Système nerveux

40 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Un diabète est provoqué par injection de streptozotocine, puis les animaux subissent des mesures répétées de glycémie par piqûre de la queue, des tests auditifs et une électrophysiologie du nerf caudal sous anesthésie, avant prélèvement des cochlées, pour préciser l'atteinte auditive liée au diabète. Le porteur prévoit la mise à mort des souris perdant plus de 20 % de leur poids ou montrant prostration, léchage excessif ou automutilation, ce seuil déclenchant l'euthanasie. Il affirme qu'aucune méthode alternative ne remplace ces tests menés sur animal vivant et retient la souris pour la "similitude" de sa fonction auditive avec celle de l'homme.

Objectifs

L’objectif de ce projet est de préciser l’impact du diabète sur la fonction auditive sur un modèle de souris : la souris de souche C57Bl/6J Rj (souris présentant une dégradation de sa fonction auditive dès le 2ème mois de vie, modèle de surdité liée à l’âge ou presbyacousie).

Bénéfices attendus

Le diabète représente aujourd’hui la plus fréquente des maladies chroniques puisqu’elle touche près de 6 % de la population. Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par un excès du taux de sucre dans le sang (hyperglycémie). Actuellement le patient diagnostiqué et pris en charge dispose de nombreuses propositions thérapeutiques plus souples d’utilisation et l’innovation pharmacologique est au coeur des progrès dans le traitement du diabète. Cependant au fil du temps, un diabète mal surveillé et mal géré peut entrainer des conséquences dont les plus fréquentes et les plus connues sont la cécité et les amputations des extrémités (doigts et orteils) ou des membres. Ces complications semblent être induites par la détérioration et l’obstruction des petits vaisseaux ou la dégénérescence des nerfs. Cette atteinte des nerfs est classiquement appelée neuropathie. Par ailleurs, les données de la littérature concernant la prévalence de la surdité chez les patients diabétiques (de type 1) sont contradictoires. Selon une récente méta-analyses, la prévalence de la surdité serait évaluée entre 5.17% et 48% chez les patients diabétiques de type 1. Une autre étude clinique ne révèle aucune différence significative de la prévalence de la surdité chez les patients diabétiques de type 1 comparativement aux sujets non diabétiques. Les outils d’exploration audiologiques sont-ils assez sensibles pour détecter l’installation d’une atteinte auditive subtile ? De nombreuses études pré-cliniques ont révélé que des pertes massives de cellules ciliées internes, ou de fibres nerveuses pouvaient être sans conséquence sur les seuils liminaires (seuils de détection, déterminés par l’audiométrie). L’atteinte auditive chez les patients diabétiques pourraient donc être sous-estimées car mal évaluée. Il semble donc indispensable de documenter du point de vue fonctionnel et histologique plus précisément sur des modèles murins cette complication « silencieuse » du diabète.

Procédures

- La glycémie sera déterminée par des "prélèvements capillaires" sanguins (gouttes de sang) suite à une légère piqûre au niveau de la queue de l'animal (utilisation de lecteur de glycémie identique au lecteur clinique humaine avec bandelette de prélèvement stérile à usage unique). Cette procédure dure moins de 5 minutes. Cette procédure de détermination de la glycémie est réalisée de façon hebdomadaire. - Injection intrapéritonéale de streptozotocine (1 fois en moins de 2 minutes). Le test pour évaluer si un diabète a été induit par l'apparition d'une neuropathie périphérique, sera effectuée à 3 reprises (pour une reproductiblité) sous anesthésie gazeuse d'isoflurane (induction à 4% et maintien de l'anesthésie à 1,5%). Par l'insertion de deux paires d'électrodes distantes (une stimulatrice et une enregistreuse du signal) au niveau de la queue de l'animal, une réponse éléctrophysiologique du nerf caudal sera mesurée afin de montrer une possible neuropathie périphérique liée à l'induction du diabète. Une asepsie sera pratiquée sur la queue des animaux par une application d'alcool 70°. Les explorations auditives seront effectuées à 3 reprises (pour une reproductiblité) sous anesthésie gazeuse d'isoflurane (induction à 4% et maintien de l'anesthésie à 1,5%) . Les deux méthodes utilisées dans ces explorations fonctionnelles sont : -Les otoémissions acoustiques : lorsqu’une stimulation acoustique calibrée est appliquée dans le conduit auditif externe, il est possible de recueillir en retour une réponse physiologique acoustique issue d’une population particulière de la cochlée : les cellules ciliées externes. Cette technique de réalisation simple et rapide (5min par animal) renseigne sur la fonction cochléaire et sur la physiologie des cellules ciliées externes. -Les potentiels évoqués auditifs précoces : il est possible à l’aide d’électrodes intradermiques (3 électrodes placées : au niveau de la mastoïde (électrode active), du vertex et au niveau dorsal) de recueillir la réponse électrophysiologique de la cochlée et des voies nerveuses auditives périphériques. Ainsi à l’aide de stimulations calibrées adéquates il est possible de déterminer des seuils auditifs (corrélat de l’audiogramme clinique, pour les fréquences de 8, 10, 16, 24 et 32kHz) et de déterminer des latences de conduction des voies nerveuses (temps de réalisation 15-20min par animal).

Impact sur les animaux

Si les animaux sont diabétiques, une altération de leur état de santé général peut être visible (perte de poids supérieur à 20% du poids corporel initial, une attitude inhabituelle traduisant un mal-être (prostration, agressivité, pilo érection,…), l’apparition d’une altération de l’état de santé général (tumeur, excroissance, prolapsus…)).

Devenir

A la fin des explorations fonctionnelles, l’euthanasie des animaux sera réalisée au moyen d’une injection léthale d'euthanasiant chimique en vue de prélèvement des os temporaux pour une étude histologique des cochlées. Les animaux ayant reçu une injection de streptozotocine mais ne développant pas un diabète seront euthanasiés (inhalation de CO2). Les animaux présentant une altération de leur état de santé général (perte de poids supérieur à 20% du poids corporel initial, une attitude inhabituelle traduisant un mal-être) seront euthanasiés (inhalation gazeuse de CO2).

Remplacement

Ce projet a pour but d'évaluer l'impact du diabète induit sur l'appareil auditif chez une souche de souris (étude fonctionnelle et histologique). Le modèle de diabète induit par la streptozotocine fait référence dans la communauté scientifique. Du fait d’une grande similitude de la fonction auditive de la souris avec celle de l’homme, cette espèce a depuis longtemps été retenue dans notre équipe de recherche. Pour mieux caractériser l'impact du diabète sur l'audition d'un point de vue fonctionnel, les tests auditifs doivent être réalisés sur des animaux vivants. Aucune méthode alternative ne permet de remplacer ce protocole : ces études, menées chez l’animal anesthésié, sont nécessaires pour appréhender des mécanismes intégrés et pour évaluer la pertinence de traitements dans de prochains projets.

Réduction

Afin de réduire le nombre d’animaux utilisés au minimum, nous projetons d’employer les mêmes animaux diabétiques (n=20) et témoins (n=10) pour les tests fonctionnels auditifs et pour les analyses histologiques. Cependant, dans un premier temps, nous devons déterminer si une seule injection intra-péritonéale de 150mg/kg de streptozotocine induit un diabète chez la souche de souris C57Bl6/JRj (10 animaux). Pour cela, la glycémie (prélèvement sanguin caudal -1goutte par dosage – animal vigil légèrement contraint) des animaux traités par STZ sera évaluée quotidiennement sur 6 semaines pour déterminer le statut « diabétique » définitif des animaux (selon la souche). Les animaux seront euthanasiés dès statut «diabétique » confirmé (inhalation gazeuse de CO2). L’étude statistique sera réalisée à l’aide d’un test de Student en comparant les valeurs obtenues de chaque groupe exposé avec les valeurs du groupe témoin pour chaque test fonctionnel aux différents temps du suivi.

Raffinement

Les animaux seront pesés et observés tous les jours (mobilité dans la cage et/ou immobilité, prostration, prise alimentaire). Le comportement général de l’animal, son apparence, la présence d’eau et de nourriture dans chaque cage seront surveillés quotidiennement (7j/7). Si besoin, les souris diabétiques recevront une injection sous-cutanée (s.c.) d’insuline (dissoute dans du sérum physiologique, 0,6UI/souris) tous les deux jours, afin de leur assurer un statut clinique satisfaisant et de limiter l’inconfort dû au diabète. L’animal sera euthanasié s’il présente un des symptômes suivants : -une perte de poids supérieure à 20% du poids initial, - une attitude inhabituelle traduisant un mal-être (prostration, agressivité, pilo érection,…), -l’apparition d’une altération de l’état de santé général (tumeur, excroissance, prolapsus…). En référence à un document « points limites », tout comportement de léchage excessif, d’autotomie, de prostration ou de vocalisation conduira à l’euthanasie rapide des animaux par inhalation gazeuse de CO2.

Choix des espèces

La souris de souche C57Bl/6J Rj présente une dégradation de sa fonction auditive dès le 2ème mois de vie (modèle de surdité liée à l’âge ou presbyacousie). L’objectif de ce projet est de préciser l’impact du diabète sur la fonction auditive sur un modèle de souris présentant une dégradation spontanée de leur fonction auditive. Les animaux utilisés sont âgés de 6 semaines à l'initiation des expérimentations (réception à l'âge de 5 semaines, 1 semaine d'habituation aux conditions d'hébergement). L'appareil auditif de la souris est mature à l'âge de 30 jours.

175 souris immunodéficientes vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une lignée de glioblastome humain est greffée dans le cerveau par chirurgie stéréotaxique, avec une pompe implantée diffusant une molécule tumorale rechargée chaque semaine, pour étudier son effet sur la croissance de la tumeur et l'épilepsie. Le porteur décrit des crises d'épilepsie, des troubles moteurs et une perte de poids liés à la tumeur, un petit groupe étant gardé jusqu'à des signes de souffrance inévitables. Il affirme que ce microenvironnement cérébral ne peut être reconstitué in vitro et retient la souris immunodéficiente pour accepter la greffe humaine.

Objectifs

Les tumeurs cérébrales restent souvent sans thérapeutique efficace. Certains types de ces tumeurs produisent de grandes quantités d’une molécule nommée D2HG, et sont alors associées à une survie prolongée mais à un risque d’épilepsie accru. Nous émettons l’hypothèse et possédons des résultats préliminaires suggérant que le D2HG peut affecter l'excitabilité des cellules cérébrales neuronales par la régulation des principaux récepteurs excitateurs. En conséquence, une excitation déséquilibrée peut déclencher des crises épileptiques. C'est pourquoi, l'objectif de ce projet est de mieux comprendre les effets de l'accumulation de D2HG sur la croissance des tumeurs cérébrales et sur développement de l’épilepsie. En complément d’études réalisées sur des tissus humains épileptiques postopératoires, nous souhaitons étudier les effets D2HG in vivo sur un modèle de souris de tumeur cérébrale. Le modèle de souris permet de reproduire les interactions de la tumeur humaine avec l'environnement cérébral et d'administrer en même temps des quantités contrôlées de D2HG. Les effets seront évalués sur la taille des tumeurs (identifiée par imagerie), la survie des animaux et sur l’épilepsie. Cette étude pourrait ouvrir la voie à de nouveaux développements thérapeutiques.

Bénéfices attendus

Ce projet étudie le rôle du D2HG dans la neurobiologie des gliomes, translatant des concepts et des outils de l'électrophysiologie à la neuro-oncologie. Il vise à mieux comprendre comment le D2HG module la signalisation glutamatergique, influence l'excitabilité neuronale et la croissance tumorale, et comment les processus d’infiltration tumorale et de remodelage épileptique peuvent se co-localiser et permettre de développer de nouveaux biomarqueurs peropératoires. Les modèles animaux xénogreffés permettent d’étudier la croissance des cellules tumorales cérébrales placées dans un micro/macro-environnement récapitulant au plus près celui observé chez l’Homme et jouant un rôle clé dans le développement des cellules tumorales. Il n’est pas parfaitement modélisable in vitro. Il permet de plus d’étudier la réaction du tissu cérébral à la croissance de la tumeur et notamment l’épilepsie. De plus, il est maintenant reconnu que le microenvironnement neuronal joue un rôle majeur dans la croissance des gliomes, cette dernière ne pouvant se modéliser en cultivant ex vivo une ligne cellulaire. Les résultats de ce projet aideront à comprendre le rôle de la D2HG dans la croissance tumorale et l'épileptogenèse et son interaction avec d'autres effets de la mutation de l'IDH dans le meilleur modèle de glioblastome humain disponible aujourd'hui.

Procédures

Injection stéréotaxique de cellule tumorale - 1 fois (20 min, anesthésiée et analgésiée). Implantation de canule et d'une pompe - 1 fois (40 min, anesthésiée et analgésiée). Recharge de la pompe avec solution D2HG - 1 fois par semaine (5 min, anesthésiée). Imagerie bioluminescente - 1 fois par semaine (10 min, anesthésiée).

Impact sur les animaux

L'hypothermie pendant l'anesthésie. Les saignements à cause de l'endommagement des vaisseaux sanguins pendant l'intervention chirurgicale. Déshydratation pendant l'intervention chirurgicale en raison de l'hémorragie et pendant la période de récupération en raison de la difficulté à boire. Une inflammation excessive à cause des lésions tissulaires provoquées par l'intervention chirurgicale ou à une contamination accidentelle. Crises d'épilepsie et problèmes moteurs à cause de la développement de la tumeur. Perte de poids à cause de la réduction de la capacité à s'alimenter et au développement de la tumeur.

Devenir

Un petit groupe d'animaux sera conservé jusqu'à lorsqu’ils atteignent des signes de souffrance inévitables vu la croissance tumorale, selon les points limites, ils seront euthanasiés. Cela permettra d'estimer et de comparer la survie dans trois groupes d'étude différents (30 animaux au total). Le reste des animaux sera euthanasie pour des analyse électrophysiologiques et immunohistochimiques.

Remplacement

Chez l’Homme, les tumeurs cérébrales sont des tumeurs complexes qui ne peuvent se résumer exclusivement à des cellules tumorales se multipliant. Dans une tumeur cérébrale, il existe, en plus des cellules tumorales, un microenvironnement (notamment neuronal) qui joue un rôle clé dans le comportement spontané ou sous traitement des cellules tumorales. Ce microenvironnement est lui-même dépendant du macroenvironnement c'est-à-dire de l’organisme hôte. Il est impossible de reconstituer ce contexte (microenvironnement et macroenvironnement) interagissant avec les cellules tumorales in vitro. De plus ce travail évalue les effets du glutamate (produit par le tissu nerveux et par les cellules tumorales) et du D2HG (produit par les cellules tumorales) sur le tissu tumoral et sur le tissu cérébral avoisinant. Ces interactions ne sont pas étudiables in vitro. Les études préalables des effets de la mutation IDH et du D2HG sur tissus humains aigus ex vivo et en culture in vitro.

Réduction

Le nombre d'animaux sera réduit au minimum requis pour disposer de souris dans lesquelles des cellules tumorales humaines xénogreffées peuvent survivre. L’utilisation de cellules tumorales transduites par le gène de la luciférase permet un suivi en temps réel de la croissance tumorale. Cela évite le euthanasie séquentiel d’animaux au cours du temps. Compte tenu de la complexité des procédures chirurgicales impliquées dans ce projet, nous estimons la perte possible d'animaux à environ 15%, c'est pourquoi le nombre total d'animaux utilisés doit être porté à 175. Cela nous permettra d'avoir un nombre suffisant d'animaux pour l'analyse finale (150). Le nombre d'animaux à inclure dans les groupes lors des procédures a été a été estimé grâce à un calcul de puissance et les résultats seront évalués à l'aide de l'analyse statistique. Chaque animal sera exploité au mieux dans les différentes techniques pour obtenir un maximum d'informations. Chaque souris sera greffée dans l'hémisphère droit, et l'hémisphère gauche constituera un contrôle, limitant ainsi l'emploi de souris contrôles surnuméraires. Les mêmes animaux seront utilisés pour évaluer la survie et le volume tumoral. Les mêmes animaux seront utilisés pour étudier le volume tumoral et l’épilepsie.

Raffinement

Les animaux sont analgésiés à la Buprénorphine en pré-opératoire puis au Métacam en post-opératoire et anesthésiés à l’Isoflurane avant toute procédure chirurgicale. Les yeux sont protégés du dessèchement par un gel oculaire. Les animaux seront placés durant la chirurgie et le temps de réveil sur une plaque chauffante à 37°C jusqu’à leur réveil total (la température est monitorée à l’aide d’une sonde rectale durant la chirurgie). Après la greffe, une observation quotidienne des animaux sera effectuée jusqu'à l'euthanasie de l'animal. Une pesée quotidienne permettra de vérifier la régularité de leur prise de poids. Dès l'apparition de douleurs ou souffrances supérieures au tolérable (posture, amaigrissement, mauvais état du poil, apparition de lésions de grattage, etc.) la souris sera euthanasiée. Les animaux sont stabulés en portoirs ventilés avec un système d'abreuvage automatique et un accès ad libitum à la nourriture. Les conditions de température et d'hygrométrie sont contrôlées et monitorées. Le cycle d'éclairage est de 12h par jour (6h-18h). Les animaux sont hébergés avec leurs congénères (12 par cage maximum) et l'isolement est évité au maximum. Le milieu est enrichi avec au choix : lanières de papier Kraft, maisons en carton, tunnel en carton ou carré de coton compacté.

Choix des espèces

Les rongeurs (souris) sont les modèles animaux classiquement utilisés dans les expériences et les études, cognitives ou thérapeutiques, menées en cancérologie. La taille et le poids de souris permet d’utiliser de faibles quantités de composés cytotoxiques, compte tenu du faible volume de distribution, et d’utiliser un faible volume expérimental dans l’animalerie. Les souches de rongeurs consanguines immunodéficiences (Athymic-Nude) permettent d’utiliser des xénogreffes de tumeurs humaines sans avoir recours à une suppression immunitaire iatrogénique. Les lignées de souris immuno-compromises sont disponibles chez au moins 2 des éleveurs agréés en France. Des travaux pionniers utilisant ce type de matériel cérébral humain, ont été réalisés par des équipes internationales de recherche, validant ainsi ce choix. Les manipulations commenceront à partir de la 8ème semaine d’âge chez animaux sevrés et ayant atteint une taille et un poids adulte. La 8ème semaine chez les souris est le début du stade adulte le glioblastome étant une tumeur de l’adulte chez l’Homme.

441 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une démyélinisation est provoquée par injection intracérébrale d'un détergent sous anesthésie, complétée par des injections d'un marqueur de prolifération, pour étudier la régénération de la myéline dans la sclérose en plaques chez des souris génétiquement modifiées. Le porteur indique une mise à mort par dislocation cervicale ou perfusion intracardiaque d'un fixateur pour prélever le cerveau. Il affirme que la myélinisation ne peut être reproduite que chez un animal vivant "dans son intégrité" et retient la souris comme modèle de référence des récepteurs de la vitamine A.

Objectifs

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune affectant le système nerveux central (SNC). Causée par une dysfonction du système immunitaire, elle engendre des lésions de la myéline qui provoquent des perturbations motrices, sensitives, cognitives, visuelles et autres. Les traitements actuels sont insuffisants pour empêcher la progression du handicap à moyen terme. La myéline est une membrane biologique, essentiellement composée de lipides, qui forme une gaine autour des fibres nerveuses. Cette gaine est nécessaire pour une bonne conduction de l’influx nerveux. Lorsque la myéline est dégradée, son remplacement est effectué par des cellules spécialisées nommées oligodendrocytes (OL). Toutefois, dans la SEP, la myéline est la cible du système immunitaire qui engendre une réaction inflammatoire excessive. A long terme, cette inflammation empêche les OL de reformer la myéline conduisant aux symptomes cités précedemment. Il est important de comprendre pourquoi les OL ne forment plus la myéline. En effet, une stratégie thérapeutique serait de stimuler ces OL pour qu’ils régénèrent la myéline à nouveau. Grâce à l’utilisation de souris génétiquement modifiées, nous étudierons des facteurs impliqués dans la génération des OL pour mieux comprendre comment les stimuler à régénérer la myéline. De plus, dans la SEP les cellules immunitaires du SNC, les cellules microgliales (CM), contribuent à la pérennisation de la signalisation inflammatoire mais assurent aussi l’élimination des debris de myéline pour stimuler la remyélinisation. Les déterminants moléculaires impliqués dans le contrôle de ces fonctions opposées des CM ne sont pas connus, alors que leur connaissance est critique pour le développement de nouveaux traitements. Afin de caractériser ces déterminants, nous étudierons les CM et la progression de la remyélinisation par les OL en induisant une perte minime de myéline chez des souris génétiquement modifiées.

Bénéfices attendus

La myéline est une gaine biologique composée majoritairement de lipides qui entoure les fibres nerveuses. Cette gaine est synthétisée par des cellules spécialisées nommées oligodendrocytes (OL) et est nécessaire pour la bonne conduction des influx nerveux. La dégradation de la myéline est un processus physiologique naturel au cours duquel les cellules immunitaires du système nerveux central, les cellules microgliales (CM), éliminent les débris de myéline. Ceci stimule ainsi à nouveau les OL à renouveler la myéline. Toutefois, chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), la myéline est la cible du système immunitaire qui entraine une réaction inflammatoire importante. Une des conséquences de cette réaction inflammatoire est d’empêcher les OL à régénérer la myéline. Différents acteurs ont été identifiés comme facteur stimulant la formation de myéline dans la SEP, notamment des récepteurs de la forme bioactive de la vitamine A. En utilisant des souris modifiées génétiquement, nous déterminerons l’implication de ces récepteurs dans la formation des OL pour comprendre comment ceux-ci favorisent la myélinisation aussi bien en conditions physiologiques qu’en conditions pathologiques. Ceci pourrait mettre en lumière un mécanisme de remyélinisation précis qui pourrait également ouvrir une nouvelle voie de recherche dans la SEP et vers de nouvelles pistes thérapeutiques impliquant la vitamine A. D’autre part, nous caractériserons comment la myéline et notamment les lipides la composant sont pris en charge par les cellules microgliales (CM) pour être éliminés en utilisant des souris génétiquement modifiées. Cette information peut orienter des stratégies thérapeutiques basées sur un apport d’acides gras spécifiques dans la SEP.

Procédures

Une injection intrapéritonéale d’un produit marquant les cellules en prolifération cellulaire sera effectuée sur 231 animaux lors de la procédure 2, et sur 120 animaux lors de la procédure 3, soit sur un total de 351 animaux. Cette injection ne dure qu’une dizaine de secondes entre le moment où l’animal est saisi et le produit injecté. Nous réaliserons également une injection intracérébrale d’un produit détergent pour induire la démyélinisation unilatéralement sous anesthésie générale. Cet acte chirurgical sera réalisé sur 90 animaux en procédure 1, et sur 231 animaux en procédure 2. Cette procédure chirurgicale dure une vingtaine de minutes par animal. Au total, 321 animaux recevront une injection intracérébrale une seule fois.

Impact sur les animaux

Les injections intrapéritonéales vont génèrer un stress chez l’animal. Les procédures des injections intracérébrales peuvent être douloureuses et générer un stress/déconfort à l’animal. Ces procédures seront effectuées par un expérimentateur entraîné sous anesthésie générale avec des propriétés analgésiques et ne devraient pas engendrer de troubles majeurs visibles de comportement car les lésions induites par l’injection seront unilatérales et très limitées.

Devenir

Les animaux seront mis à mort de deux manières différentes : d’une part par dislocation cervicale qui permet de prélever tous les organes nécéssaires pour les analyses moléculaires (de type Western Blot). D’autre part, une mise à mort par perfusion intracardiaque d’un agent fixateur sera réalisée. Ceci permet la fixation complète et homogène des tissus, y compris du cerveau. Les organes pourront ainsi être prélevés et utilisés à des fins d’imagerie.

Remplacement

Il n’est pas possible de remplacer les modèles murins par un autre modèle animal dans cette étude pour trois raisons principales : (i) la myélinisation développementale ou remyélinisation est un processus dynamique et multifactoriel dépendant des activités des types cellulaires différents et ne peut être reproduit que chez un animal vivant dans son intégrité; (ii); une analyse de remyélinisation est espèce-dépendant et la souris reste un très bon modèle de la myélinisation chez l’homme; (iii) la souris est notre modèle de référence dans la recherche sur les récepteurs des formes bioactives de la vitamine A car c’est dans ce modèle que nous avons déjà identifié les programmes moléculaires contrôlées par ces récepteurs ainsi que les traitements pharmacologiques pour les futurs développements de nouvelles stratégies thérapeutiques. Cependant, ce projet émane des nombreuses analyses in vitro réalisées sur des cultures cellulaires qui nous ont amenées à proposer ce projet et tester in vivo nos hypothèses de travail.

Réduction

Dans notre projet nous utilisons le nombre minimal d’animaux permettant d’effectuer les analyses statistiques afin de révéler les différences significatives (n=3). En effet, ces effectifs ont été déterminés à partir de données de la littérature et sont suffisants pour voir si on obtient des différences en comparant la moyenne (et autres paramètres) des différentes conditions, notamment par l'utilisation d'un test de Wilcoxon, ou de Kruskall-Wallis. De plus nous utilisons les deux sexes pour ne pas produire de façon inutile les femelles qui sont plus rarement utilisées pour ces analyses à cause d’effets possibles dus aux différences hormonales ou sexuelles au niveau des fonctions de cellules étudiées. C’est un risque dans cette étude, que nous allons contrôler par une comparaison des résultats provenant des mâles et des femelles pour chaque condition expérimentale et génotypique. Pour minimiser le nombre d’animaux nous allons injecter qu’un hémisphère pour utiliser le deuxième comme contrôle. De plus, les effets de l’intervention chirurgicale (injection de solution saline) seront évalués sur un groupe d’animaux contrôle.

Raffinement

En vue de raffiner les procédures, les animaux sont hébergés dans des conditions optimales (dans des portoirs ventilés, en groupe, et avec un nid) et ils font l’objet d’un suivi adapté et régulier et de soins vétérinaires au besoin. Sont mis à la disposition des souris ad libitum des croquettes et de l’eau. La litière est renouvelée une fois par semaine. Ici, nous minimiserons la douleur chez les animaux. En effet, la dose de lysolécithine utilisée étant très faible, les dégradations de myéline seront mineures et ne devraient pas générer de troubles chez l’animal durant le suivi expérimental. Les procédures expérimentales sont réalisées sous anesthésie générale accompagnée d’analgésiques (Xylazine/Kétamine) afin d’éviter aux animaux tout ressenti douloureux. De plus, durant la chirurgie, les yeux des animaux sont protégés du dessèchement. Ils sont préservés du refroidissement provoqué par l’anesthésie par l’emploi d’isolant durant l’opération, et leur réveil se fait dans une enceinte chauffée. Les injections intrapéritonéales engendrent un stress chez l’animal. Les animaux ayant reçu l’injection seront remis en groupe en cage et surveillés. Les mises à mort des animaux seront effectuées par un personnel formé et expérimenté.

Choix des espèces

La myéline est une gaine biologique qui entoure les neurones, assurant ainsi leur protection d’une part, et la transmission des messages nerveux d’autre part. La synthèse de myéline (ou myélinisation) est assurée par des cellules spécialisées nommées oligodendrocytes (OL). Chez des patients atteints de sclérose en plaques, la myéline est dégradée par le système immunitaire. La régénération de myéline par les OL (ou remyélinisation) est très limitée voire inexistante. Par conséquent, la transmission des messages nerveux est moins efficace et les patients souffrent de différents symptomes tels que des déficits moteurs et cognitifs. Une stratégie thérapeutique serait de stimuler les OL, notamment via la vitamine A, à régénérer la myéline similairement à leur génération lors du développement embryonnaire En effet, la formation des OL se déroule durant le développement pré et post-natal. Leur formation est un processus dynamique et multifactoriel dépendant des activités de différents types cellulaires qui ne peut être reproduit que sur un animal vivant dans son intégrité. Pour comprendre comment les OL sont ainsi formés, un modèle d’étude ayant un système nerveux proche de l’Homme est nécessaire. La souris est un très bon modèle puisqu’elle récapitule très bien la formation des OL et de la myéline chez l’Homme. Bien que le rôle de la vitamine A dans la formation des OL n’est pas encore élucidé, il est nécessaire d’avoir un modèle où la vitamine A est caractérisée. La souris reste le modèle de référence sur les travaux de la vitamine A. En effet, les mécanismes d’action de la forme bioactive de la vitamine A sont très bien caractérisés chez la souris et différents traitements pharmacologiques sont déjà disponibles pour évaluer son mode d’action. Les étapes clés de la formation de myéline chez la souris ont lieu au jour de la naissance 0 (dit P0), P7, P14, P21 et à l’âge adulte (8 semaines). Pour suivre et comprendre comment la myéline est formée, nous devrons étudier des souris à ces stades de développement. Pour étudier la régénération de myéline en conditions pathologiques comme la sclérose en plaques, des souris adultes (8 semaines) seront utilisées afin d’évaluer le processus d’élimination et de régénération de la myéline.

48 souris mâles vont être utilisées, toutes tuées à l'issue par perfusion intracardiaque, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une chirurgie injecte un vecteur viral dans le cerveau pour bloquer une protéine des cellules gliales, puis les souris, logées seules, passent des tests d'anxiété en arène, de préférence alimentaire et un jeûne de 24 heures, afin d'étudier la régulation de la balance énergétique. Le porteur reconnaît que la récupération après chirurgie, l'isolement et le jeûne sont sources de douleur, de stress et de perte de poids. Il affirme qu'aucune méthode in vitro n'étudie le rôle de ces cellules gliales et renvoie au long terme d'éventuelles voies contre l'obésité.

Objectifs

L’obésité et ses comorbidités représentent un grave problème de santé publique. Le contrôle de la balance énergétique (équilibre entre les dépenses énergétiques de l’organisme et les apports par la prise alimentaire) est assuré par le cerveau, avec un rôle important dévolu à une région cérébrale appelée complexe vagal dorsal (CVD). Le CVD dispose de réseaux de neurones sensibles à de multiples signaux informant du niveau des réserves énergétiques de l’organisme, mais aussi de cellules gliales dont la contribution au contrôle de la balance énergétique commence à être révélée. Les cellules gliales sont équipées de protéines appelées connexines qui leur permettent d’envoyer des signaux aux neurones et d’établir une communication directe entre cellules gliales adjacentes. Nous utilisons des vecteurs viraux pour inhiber la fabrication des connexines spécifiquement dans les cellules gliales du CVD. Notre objectif global est d’évaluer le rôle joué par les connexines des cellules gliales du CVD dans le contrôle de la balance énergétique chez la souris. Les procédures décrites permettront de déterminer si les connexines des cellules gliales sont impliquées : 1) dans les préférences alimentaires des animaux ; 2) dans le maintien du métabolisme énergétique, le contrôle de la prise alimentaire et hydrique, ainsi que la régulation des dépenses énergétiques ; 3) dans les réponses comportementales, hormonales, et cellulaires à une réalimentation après mise à jeun.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à mieux comprendre comment les cellules gliales du tronc cérébral caudal régulent la balance énergétique chez le rongeur. Les données recueillies apporteront un éclairage nouveau sur l’importance fonctionnelle des connexines 43 fortement exprimées par ces cellules gliales : 1) dans les choix alimentaires entre une nourriture standard et une nourriture enrichie en graisse et sucre ; 2) dans le contrôle fin de la prise alimentaire, de la prise hydrique, des dépenses énergétiques, ou encore de l’activité locomotrice ; 3) dans la réponse au jeûne et à l’hyperphagie consécutive à un jeûne. A plus long terme, ces résultats pourraient ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques dans le traitement de l’obésité et de ses comorbidités.

Procédures

Tous les animaux seront soumis à une intervention chirurgicale sous analgésie morphinique et anesthésie générale (durée 45 minutes) pour l’injection intracérébrale d’un vecteur viral contrôle ou ciblant la connexine 43. Les animaux seront ensuite hébergés en cage individuelle pour la durée restante du projet, pour leur sécurité et pour les mesures individuelles de prise alimentaire et la réponse au jeûne et à l’hyperphagie consécutive à un jeûne. Après récupération chirurgicale, un tiers des animaux subira un test comportemental, au cours duquel ils sont placés dans une arène pendant 30 minutes pour mesurer leur activité exploratoire et établir leur niveau d’anxiété. Une semaine après, un test de préférence alimentaire sur une durée de 8 jours sera employé. Les souris auront accès, à deux régimes différents : un régime standard et un régime enrichi en graisse et en sucre qui ne génère aucune douleur ou inconfort. A l’issue de ces régimes, soit à 6 semaines post-chirurgie, les animaux seront mis à mort sous analgésie et anesthésie générale et le cerveau sera prélevé pour les analyses histologiques post-mortem. Après récupération chirurgicale, les autres animaux seront transitoirement hébergés dans des cages couplées à un système de calorimétrie indirecte pour étudier le métabolisme des animaux. Cet hébergement dure 3 jours, et aura lieu au cours de la 6e semaine post-chirurgie ou au cours de la 4e puis de la 7e semaine post-chirurgie. Le premier jour permet à l’animal de s’habituer à son environnement. Les enregistrements sont réalisés au cours des 48h suivantes. A la fin de la 9e semaine post-chirurgie, ces animaux sont utilisés dans un protocole visant à mesurer l’hyperphagie consécutive à un jeûne, les niveaux de signaux métaboliques en réponse au jeûne ou à la réalimentation, ainsi que la réponse neurale à ces modifications du statut nutritionnel. Ce protocole a lieu après une habituation de 3 jours, au cours de laquelle la nourriture est retirée de la cage pendant 2h afin de minimiser l’angoisse des animaux vis-à-vis du jeûne. Les souris du groupe contrôle sont mises à jeun pour une durée de 24h et les souris du groupe test sont mises à jeun pendant 21h et sont réalimentées pendant 3 heures. Après ces 24h, soit à 9 semaines post-chirurgie, les animaux seront mis à mort sous analgésie et anesthésie générale et le cerveau sera prélevé pour les analyses histologiques post-mortem.

Impact sur les animaux

Les procédures utilisées ont pour objectif de tester la contribution des cellules gliales à la régulation de l’homéostasie énergétique. L’accomplissement de cet objectif implique le recours à une chirurgie d’injection intracérébrale. Après cette chirurgie, les animaux sont hébergés individuellement, pour leur sécurité durant la récupération post-opératoire et pour le suivi individuel de la consommation alimentaire dans la suite des procédures. La période de récupération post-opératoire est source d’inconfort et de douleur pour l’animal. Après récupération postopératoire, l’hébergement de 3 jours dans les Physiocages nécessaires pour l’exploitation du système de calorimétrie indirecte est une source d’inconfort, dû à l’environnement hermétique qui limite les contacts olfactifs avec les congénères. La mise à jeun de 24h est une source de stress pour l’animal, entrainant une perte de poids corporel importante chez les animaux ainsi que des modifications du statut métabolique. L’exposition aux régimes riches en graisse et en sucre ne génère aucune douleur ou inconfort mais la pesée toutes les 12 heures pourrait également constituer une nuisance. La récupération des cerveaux fixés, indispensable aux études immuno-histologiques post-mortem, nécessite une mise à mort par perfusion intracardiaque.

Devenir

A l’issue de chaque procédure, des analyses histologiques post-mortem sont indispensables : 1) Pour vérifier l’expression du vecteur viral par les cellules gliales dans la région d’intérêt ; 2) et caractériser les réponses cellulaires neuronales et gliales.

Remplacement

L’utilisation d’animaux à des fins scientifiques se justifie ici car il n’existe, à ce jour, aucune méthode de substitution in vitro n’utilisant pas l’animal de laboratoire et permettant l’étude de l’implication des cellules gliales dans le contrôle de la consommation alimentaire et du poids corporel.

Réduction

Le nombre de souris nécessaire à ce projet est de 48 souris mâles, réparties en 6 lots de 8 animaux. Notre expertise nous permet de définir ce nombre au plus juste compte tenu du nombre des paramètres à tester et des mesures à effectuer pour chaque lot d’animaux. Un précédent projet pilote nous a permis de vérifier l’efficacité de nos vecteurs viraux à réduire spécifiquement la fabrication des connexines des cellules gliales dans la zone cérébrale d’intérêt. Il s’agit ici de déterminer l’impact fonctionnel de cette réduction. La procédure 1 mobilise deux lots de 8 animaux pour tester l’impact de la réduction des connexines sur les préférences alimentaires des souris. La mesure des préférences alimentaires entre un régime alimentaire standard et un régime riche en gras et en sucre nécessite un effectif de 8 animaux par lot, compte-tenu de la variabilité des mesures. Deux lots d’animaux sont à comparer dans cette procédure, l’un ayant été traité avec le vecteur viral permettant de réduire la fabrication des connexines, et l’autre avec un vecteur viral contrôle. L’effectif de 8 animaux par lot est également compatible avec les autres mesures prévues dans cette procédure 1 (comportement exploratoire des animaux, qui donne une mesure du niveau d’anxiété) et analyse post-mortem du nombre de cellules gliales ayant incorporé les vecteurs viraux). La procédure 2 mobilise 4 lots de 8 animaux pour tester l’impact de la réduction des connexines sur les réponses à un jeûne ou la réintroduction de nourriture après un jeûne : 2 vecteurs viraux (contrôle et ciblant la fabrication des connexines) x 2 statuts nutritionnels différents (à jeun pendant 24h et à jeun pendant 21h puis réalimenté pendant 3h). Les mesures à effectuer nécessitent 8 animaux par lot compte tenu de la variabilité des mesures (mesure de la consommation alimentaire des animaux renourris ; mesure post-mortem sur le tissu cérébral analyse de la morphologie des cellules gliales, cartographie des neurones activés). Cet effectif par lot est compatible avec les mesures préalables prévue dans la procédure 2 (suivi de la consommation alimentaire et analyse du métabolisme énergétique par mesure de la consommation d’oxygène et de la production de dioxyde de carbone).

Raffinement

Les expérimentations seront effectuées par un personnel compétent et entraîné. L’état clinique des animaux sera suivi quotidiennement et tout repérage d’un état anormal fera l’objet d’une quantification par une grille de score adaptée, assortie des points limites et points d’arrêt préétablis permettant une prise en charge adaptée. Les actes pouvant générer de la douleur seront réalisés sous analgésie et anesthésie. La chirurgie d’injection intracérébrale est réalisée sous analgésie morphinique pré-opératoire, anesthésie locale et anesthésie générale et analgésie post-opératoire. En période post-opératoire, un suivi renforcé est mis en place. Durant les deux premiers jours post-opératoires, une alimentation sous forme de gel enrichi est disposée en fond de cage pour limiter la déshydratation et la perte de poids et une analgésie est systématiquement administrée. La mise à mort sera réalisée sous analgésie préopératoire et anesthésie générale. Le recours à un système de calorimétrie indirecte s’inscrit dans une démarche de raffinement puisqu’il permet, en une seule étude et par des méthodes non invasives, la mesure de plusieurs paramètres relatifs au métabolisme énergétique. Les mesures sont effectuées simultanément sur un même animal pour faciliter les études de corrélations entre les différents paramètres mesurés. Avant les tests de réponse au jeûne, les animaux seront habitués à la manipulation et au retrait de la mangeoire (pendant 2h en phase diurne les trois jours précédant la mise à jeun de 24 h). Cette phase d’habituation a pour objectif de réduire l’angoisse animale, notamment causée par l’absence de nourriture en fond de cage et d’éviter, au cours de la phase de réalimentation, des fluctuations importantes de la prise alimentaire dû à la manipulation des animaux. Le maintien en hébergement individuel est nécessaire depuis la chirurgie d’injection intracérébral jusqu’à la fin des procédures. Pour limiter l’inconfort qui résulte de cet isolement, les cages transparentes pour rongeurs en polycarbonate sont disposées de façon à permettre des contacts visuels et olfactifs avec les congénères et un enrichissement plus varié est mis en place.

Choix des espèces

La souris est le meilleur modèle pour ces expériences puisque c’est le modèle le plus documenté dans la littérature. Des souris adultes à partir de 8 semaines seront utilisées. Les atlas stéréotaxiques se basent sur cet âge pour estimer les coordonnées stéréotaxiques des structures ciblées.

4 944 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une chirurgie de la tête provoque l'occlusion d'une artère cérébrale par injection de thrombine, suivie d'une IRM sous anesthésie et de tests comportementaux pendant deux semaines, puis d'une ouverture du thorax et d'une ponction cardiaque terminale, pour tester huit stratégies contre l'accident vasculaire cérébral à trois doses. Le porteur nomme les tests employés, neuroscore, force d'agrippement et retrait d'adhésif, et indique des déficits sensorimoteurs et des pertes d'équilibre possibles. Il affirme que la souris est le modèle de référence de l'AVC et qu'aucune méthode sans animaux n'apporterait le même niveau d'information.

Objectifs

L’objectif de ce projet est de tester huit stratégies thérapeutiques dont leurs mécanismes d’action est susceptible d’agir sur différentes phases de l’AVC : la phase aigüe (24h) pour limiter la lésion et la phase inflammatoire qui s’installe les jours suivants. L’effet de nos huit stratégies thérapeutiques seront évalués en utilisant un modèle d’AVC ischémique chez la souris par administration intrapéritonéale (i.p), par administration intra veineuse ou bien par voie orale (per-os), pour chaque traitement. Nous chercherons également à comparer l’effet de ces stratégies thérapeutiques à 3 doses différentes afin de déterminer laquelle permet d’obtenir une réduction du déficit moteur ainsi que du volume lésionnel.

Bénéfices attendus

L’accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique est une pathologie neurologique survenant après l’occlusion d’une artère irriguant le cerveau. Actuellement, la prise en charge des patients à la phase aigüe de l’infarctus cérébral est réalisée par l’injection intraveineuse de l’activateur tissulaire du plasminogène (tPA) associée ou non à la thrombectomie. Toutefois, seule une faible proportion des patients (

Procédures

Les animaux seront soumis à une chirurgie au niveau de la tête afin de pouvoir injecter de la murine alpha-thrombine, provoquant ainsi l’occlusion de l’artère cérébrale moyenne (ACM). Cet acte chirugical durera 20 minutes. La pose d’un cathéter en veine caudale sera nécessaire pour l’infusion des traitements. Une moyenne de 5 minutes est à prévoir pour cette pose. A J+1, ces mêmes animaux seront passés à l'IRM sous anesthésie générale pour une durée totale de 11 minutes et suiveront une série de test comportementaux s'étalant de J+1 à J+14 post AVC. Nous comptons un total de 10 minutes pour la prise du neuroscore, 25 à 30 minutes pour la réalisation du test de force d’agrippement puis 10 minutes pour la mise en place et la mesure de la sensibilité digitale par le test de retrait d’adhésif. Enfin, à la fin du projet, les animaux seront soumis à une laparo-thoracotomie pour accéder au coeur. Un prélèvement de sang par ponction cardiaque sera réalisé avant perfusion transcardiaque permettant la fixation du cerveau avant prélèvement. La durée de cette intervention sera comprise entre 10 et 15 minutes pour la perfusion puis 10 minutes minutes pour les différents prélèvements. Les procédures douloureuse (chirurgie, perfusion transcardiaque) seront réalisées sous anesthésie générale associée à une couverture analgésique.

Impact sur les animaux

Le modèle, par définition, reproduit les effets d’un AVC ischémique à savoir : déficit sensorimoteur et lésions cérébrales. Cela peut occasionnellement entraîner des pertes d’équilibres et une faiblesse musculaire des membres opposés à la lésion. Néanmoins, le modèle utilisé ici affecte une région du cerveau ne causant pas d’effets délétères sur le long terme : l’animal peut continuer à s’alimenter, s’abreuver ou encore se fabriquer un nid. Nous pouvons nous attendre à déceler sur certains animaux des signes de complications et de détresse postchirurgicales tels qu'une absence de réaction aux stimuli, une inactivité de l'animal dans sa cage ou encore une perte de poids suite à un arrêt de la prise alimentaire. Les situations précédemment citées définissent nos points limite à appliquer pour ce projet. Nous surveillerons à ce qu'ils ne soient pas dépassés. Aucune nuisances n'est attendues concernant l'administration des traitements, les test comportementaux ainsi que pour l'examen IRM.

Devenir

A la fin du projet, tous les animaux seront donc mis à mort permettant le prélèvement du cerveau post fixation pour analyse.

Remplacement

Ce projet correspond à l’étape de validation in vivo qui fait suite aux nombreuses validations réalisées in vitro, et ne nous permet pas d’utiliser d'autres moyens que de tester ces stratégies thérapeutiques chez l'animal. L’ensemble des connaissances et des acquis dont nous disposons dans la littérature font que la souris est un modèle préférentiel pour mener à bien ce projet. En effet, la souris est une des espèces animales la plus étudiée dans le domaine de l’AVC ischémique ce qui permettra une analyse comparative et critique des résultats obtenus. De plus, les procédures expérimentales ne peuvent pas être remplacées par d'autres méthodes alternatives pertinentes n'impliquant pas l'utilisation d'animaux vivants et susceptibles d'apporter le même niveau d'information.

Réduction

Les données de la littérature ainsi qu’une étude de puissance statistique en amont permettent de nous assurer que nous utiliserons le nombre minimal d'animaux pour pouvoir conclure d’un effet ou non de nos stratégies thérapeutiques. D’un point de vue statistique, nous avons déterminé que le nombre idéal d’animaux par groupe est de 15. En effet, ce nombre est reconnu pour réduire au maximum le nombre d’individus, tout en conservant la pertinence scientifique et la significativité statistique.

Raffinement

Les animaux sont hébergés dans des cages standards répondant aux normes européennes actuelles (Directive 2010/63/UE) et isolés de tous bruits extérieurs. Les souris seront en groupes sociaux avec plusieurs enrichissements (sizzle-dri kraft, alpha-dri et demi-sphère de cellulose), auront de la nourriture et de l’eau ad libitum pendant toute la durée du projet. Leur bien-être sera suivi bi-quotidiennement par du personnel qualifié 5j/7 et quotidiennement pendant les week-ends et jours fériés. Pendant les phases chirurgicales, chaque animal sera anesthésié et aura une couverture analgésique à base de buprénorphine administrée en sous-cutanée 15 minutes avant incision. L’anesthésie générale sera maintenue jusqu’au réveil. Une anesthésie locale de lidocaïne est appliquée (spray ou crème) dans les conduits auditifs. La température corporelle de l’animal est maintenue à 37.5 ± 0.5°C grâce à un système de couverture chauffante rétrocontrôlée, et une couverture isothermique sur son dos limite les pertes de chaleur. Chaque site d’incision de peau fait appel à une tonte préalable du pelage, puis à une désinfection à la Chlorexidine et enfin l’application d’une dose de lidocaïne en crème. Le choix de la technique de sutures se porte sur la méthode des points séparés, offrant une plus grande résistance que le surjet par exemple, et limitant le risque pour l’animal de rompre ses points et donc de déhiscence de la plaie. Lors de la phase de réveil, la concentration d’isoflurane et le débit de N2O sont ramenés à zéro, et le débit d’O2 est élevé à 1 L/min pour permettre une meilleure récupération post-opératoire. Les animaux seront placés dans une cage individuelle chauffée à 28°C pendant 2 heures avant d’être remis en cage par 5. Même si la surveillance des animaux s’effectuera en continue, elle sera accrue pendant les premières heures de réveil. Les critères d’arrêt de la douleur, de la souffrance et de l’angoisse seront pris en compte. Si en période postopératoire, nous constaterons un dépassement des points limites précédemment fixés, l’animal sera mis à mort par dislocation cervicale. Enfin, une surveillance stricte des souris sera réalisée pendant les jours suivants l’opération. Il pèsera chaque animal et veillera à ce que les points limites ne soient pas dépassés.

Choix des espèces

La souris (Mus musculus) est l’espèce animale qui a été la plus étudiée dans le domaine des neurosciences et notamment dans le cadre de développement de stratégies de thérapies pharmacologiques. L’ensemble des connaissances et des acquis dont nous disposons au laboratoire et dans la littérature rend cette espèce particulièrement intéressante pour étudier la protection, la perfusion cérébrale ainsi que le devenir des lésions induites par un AVC ischémique. Les animaux utilisés seront âgés de 10 semaines soit un poids de 35g pour les SWISS et de 25g pour les C57BL6J. Nous effectuerons notre modèle sur des adultes afin de pouvoir comparer les données de cette étude avec la majorité des données déjà disponibles sur les modèles d’AVC.

12 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque rat subit une chirurgie d'environ deux heures pour implanter une matrice d'électrodes sous le crâne, puis des enregistrements cérébraux hebdomadaires, des trains de stimulation électrique une semaine sur deux et des mesures de potentiels évoqués mensuelles, pour tester un implant biorésorbable destiné à se dégrader dans l'organisme. Le porteur indique une douleur postopératoire de 24 à 48 heures traitée par antalgiques et un stress à la nouveauté réduit par une habituation. Il affirme qu'aucun modèle in vitro ne convient car l'évaluation exige un "organisme complet", et retient le rat pour sa taille et sa proximité avec l'humain.

Objectifs

Actuellement, les dispositifs implantables utilisés pour l’enregistrement cérébral (électroencéphalographie corticale de surface : ECoG) pour, par exemple localiser un foyer chez les patients atteints d’épilepsie, doivent être retirés lors d’une seconde chirurgie pour limiter les réactions du système immunitaire ou le risque infectieux. Cependant, toute nouvelle chirurgie augmente les risques pour les patients et peut engendrer des complications. Afin de réduire ses aspects, en 2010, un premier dispositif électronique organique ayant la capacité de se dégrader au cours du temps après une période d’utilisation de l’ordre de 30 jours a été développé. L’objectif global du projet consiste à concevoir un dispositif basé sur de nouveaux matériaux (polymères) biocompatibles et biorésorbables, pour l’enregistrement et la stimulation des signaux cérébraux. Ce nouveau polymère conducteur est développé pour optimiser l’interface électrique entre le dispositif et les tissus biologiques et pour améliorer sa biorésorbabilité. Ces innovations offrent une très grande flexibilité et une très fine épaisseur à notre d’implant, permettant une meilleure adaptabilité de ce dernier dans l’organisme, en évitant de léser les tissus et en limitant une encapsulation qui induit une dégradation neuronale. Notre projet a pour but de développer un nouveau dispositif implantable, basé sur une matrice d’électrodes non lésionnelle pour enregistrer les signaux ECoG, afin de réaliser un suivi d’activités électrophysiologiques pendant une période de temps défini, puis permettre une élimination de ce dernier par l’organisme. Ces dispositifs peuvent être utilisés pour différentes applications comme la localisation pré chirurgicale des foyers épileptogéniques ou un suivi post opératoire de l’activité cérébrale. Des travaux de développement d’un nouveau polymère conducteur biorésorbable favorisant l’interface entre les tissus et l’électronique ont été réalisés. L’intégration de ce dernier au sein d’une matrice d’électrodes biorésorbables a été réalisée ainsi que des tests in vitro de biocompatibilité afin de permettre une implantation in vivo. Notre étude in vivo, vise à évaluer i) l’avantage de l’intégration de ce polymère au niveau de l’interface pour réaliser un suivi électrophysiologique sur plusieurs semaines ii) la bonne dégradation et l’assimilation par l’organisme de la matrice.

Bénéfices attendus

Le bénéfice majeur de notre projet sera de valider un dispositif d’enregistrement ECoG implantable et biodégradable. Ce nouveau type de dispositif permettrait : 1) de ne pas léser les tissus de par son épaisseur et sa flexibilité 2) de ne pas être encapsulé par l’organisme et donc de ne pas induire de dommage neuronal 3) de ne pas devoir retirer le dispositif, lors d’une seconde chirurgie qui est risques de complications et d’infection

Procédures

Les animaux seront soumis à une chirurgie qui sera réalisée sous anesthésie générale et analgésie sur une durée maximale estimée de 2 heures. Une fois par semaine, des mesures d’impédance de chacune des électrodes et l’enregistrement de signaux ECoG seront réalisés sur une durée de 30 min environ. En complément de ces mesures, une fois toutes les 2 semaines pendant 10 à 15 min, des trains de stimulation bipolaire seront appliquées au niveau de certaines électrodes pour évaluer la stabilité des électrodes et leurs influences sur la qualité du contact entre les tissus et l’électrode. Au préalable, les animaux auront eu une période d’habituation à la procédure d’enregistrement sur 1 semaine afin d’éviter l’anesthésie des animaux et assurer leurs bien-être. En revanche, si lors de cette période nous notons des comportements permanents stressants chez les animaux, une légère anesthésie gazeuse sera mise en place lors de la connexion de l’animal à l’appareil d’enregistrement et de stimulation afin de sécuriser les dispositifs implantés et d’assurer le bien-être des animaux. Une fois par mois une mesure de potentiel évoqué sera effectuée. Pour cela un potentiel évoqué visuel (PEV) ou un potentiel évoqué somesthésique (PES) sera induit et un enregistrement des signaux ECoG de chacune des électrodes sera réalisé en parallèle. La durée totale de chaque test est de respectivement 2 à 3 minutes et 150 secondes. Tout est mis en œuvre par les expérimentateurs pour limiter la douleur de l’animal.

Impact sur les animaux

Bien que tout soit fait par les expérimentateurs pour limiter les effets indésirables et l’inconfort des animaux, certains sont prévus et des méthodes pour les atténuer seront mises en place : Stress de l’animal face à la nouveauté, qui est réduit puis éteint grâce à l’habituation. Douleur transitoire post opératoire de 24 à 48h, traitée par l’injection d’antalgiques.

Devenir

Tous les animaux de cette procédure sont concernés, soit 12 rats au maximum. Les animaux seront euthanasiés selon un protocole autorisé et approprié, afin de prélever les pièces anatomiques pour analyses histologiques et/ou protéomiques pour compléter scientifiquement l’étude.

Remplacement

Il n’existe pas de modèle non biologique ou in vitro permettant de réaliser ces travaux sans perte d’informations scientifiques. Nous devons réaliser des enregistrements ECoG, valider le fonctionnement des électrodes et évaluer en parallèle la biodégradabilité du dispositif. Ce qui nécessite un organisme complet et complexe sur le plan biologique

Réduction

Les résultats attendus ne pouvant être quantifiables numériquement, un test statistique ne peut être utilisé pour déterminer le nombre d’animaux. Le nombre total d’animaux a été réduit de 50% en réalisant l’implantation sur un seul hémisphère, permettant que chaque animal soit son propre contrôle et ainsi ne pas utiliser d’animaux pour constituer un groupe contrôle. Le nombre d’animaux pourra être aussi encore être réduit jusqu’à 50% dans la procédure si l’effet attendu est suffisamment important pour obtenir des résultats statistiquement fiables avec la première moitié d’animaux ou si les données se révèlent non pertinentes (arrêt alors des expérimentations).

Raffinement

Les rats seront hébergés à l’animalerie en groupes sociaux, dans un environnement enrichi adapté à leur espèce. De plus, tous les enregistrements réalisés sur les animaux sont indolores et seront effectuées par des personnes expérimentées et formées. Les animaux seront entrainés et habitués à la manipulation et aux conditions d’expérimentation, afin d’assurer leur bien-être. Lors de la chirurgie sous anesthésie générale et analgésie, les rats seront placés sur un tapis chauffant pour maintenir leur température et un gel ophtalmique sera appliqué pour éviter leur inconfort. Des soins post opératoires adéquates seront adaptés pour chaque animal. L’état de santé des animaux sera surveillé tout au long de l’expérience et tout sera mis en œuvre pour que les animaux aient un niveau d’inconfort aussi limité que possible. En cas d’effets inattendus, de perte importante de poids ou d’observation d’un phénomène douloureux, le vétérinaire en charge du bien-être des animaux sera immédiatement alerté afin de mettre en œuvre des traitements appropriés ou de décider de l’interruption de l’expérimentation.

Choix des espèces

Compte tenu des objectifs de l’étude, les expériences peuvent être réalisées chez le rongeur. Du fait de sa taille et de sa proximité phylogénétique avec l’Homme, nous utiliserons le rat. Ce projet nécessite de travailler avec des animaux adultes afin que les résultats obtenus ne soient pas biaisés par d’éventuels processus développementaux.

424 souris vont être utilisées, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, puis gardées en vie pour de futures expériences. Chaque souris reçoit une puce RFID implantée sous la peau par une courte chirurgie sous anesthésie, avant un suivi comportemental automatisé en groupes de quatre pendant un à trois jours, par caméra de profondeur et apprentissage automatique. Le porteur indique que les animaux seront réutilisés ensuite pour de l'électrophysiologie, de la biochimie et de l'anatomie, procédures qui supposent leur mise à mort. Il affirme qu'aucune méthode alternative ne permet d'analyser le comportement d'un organisme dans son environnement social.

Objectifs

Les études de neuroscience utilisent des modèles animaux pour étudier l'impact de facteurs environnementaux ou de mutations génétiques sur des traits complexes tels que la prise de décision et les interactions sociales. Nous voulons implanter une méthode d'analyse en temps réel du comportement de souris hébergées par groupes de quatre au maximum sur plusieurs jours et dans des environnements enrichis. Cette méthode combine la vision par ordinateur grâce à une caméra infrarouge à détection de profondeur, l'apprentissage automatique pour l'identification des animaux et des postures, et l'identification par radiofréquence pour contrôler la qualité du suivi des souris. Elle suit plusieurs souris avec précision, extrait une liste de traits comportementaux des individus et des groupes de souris, et fournit un profil phénotypique pour chaque animal.

Bénéfices attendus

Les souris présentent une organisation et un développement des réseaux cérébraux similaire à celle décrite chez l'homme. Les souris sont des animaux couramment utilisés en neuroscience rendant nos résultats pertinents pour une large communauté scientifique. Les souris ont un riche répertoire comportemental ; notamment en ce qui concerne l’interaction social. Il n’existe pas de méthodes alternatives à l’analyse du comportement animal, permettant d’appréhender l’ensemble d’un organisme au sein de son environnement social. À ce jour, il reste donc encore indispensable d’utiliser des modèles animaux (en l’occurrence les souris des deux sexes) pour générer des connaissances valides en recherche fondamentale, dans le domaine du comportement social. Ainsi les bénéfices attendus du rpjet

Procédures

Afin d'analysee en temps réel du comportement de souris hébergées par groupes de quatre au maximum sur plusieurs jours et dans des environnements enrichis, tout les animaux sont implanaté en sous-cutannée par une puces RFID permettant l'identification par radiofréquence pour contrôler la qualité du suivi des souris. Donc toutes les souris seront soumises à une courte chirurgie sous anesthésie. Pour effectuer le suivi comportemental automatisée et sans manipulation de plusieurs souris avec précision et créer un profil phénotypique pour chaque animal, toutes les souris seront hébergées dans le système LMT par groupe de 4, sans manipulation pendant 1 à 3 jours. Au terme de la cession expérimentale les souris seront replacées dans leur cage habituelles, dans changer les groupe social. Les nuisances attendues ont pour origine la courte chirurgie (sous anesthésie) nécessaire à l'implantation, sous-cutanée des puces RFID. Compte-tenu de la brieveté de l'intervention et des soins post-op (analgésie cutanée et surveillance des souris), peu d'effets indésirables sont à craindre.

Impact sur les animaux

Les nuisances attendues ont pour origine la courte chirurgie (sous anesthésie) nécessaire à l'implantation, sous-cutanée des puces RFID. Compte-tenu de la brieveté de l'intervention et des soins post-op (analgésie cutanée et surveillance des souris), peu d'effets indésirables sont à craindre.

Devenir

A la fin de la procédure tous les animaux (424) sont gardés en vie, dans leurs cages habituelles. Ils pourront être réutilisés ultérieurement pour des expériences d'électrophysiologie, de biochimie et d'anatomie afin de réduire le nombre d'animaux expérimentaux utilisés par l'équipe

Remplacement

Les souris présentent une organisation des réseaux cérébraux similaire à celle décrite chez l'homme. Les souris sont des animaux couramment utilisés en neuroscience rendant nos résultats pertinents pour une large communauté scientifique. Il existe également de très nombreux modèles souris génétiquement modifiés qui modélisent de manière adéquate les pathologies neuropsychiatriques que nous étudions.

Réduction

Réduire, Raffiner : Mâles et femelles pour rendre compte au mieux des différences entre les deux sexes et limiter le nombre d’animaux utilisés. Outre l’intérêt scientifique et translationnelle de l’étude des animaux des deux sexes, la communauté européenne recommande et le NIH impose l’étude des deux sexes. C’est également un moyen de raffiner nos expériences et de réduire le nombre d’animaux. Si aucune différence statistique n’est observée entre mâles et femelles les deux sexes seront regroupés et le nombre d’animaux utilisé réduit. De plus la méthode LMT est validée chez les souris, les articles publiés avec ce modèle ont utilisé les souris : l’existence de données publiées permettra de limiter les animaux nécessaires et nos résultats seront partagés sur la data base souris LMT.

Raffinement

Réduire, Raffiner : Mâles et femelles pour rendre compte au mieux des différences entre les deux sexes et limiter le nombre d’animaux utilisés. Outre l’intérêt scientifique et translationnelle de l’étude des animaux des deux sexes, la communauté européenne recommande et le NIH impose l’étude des deux sexes. C’est également un moyen de raffiner nos expériences et de réduire le nombre d’animaux. Si aucune différence statistique n’est observée entre mâles et femelles les deux sexes seront regroupés et le nombre d’animaux utilisé réduit. De plus la méthode LMT est validée chez les souris, les articles publiés avec ce modèle ont utilisé les souris : l’existence de données publiées permettra de limiter les animaux nécessaires et nos résultats seront partagés sur la data base souris LMT.

Choix des espèces

Les souris présentent une organisation des réseaux cérébraux similaire à celle décrite chez l'homme. Les souris sont des animaux couramment utilisés en neuroscience rendant nos résultats pertinents pour une large communauté scientifique. Il existe également de très nombreux modèles souris génétiquement modifiés qui modélisent de manière adéquate les pathologies neuropsychiatriques que nous étudions. Les implantataions de puces RFID auront lieu au moins une semaine avant la première période d'enregistrement. Ainsi les implantations eront réalisées entre P25 et P28. La première session d'enregistrement de 5 jours sera effectuée entre P35 et P40, la seconde session d'enregistrement de 5 jours sera effectuée à P100, au stade adulte.

7 200 larves de poissons zèbres vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent un régime enrichi en graisse pendant huit jours puis une exposition à des polluants, benzo[a]pyrène ou pyrène, pendant sept jours, pour reproduire une maladie du foie gras et ses atteintes cérébrales. Le porteur décrit une nage plus faible ou anarchique comme effet attendu et renvoie au conditionnel un éventuel intérêt chez l'Homme. Il présente le poisson zèbre comme une alternative au modèle rongeur tout en jugeant l'expérimentation animale "indispensable".

Objectifs

Les maladies non-alcooliques du foie (i.e. NAFLD: non-alcoholic fatty liver disease) sont devenues une priorité de santé publique à cause de leur prévalence grandissante (25% de la population générale et plus 70% des personnes obèses). Elles débutent avec la stéatose hépatique (foie gras), stade bénin, qui peut progresser vers la stéatohépatite ou NASH (non-alcoholic steatohepatitis), propice au développement des cirrhoses et cancers du foie et qui peut avoir des répercussions au niveau du cerveau avec le développement d'encéphalopathies. Bien que les causes/mécanismes de cette progression pathologique restent à clarifier, l’exposition aux polluants environnementaux comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) est identifiée comme un facteur de risque. L’un de mécanismes suspectés fait intervenir les vésicules extracellulaires comme un moyen de communication crucial participant aux échanges entre le foie et le cerveau et favorisant la progression de ces maladies et l’apparition de dommages aux niveaux de ces organes. Il apparait donc important d’évaluer le rôle de ces vésicules dans ce contexte de NAFLD et d’exposition aux HAPs et en particulier sur les dommages hépatiques et cérébraux. Etant donné la nature complexe de ces pathologies qui dépendent des interactions étroites entre différents organes, dont le foie et le cerveau, et différents types cellulaires, il est indispensable d’avoir une approche intégrative uniquement retrouvée dans les modèles in vivo. Ainsi, nous mettrons en place une approche expérimentale sur un modèle de poisson-zèbre afin de comprendre le rôle des vésicules extracellulaires dans la progression des NAFLD induite par une exposition aux HAPs.

Bénéfices attendus

Cette phase d'expérimentation in vivo devrait permettre de confirmer le rôle des vésicules extracellulaires dans les effets néfastes d'une exposition à un polluant de l'environnement (benzo[a]pyrène ou pyrène) dans les maladies du foie et les dommages cérébraux associés. En outre, l'étude des potentiels effets protecteurs de molécules capables de réduire la production ou la capture de ces vésicules dans le cadre de ces pathologies pourra être une preuve de concept pertinente et permettre d'envisager d'autres études pour une éventuelle utilisation chez l'Homme.

Procédures

Alimentation avec un régime enrichi en graisse (8 jours) Exposition à des polluants de l'environnement (7 jours)

Impact sur les animaux

L'objectif de ce projet est d'étudier l'apparition et la progression de pathologies hépatiques avec des complications au niveau du cerveau. On s'attend donc à un impact sur la santé des poissons : développement d'une steatohépatite et peut-être le développement des premiers signes d'une encéphalopathie hépatique. Cependant cet impact restera modèré puisque qu'à ce stade de maladie, aucun signe de souffrance ne devrait se manifester mais il se pourrait que le comportempent des poissons soit légèrement altéré (nage plus faible ou anarchique; recherche alimenataire plus lente).

Devenir

A l'issue de la procédure, tous les animaux seront euthanasiés afin d'obtenir suffisamment d'échantillons biologiques pour réaliser les expériences envisagées et garantir au maximum l'obtention de résultats significatifs.

Remplacement

Le recours à l’expérimentation animale est indispensable à l’atteinte des objectifs du projet (3R : Remplacement) puisqu’il s’agit d’étudier le rôle des vésicules extracellulaires, un moyen de communication entre cellules et organes et qui circulent dans le sang. En particulier, l’un des objectifs de ce projet est d’évaluer si des vésicules émises par le foie peuvent induire des dommages au niveau du cerveau. Dans ce contexte, seul l’utilisation de modèles animaux permet d’appréhender la complexité de ces relations entre cellules et organes. Toutefois, l’utilisation du modèle poisson-zèbre reste une alternative au modèle rongeur dans le contexte de l’étude du rôle des vésicules extracellulaires dans les effets délétères des NAFLD.

Réduction

Les plans d’expérimentations ont été réalisés de manière à réduire au maximum le nombre d’animaux utilisés en vue de l’obtention de résultats significatifs et d’éviter les réplicats inutiles. En effet, de par l’expérience que nous avons de ce modèle et des expériences que nous voulons réaliser, nous avons pu déterminer le nombre minimal d’animaux à utiliser pour obtenir des résultats significatifs et reproductibles malgré la variabilité liée à l’expérimentation animale.

Raffinement

Les études seront conduites dans le respect des normes les plus strictes en matière de soins des animaux et d’évaluation de la souffrance animale (suivi d’une grille d’évaluation de la souffrance adaptée au modèle). Les animaux seront maintenus dans des installations modernes et agréées pour assurer un confort maximal aux animaux (qualité de l’eau, accès à la nourriture, température, cycle jour/nuit, nombre de poisson par bac…). Si une souffrance excessive venait à être détectée, quelle qu’en soit la cause (hébergement, manipulation, impact des traitements), les expérimentations concernées seront arrêtées et les procédures seront révisées (modifications des conditions d’hébergement, réduction des doses d’exposition aux agents toxiques…). Tout le personnel impliqué dans le travail des animaux a suivi une formation conformément aux réglementations institutionnelles et aux lois nationales relatives à la protection des droits des animaux.

Choix des espèces

Ce projet vise à évaluer l’impact des HAP sur l’appartion et la progression des NAFLD (maladies du foie allant de la stéatose vers un état pathologique, la stéatohépatite et qui peut se traduire également par complication au niveau cérébral). Le modèle de poisson zèbre se positionne comme un modèle d’étude intermédiaire entre les modèles in vitro et les modèles murins et ainsi à l’avenir limiter l’utilisation de ces modèles mammifères. Le modèle zebrafish possède, en effet, de nombreux atouts : une grande similitude physio-pathologique avec l’Homme notamment concernant le foie et les NAFLD (types cellulaires et métabolisme) mais également au niveau de la neurotoxicité ; une grande sensibilité dans la réponse aux agents hépatotoxiques et aux perturbateurs endocriniens ainsi que des avantages méthodologiques (transparence des larves permettant l’observation directe d’organes internes). Les animaux seront utilisés, après éclosion, au stade larvaire entre 4 et 12 jours post-fertilisation. En effet, à partir du 4ème jour, les larves présentent un foie fonctionnel et sont capables de se nourrir de l’alimentation apportée : 2 éléments essentiels à ce projet. D’autre part, de nombreuses études ont montré qu’à cet âge, les larves de poisson-zèbre pouvaient être utilisées comme modèle pour tester la toxicité d’agents chimiques au niveau du foie ou étudier le développement des NAFLD (induite par l’alimentation notamment) mais également pour évaluer la neurotoxicité de différents traitements.