons 260 souris. A partir de ce total, 140 souris seront d'abord injectées avec du tamoxifène par voie intrapéritonéale (IP) au stade adulte (3 minutes par animal) pendant 3-5 jours e après l’insertion de gènes dans ces souris adultes sera réalisée en utilisant des vecteurs viraux injectés par stéréotaxie sous anesthésie générale (1 chirurgie/animal, 40-60 minutes par animal). 70 souris seront hébergées classiquement tandis que 70 autres seront placés dans l'obscurité dès la naissance. Pour cela, les animaux seront placés dans des cages identiques à celles utilisées pour les souris sauvages, mais teintées en rouge. Les humains peuvent voir à travers, mais la longueur d'onde de la lumière ambiante à laquelle les souris sont sensibles sera filtrée par la cage. Dans un autre group, 120 souris transgéniques, seront d'abord injectées avec du tamoxifène par voie intrapéritonéale (IP) au stade adulte (3 minutes par animal) pendant 3 jours. Ces 120 souris transgéniques au stade adulte recevront aprés sous anesthésie générale, l’insertion de gènes en utilisant des vecteurs viraux injectés par stéréotaxie, le scellement d’une plaque métallique sur le crâne et la pose d’une petite fenêtre crânienne avec une lamelle de verre (1 chirurgie par animal, 30-90 minutes par animal). Les souris seront ensuite utilisées pour l'imagerie intravitale à biphotons 2 semaines après la chirurgie. Les souris seront d'abord habituées à la fixation de la tête pendant 5 jours, en commençant par des périodes de petite durée (premier jour 15 min) jusqu'au dernier jour d'habituation qui peut durer 1 heure:30. La période d'habituation peut être prolongée d'une semaine si, au cours de cette période, on observe que l'animal lutte contre la fixation de la tête et n'est pas à l'aise dans le dispositif expérimental. Après cette période de familiarisation, les animaux seront imagés pendant 5 jours consécutifs à raison de 1h30 par session. Cinq jours consécutifs d'imagerie seront toujours suivis d'au moins une semaine de période sans imagerie pour permettre aux animaux de récupérer. Ces sessions d'imagerie et de non-imagerie peuvent être répétées jusqu'à un maximum de 3 mois après la chirurgie initale.

Impact sur les animaux

Le traitement par tamoxifène peut induire du stress, de l'inactivité et une perte de poids. De plus, le traitement au tamoxifène nécessite la manipulation des animaux et des injections intrapéritonéales. L'implantation d'une plaque métallique sur la tête des animaux pour l'imagerie biphotonique nécessite une procédure chirurgicale. Une telle procédure implique une anesthésie générale avec des risques de douleur et/ou de développement d'infections chez les animaux. De plus, après l'implantation dela plaque métallique, l'animal devra vivre dans la cage avec une plaque métallique sur la tête, ce qui peut limiter son comportement habituel. Afin d'imager l'animal sous un éclairage à deux photons, les animaux seront éveillés mais la tête sera immobilisée, ce qui limitera les mouvements de la tête qui peuvent être stressants pour les animaux.

Devenir

À la fin des procédures, les animaux seront euthanasiés . Dans un cas les tranches de cerveau vont être utilisées pour réaliser des expériences. Por les experiences d’ imagerie in vivo biphotonique nécessitent des analyses anatomiques post-mortem (localisation anatomique des implants, injection de virus, expression de différents gènes).

Remplacement

Il n’y a malheureusement pas d’alternatives à l’utilisation d’animaux pour ces expériences, car des modèles adéquats du circuit cortical contenant le nombre, les types et la localisation appropriés des récepteurs dans les réseaux excitateurs et inhibiteurs ne sont pas disponibles. L'objectif de nos expériences est de découvrir l’action des gènes, des neuromodulateurs et des médicaments sur les circuits neuronaux dans le cerveau intact. Il s'agit d'une question empirique qui nécessite l'examen de circuits intacts pour y répondre. Il n'existe aucune lignée cellulaire qui récapitule avec précision la physiologie neuronale des animaux, et comme nos expériences étudient les interconnexions entre les neurones qui se produisent dans le cerveau intact, ces expériences ne seraient pas possibles en culture cellulaire. Il est important de noter que notre projet scientifique globale comporte une composante alternative à l’expérimentation animale: l’analyse de modèles in silico. Nous utiliserons l’expertise théorique du laboratoire pour générer un modèle numérique du circuit neuronal étudié incluant les résultats de notre caractérisation expérimentale. Ce modèle sera diffusé publiquement et constituera une alternative à l’expérimentation animale pour l’étude du rôle fonctionnelle des interneurones de la couche 1 pour nos futurs travaux ainsi que pour ceux d’autres équipes.

Réduction

Le nombre total d'animaux impliqués dans ce projet (n = 260) est calculé en tenant compte des mesures de réduction. Le nombre d'animaux utilisés dans les procédures sera réduit en effectuant différentes procédures sur un seul animal : les animaux recevront des injections virales et l’imagerie simultanément afin de maximiser les mesures longitudinales multiples sur le même animal. Nos compétences chirurgicales permettront également de réduire le nombre de complications chez les animaux et de minimiser les dommages durables. Toutefois, les avantages de la réutilisation des animaux seront mis en balance avec les effets négatifs sur leur bien-être, en tenant compte de l'expérience de toute une vie de l'animal. En outre, notre expertise dans l'entraînement des souris à être fixées par la tête dans l'installation d'imagerie réduira également la variabilité et, dans une large mesure, les nombres globaux nécessaires pour obtenir une signification statistique dans les cohortes. Enfin, notre choix de la taille de l'échantillon est basé sur des études précédentes et est cohérent avec ceux généralement employés dans le domaine. La taille de chaque groupe sera déterminée par l'utilisation de tests statistiques appropriés, y compris le calcul de puissance. La taille réelle de l'échantillon, et donc la signification statistique, dépendra de la variabilité de la lecture biologique. Il sera nécessaire de procéder à des tests statistiques pour une interprétation fiable des résultats. Des tests paramétriques et non-paramétriques seront utilisés en fonction de la distribution normale ou non-normale des données. Il est également important de noter que le projet comporte un plan de partage de données. Les données expérimentales seront disponibles en libre accès sur un plateforme en ligne ce qui permettra à d’autres équipes de profiter de ces données, leur évitant ainsi de reproduire ces expériences, et réduira donc le nombre d’animaux utilisés à terme.

Raffinement

Les méthodes utilisées et la manière de traiter les animaux pendant les expériences et dans l’animalerie assureront à ces derniers un minimum de contraintes et un maximum de bien-être. Les conditions d'élevage, d'hébergement, de soins et les procédures expérimentales sont les plus appropriées pour minimiser toute douleur, souffrance, anxiété/détresse ou dommage que les animaux pourraient subir. Des mesures telles que la formation du personnel, l'habituation, l'acclimatation et le temps de récupération sont prises pour réduire au maximum l'impact physique et psychologique potentiel des procédures expérimentales. Les conditions d'élevage et d'hébergement (enrichissement de l'environnement avec des carrés de coton et maison) sont mises en œuvre afin d'accroître autant que possible le bien-être des animaux. Toutes les interventions chirurgicales seront effectuées sous anesthésie et des analegésiques seront administrés avant et après les intervention pour limiter la douleur. Les animaux auront à manger et à boire à volonté. Des croquettes adaptées à la gestation/allaitement seront mise à disposition pour les animaux en accouplement. Les animaux qui subissent une intervention chirurgicale seront mis sous surveillance étroite, au moins deux fois par jour pendant les trois premiers jours suivant la chirurgie. Nous définirons des points limites qui, s'ils sont atteints, nous conduiront immédiatement à l'euthanasie de l'animal afin de réduire les souffrances inutiles. Nous prévoyons également d'utiliser des gels et de la nourriture molle pour les animaux qui se récupèrent d'une intervention chirurgicale

Choix des espèces

Les propriétés de base des microcircuits neuronaux chez la souris sont similaires à celles d’autres mammifères. Actuellement, seuls les modèles murins nous permettent de visualiser les types d’interneurones que nous étudions. Les approches expérimentales multiples réalisées chez la souris permettent une analyse complète allant du comportement jusqu’à l’activité d’un seul neurone. Les souris peuvent être génétiquement modifiées révélant ainsi la fonction de gènes spécifiques. De plus, chez la souris, la période de gestation est courte et les portées sont importantes, permettant de produire suffisamment d’animaux pour plusieurs expériences à partir de peu de fondateurs. Le développement du cerveau est très bien caractérisé, ce qui facilite les études anatomiques et fonctionnelles. Nous maîtrisons suffisamment les techniques proposées dans ce projet pour réduire le nombre d’animaux nécessaires aux expériences. Les lignées que nous utiliserons ne présentent pas de phénotype dommageable. Des animaux adultes (>P40) seront utilisés pour toutes les procédures (50% males et 50 % femelles). Toutes les procédures nécessitent des interventions chirurgicales qui ne peuvent être pratiquées que sur des animaux adultes. En outre, toutes les expériences seront réalisées chez des souris adultes, lorsque les circuits corticaux ont atteint un stade de maturation final.

1 060 poissons zèbres vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent un prélèvement d'un à deux millimètres de nageoire caudale sous anesthésie pour le génotypage, l'administration de molécules candidates par l'eau ou par injection, et un test comportemental de tunnel de nage prolongé jusqu'à la fatigue de l'animal. Le projet porte sur une maladie neuromusculaire humaine sans traitement curatif, et le porteur affirme qu'un essai dans un "organisme entier" est nécessaire, l'in vitro ne permettant pas d'étudier le comportement. Tous les poissons sont tués pour des analyses post-mortem.

Objectifs

Ce projet s’intéresse à une maladie neuromusculaire fatale chez l’Homme et pour laquelle il n’existe aujourd’hui aucun traitement curatif. Cette maladie est provoquée par des mutations d’un gène entrainant des troubles moteurs chez les patients dès l’enfance. Deux modèles poisson zèbre de la pathologie ont été créés et présentent les défauts de motilité au stade larvaire. Des molécules ont été identifiées comme capables de restaurer la motilité à ce stade de développement. Le premier objectif du projet est de définir s’il existe une composante neurodéveloppementale dans la maladie. Le deuxième est de déterminer si les molécules ont un potentiel thérapeutique lorsqu’elles sont administrées à un stade présymptomatique ou symptomatique.

Bénéfices attendus

Ce projet s’inscrit dans une démarche de recherche fondamentale en permettant de déterminer s’il existe une composante neurodéveloppementale dans la pathologie. Il s’inscrit également dans une démarche de recherche translationnelle puisqu’il permettra de déterminer quelle fenêtre de temps est adéquate pour le traitement.

Procédures

- Génotypage par prélèvement d’une petite partie de la nageoire caudale (1 – 2 mm) sous anesthésie générale (durée totale de l’endormissement au réveil : 15mn) : réalisé 1 fois – concerne 240 poissons - Administration de molécules candidates au stade développemental (durée d’administration de 8 à 48 heures post-fertilisation) directement dans l’eau : réalisée 1 seule fois – concerne 400 poissons - Administration de molécules thérapeutiques au stade adulte par injection sous anesthésie générale (durée totale de l’endormissement au réveil : 20mn) : réalisée 1 seule fois – concerne 400 poissons - Test du tunnel de nage sur animal vigile (Durée totale : 9 x 15mn) : réalisé 1 seule fois – concerne tous les poissons

Impact sur les animaux

Le génotypage des poissons par fin clip (prélèvement de 1 à 2 mm de la nageoire caudale) se fera à 4 mois sous anesthésie générale. La nageoire se reconstituant au cours du temps, il s’agit d’un acte pour lequel aucun effet indésirable n’est attendu (durée totale comprenant balnéation, prélèvement et réveil : 20mn – stress faible). Avant de réaliser le test du tunnel de nage, chaque individu est placé dans le tunnel de nage (phase d’habituation – durée : 15h) avec mise à jeun pour éviter toute contamination de l’eau avec les déjections et une altération des performances de nage. Le tunnel de nage (durée : 9 x 15mn – stress moyen) se déroule sur animal vigile dans un environnement proche de son habitacle naturel (faible court d’eau, oxygénation) et s’arrête dès lors que l’animal est fatigué, visualisé par le recul de l’animal dans le tunnel. L’administration des molécules thérapeutiques au stade développemental se fera par balnéation (durée : 40h – stress faible). L’administration des molécules thérapeutiques au stade adulte se fera par injection intrapéritonéale sous anesthésie générale (durée totale comprenant balnéation, injection et réveil : 20mn – stress faible). Les molécules thérapeutiques ne devraient apriori n’avoir aucun effet indésirable.

Devenir

Les animaux seront mis à mort à l’issu de chaque procédure pour permettre des analyses post-mortem.

Remplacement

Le projet vise à déterminer s’il existe une composante neurodéveloppementale dans la pathologie par analyse comportementale, et de déterminer le potentiel thérapeutique de molécules candidates sur les défauts moteurs de deux modèles poisson zèbre de la maladie. Les modèles in vitro ne permettant pas d’étuder le comportement, seul le modèle animal est donc possible. Le poisson zèbre est particulièrement adapté à ce projet puisque son système neuromusculaire est similaire à celui de l’Homme et fonctionnel au stade larvaire. De plus, l’utilisation de molécules candidates nécessite en première intention un essai dans un organisme entier. La formulation et l’administration de ces molécules sont simplifiées chez le poisson zèbre par rapport aux mammifères.

Réduction

Le projet est mené sur un nombre d’animaux réduit tout en permettant une analyse statistique suffisante. L’unique procédure de ce projet repose sur un test comportemental (tunnel de nage) qui permet d’évaluer les performances de nage dans un couloir qui reproduit le flux d’eau des habitats naturels. Un seul test par animal suffit à déterminer différents paramètres (temps de nage, distance de nage, vitesse de nage…) qui sont quantifiés par analyses statistiques. L’expérience indique qu’il est nécessaire d’avoir 20 animaux par condition. Le criblage pharmacologique effectué dans une étude antérieure in vivo nous permet également de réduire le nombre de molécules candidates à tester et donc le nombre d’animaux utilisés dans ce projet.

Raffinement

Les modèles poissons utilisés dans le projet permettent un élevage en conditions d’hébergement standards avec une surveillance quotidienne. Le temps entre le prélèvement de la nageoire caudale pour génotypage (4 mois) et le test du tunnel (6 mois) de nage permet de laisser le temps à la nageoire de se régénérer et de permettre une performance de nage optimale pour nos poissons. Les conditions du test comportemental sont proches de celles de son habitat naturel et des points limites adaptés ont été déterminés en amont pour éviter toute souffrance à l’animal. Dans le cas de l’injection intrapéritonéale, les animaux seront mis à jeun 24h avant pour permettre la rapidité du geste.

Choix des espèces

Avec la grande conservation fonctionnelle de ses gènes avec l’Homme, le poisson zèbre constitue un modèle idéal pour étudier des maladies génétiques dans un contexte physiologique et d’organisme entier. Il permet également de tester des approches pharmacologiques grâce à une formulation et administration simplifiées. L’étude de nos modèles a permis de démontrer des défauts moteurs durant les stades de développement. Il est maintenant nécessaire d’évaluer le phénotype au stade adulte pour considérer la robustesse de nos modèles, et de valider l’effet bénéfique de nos molécules candidates au regard de la pathologie humaine. Notre projet vise à déterminer si l’absence d’expression du gène causant la maladie durant le développement conduit à un phénotype moteur lors d’une stimulation (épreuve motrice) chez l’adulte. Pour cela, les poissons passeront le test du tunnel de nage à 6 mois, considéré comme stade adulte. Notre projet a également pour but de déterminer l’effet bénéfique de molécules candidates à deux temps différents, au stade développemental et au stade adulte. Les poissons seront donc traités avec les molécules candidates soit durant le développement (2 jours), soit à 4 mois.