Système nerveux

20 000 souris et rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils reçoivent des molécules à tester en administration unique ou répétée jusqu'à quinze jours, puis sont tués dans les quatre heures pour prélever des structures cérébrales et en mesurer les neuromédiateurs. Le porteur indique que les composés peuvent provoquer prostration, hyperlocomotion, perte de poids, stéréotypies, agressivité voire convulsions, auquel cas les animaux sont écartés et tués. Il justifie le recours au rongeur par la "nécessité" d'un système nerveux "intègre" pour évaluer les molécules.

Objectifs

La communication entre les différentes cellules du système nerveux central s’effectue via la libération de molécules, des neuromédiateurs, se liant à des récepteurs localisés sur les cellules cibles. Les nouveaux composés à tester, agissent sur ce système de transmission entre cellules nerveuses en activant ou inhibant la libération de neurotransmetteurs, en activant ou bloquant les récepteurs cibles. Afin de connaitre l’action de nos nouveaux composés sur l’activité de ces systèmes neurochimiques nous avons besoin d’évaluer les contenus en neuromédiateurs (dopamine, noradrénaline, acétylcholine, histamine…) et leurs métabolites (molécules résultant de leur dégradation) dans le cerveau ou des zones particulières du cerveau (hippocampe, hypothalamus, striatum, cortex…) de rongeurs. Pour ce faire nous avons besoin d’administrer nos composés à des rongeurs afin d’observer leurs effets sur les contenus en différents neuromédiateurs cérébraux.

Bénéfices attendus

La technique de neurochimie va permettre d'orienter la recherche de nouvelles molécules à visée thérapeutique - en permettant de vérifier leurs actions positives sur des systèmes neurochimiques connus pour être défaillants dans certaines pathologies psychiatriques (trouble du sommeil, dépression, anxiété, schizophrénie...). - au contraire en vérifiant leur absence d'effet délétère sur certains systèmes neurochimiques pouvant être impliqués dans des effets indésirables (addiction, hypolocomotion...). - en aidant la chimie médicinale à déterminer les familles de molécules ayant le plus d'activité sur un système neurochimique ciblé et à optimiser le(s) composé(s).

Procédures

Les animaux vont recevoir une administration aigüe ou chronique (maximum 15 jours, deux fois par jour) de molécules à tester. La mise à mort se fera au maximum 4 h après la dernière administration de composé.

Impact sur les animaux

Les nuisances attendues lors de ce protocole sont celles liées à l'administration du produit à tester et à son éventuelle toxicité. Les nouvelles molécules ont déjà passé une batterie de tests in vitro qui permet de sélectionner les molécules les plus sélectives et sans effet sur certaines cibles pouvant être à l'origine d'effet non désiré. Les effets indésirables liés aux produits testés pourront être une prostration ou une hyperlocomotion, une perte de poids (si traitement chronique), des stéréotypies, de l'agressivité voir des convulsions. Si ces signes sont détectés, les animaux sont écartés de l'expérimentation et euthanasiés.

Devenir

L'euthanasie des animaux est nécessaire afin de prélever les différentes structures centrales d'intérêt.

Remplacement

L’utilisation de souris ou de rats pour les mesures de neurochimie est justifiée par la nécessité de pouvoir déterminer les effets de nouvelles molécules sur un système nerveux intègre. En effet, le fonctionnement neurochimique du cerveau est particulièrement complexe avec de nombreuses interactions entre les différents systèmes neurochimiques des différentes régions du cerveau.

Réduction

Les tests de plusieurs molécules pourront être groupés afin de n'utiliser qu'un seul groupe témoin et le cas échéant un groupe testant les effets de molécule(s) de référence. Une prise en compte des données de pharmacocinétique dans le choix de doses et le(s) temps d'euthanasie post administration sera effectuée. Les résultats seront analysés à l'aide de tests statistiques adaptés.

Raffinement

L'euthanasie des animaux est réalisée dans une pièce séparée de la pièce de traitement afin de minimiser le stress pour les animaux en attente. Lors du change des animaux (une fois par semaine) une feuille de Suivi Bien-Être Animal est remplie en fonction d’une grille de 30 critères. Si nous constatons une déviation concernant au moins 3 critères sans qu’une action puisse corriger ces déviations, alors l’euthanasie de l’animal est envisagée. Ces grilles de critères bien-être animal sont archivées. Dans le cas d'une expérimentation chronique, en plus de la surveillance continue pendant 1h30 post-traitement, une fiche de suivi journalier est mise en place : tout signe de mal être (prostration, poils hérissés, perte de poids supérieure à 15% dans le cas des traitements chroniques, convulsions) entraînera l'exclusion de l'animal du protocole et son euthanasie (par exposition à une concentration croissante de CO2).

Choix des espèces

- La taille adéquat de l’animal : les rats et les souris présentent une taille suffisante pour permettre des microdissections de structures déterminées du cerveau. - Le rat et la souris sont déjà largement caractérisés d’un point de vue comportemental et neurochimique et ils ont un système nerveux suffisamment évolué pour extrapoler à l’homme certains résultats. De plus, la neuroanatomie est particulièrement bien détaillée et documentée chez le rat et la souris. Les études de neurochimie pourront être menées aussi bien sur de jeunes animaux sevrés que sur des animaux adultes en fonction des objectifs.

168 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles subissent une chirurgie cérébrale sous anesthésie permettant de manipuler des sites d'action de la nicotine, puis une évaluation comportementale de la balance entre effets appétitifs et aversifs, avant mise à mort. Le porteur limite les effets indésirables déclarés à l'inconfort lié à la chirurgie. Il justifie le recours à la souris par l'interdiction de ces techniques invasives chez l'humain et l'absence de modélisation, et revendique un intérêt "fondamental" pour comprendre la dépendance au tabac.

Objectifs

La nicotine est le composé du tabac responsable de la dépendance qui est observée chez près de 40% des fumeurs. La nicotine agit de façon complexe sur le cerveau, pouvant être appétitive ou aversive selon les doses et les individus. Il est considéré que cette balance entre effets appétitifs et aversifs joue un rôle important dans le fait de continuer à fumer ou non après les premières cigarettes. Ce projet scientifique a pour but d’étudier les mécanismes cérébraux de la balance entre effets appétitifs et aversifs de la nicotine. Nos travaux récents indiquent que la balance appétence/aversion dépendrait d’un équilibre entre l’action de la nicotine sur deux structures cérébrales distinctes. Nous manipulerons des sites d’action spécifiques de la nicotine dans ces structures cérébrales et évaluerons la balance appétence/aversion au travers du comportement chez la souris.

Bénéfices attendus

Ces expériences produiront des connaissances uniques sur les mécanismes cérébraux qui sous-tendent la balance entre effets récompensants et effets aversifs de la nicotine. Comprendre cette balance et être en mesure de la modifier est d’un intérêt fondamental pour une meilleure compréhension de la vulnérabilité à développer et maintenir une consommation de tabac. Cette compréhension est aussi d’intérêt thérapeutique dans le cadre de la dépendance au tabac ainsi que pour le raffinement de l’usage thérapeutique de la nicotine elle-même.

Procédures

Tous les animaux seront soumis à une procédure chirurgicale sous anesthésie gazeuse et sous analgésique.

Impact sur les animaux

Les effets indésirables sont l'inconfort associé à la chirurgie dans des conditions où toutes les mesures sont prises pour réduire douleur et risque d’infections (aseptie, anesthésie, analgésie anti-inflammatoire, suivi post-opératoire).

Devenir

Les animaux ne peuvent pas être impliqués dans de nouvelles procédures et sont euthanasiés au moyen d’une procédure réglementaire réalisée exclusivement par une personne experte.

Remplacement

Les procédures décrites ont recours exclusivement à la souris de laboratoire pour les raisons suivantes : 1. Il est interdit de mettre en œuvre chez l’homme des techniques neurobiologiques invasives telles que celles décrites ici et qui permettent d’établir des liens de causalité tels que ceux que nous cherchons à tester, 2. Il n’existe pas encore de modélisation mathématique des processus psychopharmacologiques dont nous cherchons à comprendre les mécanismes biologiques, 3) nous étudions comment l’intégration des effets appétitifs et aversifs de la nicotine affecte la prise de nicotine. Cette balance entre appétence et aversion, et son intégration comportementale, ne peuvent être observées et étudiées sur des lignées cellulaires ou tout autre modèle ex vivo.

Réduction

L'utilisation d'un trop grand nombre d'animaux est contraire à l'éthique, mais si trop peu d'animaux sont utilisés, l'expérience peut manquer de puissance statistique et se révélée vaine donc non éthique. Nos effectifs sont déterminés et nos résultats analysés avec des tests statistiques adaptés.

Raffinement

Le confort de l’animal est noté quotidiennement au moyen d’une grille d’évaluation. Un soin particulier est porté à la formation des expérimentateurs pour une manipulation adaptée des animaux. Les soignants qui s’occupent de nos animaux sont encadrés par, ou sont eux-mêmes, des personnels diplômés soigneurs animaliers. Les animaux sont hébergés en cycle inversé (obscurité : 7h-19h). Les expériences se déroulent donc quand les animaux sont actifs (phase nocturne) et leur sommeil est ainsi respecté. Les animaux sont pris en main de façon appropriée [jamais par la queue, les pattes reposant sur un support (bras, main…) pour éviter la sensation du vide], 2 fois par semaine (habituation) puis quotidiennement pour une familiarisation optimale avec l’expérimentateur. Pour enrichir l’environnement, des carrés de cellulose, permettant la confection de nids, sont placés dans chaque cage d'habitation et renouvelés systématiquement lors du change. Les paramètres environnementaux des pièces d’hébergement et d’expérience sont contrôlés en permanence. Les chirurgies sont réalisées sous anesthésie gazeuse, sous analgésique et sur couverture chauffante.

Choix des espèces

Compte tenu des questions que nous posons, il est nécessaire d’utiliser une espèce mammifère dont le développement des réseaux neuronaux permet l’expression d’un comportement aussi complexe que la prise de drogue. Or il a été montré un continuum entre les mécanismes psychologiques et biologiques des processus de récompense entre le rongeur et l’homme, et ces processus sont à la base du comportement que nous étudions. Les outils de chémogénétique nécessaires au test des hypothèses que nous formulons ont été développés chez la souris. Les souris utilisées seront agées de 10 semaines à leur arrivée. Il s’agit de souris jeunes adultes. Cette période du développement correspond à la période de vulnérabilité à la nicotine. Par ailleurs, la plasticité vasculaire diminue chez les souris dès 4-5 mois faisant courir un risque lors de la chirurgie vasculaire.

187 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacune subit sous anesthésie une injection de vecteur viral dans le cerveau et l'implantation d'une fibre optique, opération d'une à deux heures, puis des séances de stimulation par ultrasons, avant mise à mort pour analyse du cerveau. Le porteur décrit la chirurgie comme d'impact "modéré et limité dans le temps" et la stimulation comme "indolore et non invasive". Il affirme qu'aucune méthode alternative in vitro n'est disponible, l'étude du comportement reposant sur l'animal vivant.

Objectifs

Ce projet porte sur la neurostimulation ultrasonore. Cette technique permet théoriquement d’activer des zones du cerveau à travers le crâne de manière indolore et non invasive, offrant donc un espoir pour de nouvelles thérapies pour certains troubles neuropsychiatriques sévères. L’objectif de ce projet sera de caractériser les paramètres physiques et expérimentaux permettant une neurostimulation fiable et optimale de plusieurs zones du cerveau qui sont connues pour jouer un rôle important dans ces troubles. Cette caractérisation sera réalisée chez la souris avec une méthode de photométrie par fibre. Celle-ci permet de visualiser l’activité neuronale par imagerie chez la souris, laquelle sera soumise à différents types d’émissions d’ondes ultrasonores. La mesure de l’activité des neurones sera permise par (1) l’expression d’un gène spécial (dont la protéine dégage de la fluorescence en fonction de l’activité des neurones) qui devra être injecté (= transfecté) dans la zone du cerveau que l’on souhaite stimuler et imager, et (2) par une canule optique implantée dans la zone cérébrale dont on veut suivre l’activité neuronale, laquelle pourra être reliée par fibre optique à l’appareil de photométrie lors des mesures et des stimulations ultrasonores transcrâniennes. Le projet comprendra 2 phases : (1) une phase de développement permettant de déterminer l’expression optimale du gène transfecté pour des zone du cerveau superficiel ou profond (40 souris maximum). (2) une phase de caractérisation des effets de neurostimulation par les ultrasons dans différentes zones cibles en fonction des différents paramètres physiques et expérimentaux suivants : fréquence (2 niveaux 0.5 et 1.5 MHz), pression acoustique (10 niveaux de 0 à 500 kPa), distance de la cible (3 niveaux : rayon de 0 – 0.5 – 1 cm), niveau d’anesthésie (3 niveaux de 0.5% – 1% – 1.5% d’isoflurane). La deuxième phase nécessitera 21 souris par zone sur les 7 zones cibles donc un total de 147 souris.

Bénéfices attendus

Ce projet pourra permettre de caractériser les paramètres optimaux de neurostimulation par ultrasons. Ceci est essentiel pour une meilleure évaluation des potentialités thérapeutiques de cette méthode pour de nombreux troubles neuropsychiatriques (comme l’autisme, la dépression et les troubles anxieux)

Procédures

Comme indiqué dans les procédures, tous les animaux (phase 1 et phase 2) seront soumis à une injection de vecteur de transfection et à une implantation de fibre optique sous anesthésie générale (isoflurane), ces interventions durant environ 60 à 120 min. Les animaux des phases 1 et 2 (187 souris maximum) suivront cette procédure (chaque souris subira une seule injection et une seule implantation). Un suivi post-opératoire sera réalisé consistant à un monitoring du poids, de l’alimentation, et de l’observation du comportement en cage accompagné d’un traitement analgésique pendant 3 jours (metacam). Lors de la phase 2, la réalisation des stimulations ultrasonores transcrânienne sera réalisé à la suite d’anesthésie générale gazeuse afin d’installer les animaux dans le dispositif sans stress et de placer le transducteur qui délivre les ondes ultrasonores de manière précise. Cette intervention est néanmoins indolore et non-invasive.

Impact sur les animaux

La chirurgie permettant l’injection du vecteur viral puis l’implantation de la fibre optique pour la photométrie a un impact modéré et limité dans le temps (quelques heures ou jours) sur le bien-être animal, les animaux récupérant rapidement de ce type de chirurgie, et l’encombrement et le poids de l’implant (canule, et fibre pendant les enregistrements) étant très faibles (< 0,1 g) : de nombreux laboratoires ont déjà utilisé ce type d’approche sur l’animal mobile et éveillé sans impact majeur sur le bien-être. La stimulation ultrasonore transcrânienne est une approche non invasive et indolore. L’animal sera installé sur le dispositif (permettant de calculer des coordonnées stéréotaxiques) et testé lors de chaque session à la suite d’une anesthésie gazeuse, limitant ainsi tout stress de manipulation et associé à l’installation dans le dispositif.

Devenir

Procédure 1 : Tous les animaux sont euthanasiés à l’issue de cette procédure Procédure 2 : Tous les animaux sont euthanasiés à l’issue de cette procédure. Lors des 2 procédures, cette étape de mise à mort est nécessaire pour la caractérisation histologique de l’expression du transgène et du placement des canules optiques.

Remplacement

Aucune méthode alternative in vitro n’est disponible à ce jour pour répondre à la problématique posée. Le stress chez l’animal, comme modèle de pathologie psychiatrique humaine, repose sur l’observation du comportement de l’animal vivant. L’étude de la réponse cérébrale et comportementale à la stimulation ultrasonore transcrânienne nécessite l’utilisation d’animaux.

Réduction

Les effectifs ont été calculés afin de permettre une réduction des effectifs optimisée permettant de suivre les recommandations éthiques en maintenant une puissance statistique d’au moins 0.8 pour une taille d’effet f de Cohen égale à 0.25 à un seuil de significativité de 0.05.

Raffinement

Les conditions d’élevage des animaux seront optimales au regard des normes en vigueur avec enrichissement du milieu (cabanes plexiglass et cartons, tubes). Les animaux recevront un traitement analgésique (Buprecare, Metacam) avant, juste après et 24 à 48h suivant l’intervention, puis si nécessaire un traitement antibiotique. Chaque animal est placé sur un matelas chauffant pour éviter toute hypothermie. Les cornées sont protégées de la déshydratation. L’anesthésie gazeuse est ici privilégiée pour mieux contrôler la profondeur d’anesthésie et pour une meilleure récupération post-opératoire. Une surveillance post-opératoire d’une semaine est réalisée pour suivre chaque souris et intervenir si nécessaire.

Choix des espèces

Aucune méthode alternative in vitro n’est disponible à ce jour pour répondre à la problématique posée. Le stress chez l’animal, comme modèle de pathologie psychiatrique humaine, repose sur l’observation du comportement de l’animal vivant. L’étude de la réponse cérébrale et comportementale à la stimulation ultrasonore transcrânienne nécessite l’utilisation d’animaux. Les animaux seront adultes (âgés d’environ 8 semaines ou plus) au début de l’étude. Justification : il s’agit de comprendre ces phénomènes dans un cerveau adulte (8 semaines correspondant au début de l’âge adulte chez la souris.

60 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Nouveau-nées, une partie est exposée huit jours à une hypoxie sévère (10 % d'oxygène, équivalent à 4 500 mètres) pour reproduire la grande prématurité, reçoit une injection de 4-hydroxytamoxifène, puis à l'âge adulte une implantation d'électrodes cérébrales et une privation de sommeil paradoxal de 48 heures, avant mise à mort et analyse du cerveau. Le porteur indique que la chirurgie a un effet négatif modéré et peut provoquer des irritations autour de l'implant. Il affirme que l'analyse in vivo reste "incontournable" et que la souris est "nécessaire" faute de modèle reproductible in vitro.

Objectifs

La période postnatale correspond à la période critique au cours de laquelle l’environnement façonnent et affinent les neurones contrôlant nos comportements et notre cognition. Des perturbations induites durant cette période peuvent avoir des conséquences dramatiques et persistantes sur le fonctionnement du cerveau. Cette situation se retrouve chez les bébés en prématurité. Il est possible de reproduire la plupart des déficits observés chez les bébés grand-prématurés à travers un modèle rongeur classique dit d’hypoxie chronique. Des études récentes suggèrent une perturbation des réseaux de neurones dans ce modèle animal, qui sont profondes et persistantes. Il est probable que ces perturbations soient responsables de déficits cognitifs variés, incluant des troubles du sommeil. Dans ce contexte, notre projet vise à évaluer la perturbation du sommeil dans un modèle souris d’hypoxie chronique, et de caractériser les perturbations du développement et de l’activité des réseaux neuronaux sous-jacents

Bénéfices attendus

La prématurité touche entre 50 000 et 60 000 naissances par an et est en hausse sur ces dernières années. Comprendre ses effets à long terme c’est permettre de mieux le traiter à terme. Ainsi à travers notre projet nous pourrons évaluer : - l’effet de l’hypoxie sur l’activité neuronale global chez le nouveau-né -l’évolution de cette activité chez l’adulte à partir de l’enregistrement de l’activité cérébrale de l’animal -Cela nous permettra également de savoir à terme comment le sommeil paradoxal est impacté par ce phénomène.

Procédures

L’animal sera soumis à différents protocoles : Protocole 1 (classe modérée) : Après leur naissance, nous exposerons la moitié des animaux à une période d’hypoxie de 8 jours (réduction de la concentration d’oxygène à 10% correspondant à une altitude d’environ 4500 mètres). Les animaux seront ensuite immédiatement marqués après la période hypoxique par injection d’hydroxytamoxifen (4-OHT), marquant définitivement l’activation neuronale chez ces petits puis seront exposés à la suite des protocoles à l’âge adulte. Protocole 2 (classe modérée) : Les animaux seront implantés d’électrodes, permettant d’enregistrer l’activité cérébrale, sous anesthésie à l'âge de 12 à 16 semaines. Cette procédure est utilisée depuis de nombreuses années dans notre laboratoire et optimisée pour limiter son impact sur le bien-être animal. Après une période de récupération d'une semaine, les animaux seront enregistrées afin d’identifier leur activité cérébrale. Des mesures d’enrichissements seront mises en place pour permettre à l’animal d’exprimer un maximum de comportements naturels et compenser son isolement social durant les expérimentations. Protocole 3 (classe modérée) : Ensuite, nous exposerons les animaux, âgées de 12-16 semaines, à une privation spécifique de sommeil paradoxal (SP) pendant 48h. Cette privation conduit, une fois terminée, à une accumulation du SP dans un court lapse de temps (1h30) permettant d’observer son activation neuronale durant une période restreinte (~2h). Cette procédure a été initialement élaborée afin de limiter l’impact de l’expérimentation sur le bien-être animal.

Impact sur les animaux

L’ensemble des procédures utilisées dans ce projet ont été élaborées et sont maîtrisés depuis plusieurs années au sein de notre laboratoire. Aucun signe indicatif de douleur n’a été remarqué pour ces procédures. Cependant, un suivi journalier des souriceaux sera effectué durant l’ensemble des protocoles. Certains effets indésirables minimes peuvent apparaitre : Protocole 1 : Outre les critères d'appréciations de l'état des mères (stress, léthargie…) et des petits (estomac vide, abandon de la mère…) durant la phase d'hypoxie il est possible d’observer une activité de la mère réduite lors de la mise en place de l’hypoxie (réduction du taux d’oxygène). Afin de limiter cet impact il est possible de réduire le taux d’oxygène par paliers afin de passer de 20.9% à 10%. De plus l’injection de 4-OHT peut induire une légère gêne des membres postérieurs de l’animal réduisant légèrement sa mobilité. Cet effet s’estompe généralement dans la demi-heure après injection. Protocole 2 : Les étapes de chirurgies induiront un effet négatif modéré sur le confort des animaux adultes. Outre les critères d’appréciations de l’état des souris post-chirurgie (réduction poids, posture, pelage …) il est possible d’observer chez l’animal des petites lésions/irritations induites par le toilettage de cette zone ou un grattage excessif autour de l’implant. L’application d’une pommade ou de Bétadine sur la zone lésée est alors recommandée. Protocole 3 : Aucun signe indicatif de douleur ni d’effet indésirable n’a été remarqué pour ce protocole.

Devenir

Afin d'évaluer l'impact de l'hypoxie dans la mise en place du sommeil paradoxal chez les nouveaux nés et sur ses réseaux à long terme, tous les animaux seront euthanasiés afin de récupérer les tissus et effectuer une analyse histologique poussée (marquage immunohistochimique, densité de population neuronale ...)

Remplacement

L’analyse in vivo reste incontournable pour ce projet de Recherche. En effet, les séquelles neurologiques posthypoxiques dépendent de mécanismes complexes impossibles à reproduire in vitro d’où la nécessité d’un modèle animal pour étudier la pathologie. De plus l’étude du SP ne peut être conduite sur des animaux de niveau phylogénétique inférieur (mouche, poisson rouge…). Par ailleurs, notre projet permet d’établir l’évolution d’une activité cérébrale et plus particulièrement du sommeil paradoxal au cours du développement chez les nouveaux nés et à l’âge adulte, nécessitant alors le modèle transgénique décrit précédemment et, par définition d’un modèle transgénique stable, des souris.

Réduction

La petite taille des lots de souris a été calculée au plus juste à partir de nos études antérieures utilisant les mêmes protocoles dans le but de générer des données reproductibles dont la significativité sera validée par les tests statistiques adaptés (Par exemple, si paramétrique, un test de variance Anova à deux dimensions, et si non paramétrique, à une seule dimension, Kruskal-Wallis avec comparaison multiple de Dunn). Elle tient donc compte des ‘’erreurs et échecs’’ qui peuvent survenir à chaque étape de la procédure expérimentale. Pour finir, nous avons mis en place dans l’équipe depuis plusieurs années un système de préservation de toutes les séries de coupes non utilisées. Cette banque de tissu, accessible à l’ensemble de l’équipe est mise à jour systématiquement lorsque de nouveaux tissus ont été produit à la suite d’une coupe de cerveau. Le nombre d’échantillon/puits de coupes disponibles y est indiqué et peut être utilisé à d’autres fins ou futurs projet si ces derniers ont déjà été exploités sur leur projet d’origine. Ainsi, elle permet d’optimiser sur le long terme l’utilisation du tissu tout en réduisant le nombre d’animaux utilisés.

Raffinement

De nombreuses actions de raffinement seront mises en place lors des procédures décrites dans ce projet. Toute procédure de chirurgie (implantation d’électrode…) est étudié pour durer le minimum de temps possible (environs 45min) et sera accompagnée systématiquement d’utilisation d’anesthésiques et d’analgésiques, et d’un suivi journalier des animaux afin de détecter et traiter immédiatement tout signe d’inconfort des animaux. Pour la procédure d’hypoxie, les femelles seront échangées tous les 2 jours entre les cages normoxiques et hypoxiques, afin de préserver la quantité et la qualité du lait qu’elles produisent pour nourrir leurs souriceaux, et de minimiser au maximum le stress conséquent à la procédure sur les animaux. Afin de prévenir le stress engendré par la manipulation de l’animal avant chirurgie par exemple, plusieurs handling seront effectuées les jours précédant le protocole et l’animal sera habitué au préalable à chaque condition (habituation au câble d’enregistrement, aux injections en IP…). Des critères d’interruption des expérimentations et d’exclusion (souffrance physique et psychique, perte de poids…) seront estimés avec une grille d’évaluation quotidienne, leur impact étant délétère sur le sommeil.

Choix des espèces

Notre projet nécessite l’utilisation d’animaux transgéniques afin d’évaluer l’influence de l’hypoxie au cours du temps sur l’activité cérébrale de l’animal et en particulier de l’activité du sommeil paradoxal. Les séquelles neurologiques post-hypoxiques dépendent de mécanismes complexes qu’il est impossible de reproduire in vitro. Un modèle animal est donc nécessaire pour étudier les conséquences à court et long terme de l’hypoxie sur l’activité du sommeil paradoxal. Or, la souris est un des modèles animaux les plus adaptées dans la mise en place d’un génome modifié. De plus l’ensemble des données précédentes recueillis par les différentes équipes sur l’impact de l’hypoxie et sur l’activité du sommeil paradoxal ont été effectuée chez la souris. Ainsi à travers notre protocole une partie des souriceaux seront soumis à une hypoxie de P3 à P11 (8 jours) lorsque les autres seront en condition normoxique. Ensuite l’ensemble des souris retourneront en condition d’hébergement standard jusqu’à l’âge de 12-16 semaines environs, période où l’implantation des électrodes sera effectué pour l’enregistrement de sommeil paradoxal à l’âge adulte une semaine plus tard.

112 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Issues d'un élevage de souris modifiées pour la maladie d'Alzheimer, elles reçoivent un peptide par voie intranasale tous les deux jours pendant six mois, puis passent trois tests de mémoire, un test de mémoire de travail spatiale, un test associant un contexte à une émotion et un test de reconnaissance d'objet, avant mise à mort et prélèvement du cerveau. Le porteur indique que l'administration intranasale peut provoquer un stress et une détresse respiratoire. Il affirme que l'usage de ces animaux est "indispensable", les effets sur la mémoire ne pouvant s'étudier qu'in vivo.

Objectifs

La maladie d'Alzheimer est la forme la plus courante de démence chez les personnes âgées. Elle se caractérise par un déclin progressif de la mémoire et des capacités cognitives, qui est initié par l'accumulation de protéines anormales dans le cerveau. Ces protéines anormales provoquent une altération des cellules nerveuses qui est responsable du déficit de mémoire. Le défi est donc d'augmenter la résistance des cellules nerveuses à cette toxicité. Cependant, les traitements actuels de la maladie d'Alzheimer améliorent les symptômes comportementaux sans modifier l'évolution de la maladie. Une approche prometteuse consiste à contrer l'accumulation de ces protéines anormales à un stade précoce de la maladie et nous avons concu pour cela de nouveaux composés moléculaires. Nous avons caractérisé l'efficacité de ces composés à bloquer la formation, l'accumulation et la toxicité de ces protéines anormales dans des modèles in vitro de la maladie. L'ensemble de ces résultats ouvrent la voie à l’utilisation de ces composés pour lutter contre les altérations cognitives précoces dans la maladie d'Alzheimer. Dans ce projet, ces composés seront utilisés in vivo dans un modèle murin préclinique de la maladie d'Alzheimer, afin d'étudier leur impact sur différents types de mémoire et sur les cellules nerveuses. Les conséquences de cette stratégie expérimentale seront également analysées sur la charge du cerveau en protéines anormales.

Bénéfices attendus

L’ensemble de ces expériences a pour but de déterminer si cette stratégie peut limiter la toxicité due aux protéines anormales et améliorer de manière durable les capacités de mémorisation chez des souris, modèle de la maladie d’Alzheimer. L’objectif est d’étudier l’impact de ces composés sur les déficits de mémoire, les altérations des cellules nerveuses et la charge en protéines anormales dans le modèle murin de la maladie d'Alzheimer. L’utilisation de ces animaux est donc indispensable à une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de la maladie d’Alzheimer et à l’estimation d’un effet bénéfique potentiel du traitement sur les déficits cognitifs. Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de la maladie pour envisager dans le futur de nouvelles pistes thérapeutiques.

Procédures

Les 3 procédures envisagées s’appuient sur la production de souris, puis l’administration non invasive de composés d’intérêt par voie intranasale chez la souris vigile pour faciliter leur transport jusqu’au cerveau. Ces traitements d’infusion d’une durée de 10 minutes seront initiés à la 8ème semaine et répétés tous les 2 jours sur une période de 6 mois. Dans la procédure 1 d’élevage, 112 souris transgéniques mâles et femelles APP/PS1 seront obtenues par croisement de souris hétérozygotes à phénotype non-dommageables. Dans la procédure n°2, l’effet de ces traitements sera étudié sur 64 souris (16 souris par groupe) par des tests comportementaux pour évaluer leurs capacités à fixer une information en mémoire. Pour chaque animal, 3 tests comportementaux seront réalisés au 8ème mois. Tout d’abord, un test destiné à évaluer la mémoire de travail spatiale sera réalisé 1 fois sur 5 jours, sur une durée de 8 minutes chaque jour. Après une semaine de délai, un test évaluant la capacité d’associer un contexte à une émotion sera effectué 1 fois sur 2 jours sur une durée de 4 minutes chaque jour. Enfin, après une autre semaine de délai, un test de reconnaissance d’objet sera entrepris sur 3 jours, sur une durée de 20 minutes le premier jour et 10 minutes les 2 jours suivants. Après cette étude comportementale, les souris seront anesthésiées profondément puis mises à mort pour prélever leur cerveau et réaliser une étude biochimique complémentaire. Cette étude permettra d’analyser l’impact des traitements sur la charge en protéines anormales dans ces souris modèle de la maladie d'Alzheimer. Dans la procédure n°3, 48 souris (12 souris par groupe) seront anesthésiées profondément et analgésiées après la fin des traitements, puis perfusées en intracardiaque en état de mort cérébrale pour fixer leur cerveau et réaliser une étude immunohistochimique. L’effet de ces traitements sur les cellules nerveuses sera étudié par un marquage spécifique sur coupes de cerveau.

Impact sur les animaux

L'application intranasale de composés peut induire un certain stress chez la souris. Pour limiter ce stress au maximum, les souris auront une période d'habiuation au protocole de 2 semaines avec un renforcement positif appliqué à chaque étape clé. Des aléas expérimentaux peuvent se produire après l'administration intranasale de composés comme l'induction d'une détresse respiratoire. Pour réduire ce risque, le protocole respecte une attente de 2 minutes entre chaque administration intranasale. Enfin, la possibilité qu'une hypersensibilité aux composés administrés apparaissent chez de rares souris sera envisagée. Dans ce cas, l'animal sera sorti immédiatement de l'étude et mis à mort après induction d'une anesthésie profonde.

Devenir

A l’issue de la procédure 1, les 112 souris seront utilisées dans la procédure expérimentale 2, pour 64 d’entre elles, et dans la procédure 3 pour les 48 souris restantes. A l’issue de la procédure n°2, les 64 souris seront anesthésiées profondément et mises à mort pour prélever leur cerveau et réaliser une étude biochimique en complément de l’étude comportementale. A l’issue de la procédure n°3, les 48 souris seront analgésiées puis anesthésiées profondément et perfusées en état de mort cérébrale pour fixer leur cerveau et réaliser une étude immunohistochimique. Ces 3 procédures permettront de déterminer si l’administration des composés d'intérêt permet de limiter la toxicité due aux protéines anormales, chez la souris modèle de la maladie, et d’améliorer de manière durable les capacités de mémorisation de ces souris, en conservant l'intégrité de leurs cellules nerveuses.

Remplacement

Des études sur ces composés ont été réalisées sur des modèles cellulaires et en éprouvette pour limiter l’utilisation d’animaux au strict nécessaire, c’est à dire à l’évaluation des performances cognitives. Les effets du traitement sur la mémoire ne peuvent en effet s’étudier que dans les conditions in vivo chez l’animal.

Réduction

Le nombre d'animaux utilisés dans ce projet est réduit au maximum sans compromettre les objectifs du projet et avoir des résultats statistiquement exploitables. Le nombre de souris a été réduit à n=112 en référence aux études comparables de la littérature. Ce nombre d’animaux est nécessaire car plusieurs traitements seront délivrés par voie intranasale en administrant les composés actifs ou les molécules contrôles chez des souris de génotypes différents. Les performances cognitives de ces souris seront évaluées après traitement grâce à trois apprentissages comportementaux. Comme ces apprentissages successifs peuvent réorganiser les circuits nerveux, il sera nécessaire d'utiliser d'autres souris (procédure 3) pour étudier l’impact des traitements sur la densité et la morphologie des cellules nerveuses. Dans la procédure 2, un même cerveau sera utilisé pour 2 approches différentes (i.e. approche comportementale sur l’animal vivant, puis approche moléculaire avec l’analyse biochimique de la charge en protéines anormales du cerveau). Une compilation d’études de la littérature indique qu’il est nécessaire d’avoir 15 animaux par groupe (4 groupes) pour atteindre la significativité statistique avec un test statistique adapté. Cette limite justifie le nombre de souris fixé à 16 souris par groupe, soit 1 animal supplémentaire à la limite de la significativité, afin de prévoir les possibles aléas (problème survenant lors des 6 mois de l'étude et/ou mort de l’animal).

Raffinement

Avant d’initier le protocole d’administration intranasale, les souris de 6 semaines seront habituées à la manipulation pendant une période de deux semaines. Elles seront habituées à être soulevées, placées en position inclinées vers l’arrière, et à recevoir une microgoutte (2,5 ul) de saline en contact avec la narine pour qu’elle soit aspirée au moment de l’inspiration. Cette habituation sera réalisée de manière à limiter le stress de l’animal lors de l’administration intranasale des composés, et se base sur une technique de renforcement positif avec une récompense sous forme de lait concentré sucré. Les souris seront suivies quotidiennement suite à l’infusion intranasale des traitements. Leur état sera noté selon des critères établis qui prennent en compte divers facteurs (poids, état du pelage, comportement dans la cage et lors de la manipulation de l’animal, fabrication d’un nid). Ceci nous permettra de nous assurer du bien-être des animaux. Tout animal présentant des signes de douleur ou de mal être avec atteinte de point limite sera aussitôt sorti du protocole, anesthésié profondement et mis à mort.

Choix des espèces

Les souris génétiquement modifiées sont couramment utilisées en neurosciences pour l'étude de traitements visant à améliorer les performances de mémoire dans la maladie d’Alzheimer ou pour mieux connaître les mécanismes moléculaires mis en jeu. Ces souris génétiquement modifiées présentent l'avantage unique de mimer les formes dites familiales de la maladie qui sont observées chez certains patients. Des souris âgées de 6 semaines à 8 mois seront utilisées dans ce projet car l’accumulation de protéines anormales dans leur cerveau débute à 8 semaines, et les déficits de mémoire se produisent au 8ème mois chez les mâles ou les femelles.

315 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles subissent une chirurgie du crâne de trois à quatre heures pour implanter des électrodes, puis des tests de navigation vers une récompense pendant quinze jours, avant une perfusion intracardiaque létale pour prélever le cerveau. La récompense passe par une stimulation électrique du cerveau ou, à défaut, par une restriction alimentaire limitant la perte de poids à 15 %. Le porteur affirme que la modélisation informatique et les invertébrés ne permettent pas d'étudier ce comportement complexe, la souris étant l'espèce la plus appropriée.

Objectifs

Comprendre les mécanismes neuronaux qui sous-tendent des fonctions cognitives complexes telles que la navigation est un des enjeux majeurs de la recherche en neuroscience. L’objectif du projet est de comprendre comment les interneurones de la couche moléculaire (MLI) du cervelet postérieur (Crus I et/ou Lobule VI) contribuent à l'apprentissage de la navigation orienté vers la récompense. Des études réalisées à la fois chez l’Homme et chez la souris ont révélé une activité des lobules Crus I et VI lors de la réalisation d’une séquence de navigation orientée vers un but. Le système inhibiteur constitué par les MLI contrôle les cellules de Purkinje qui sont à l’origine des signaux de sortie du cervelet vers le reste du cerveau. Ces interneurones jouent donc un rôle clé dans le traitement cérébelleux mais à ce jour leur rôle dans l’apprentissage de la navigation spatiale n’est pas connu.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à comprendre le rôle des interneurones dans le traitement cérébelleux lors d’une tâche de navigation spatiale. Il contribuera ainsi à appréhender le fonctionnement du cerveau en conditions normales et par conséquent aidera à mieux cibler les altérations qui se présentent en conditions pathologiques (Maladie d’Alzheimer, Dyspraxie, Désorientation topographique…).

Procédures

Un groupe de 15 animaux suivront les étapes suivantes : Chirurgie stéréotaxique implantation d'electrodes sous anesthesie/analgésie (3h) -Test comportementaux et enregistrements electrophysiologiques à l’état vigile (3h max par jour pendant 15j) - Perfusion intracardiaque sous anesthesie/analgésie (30min). Un groupe de 150 animaux suivront les étapes suivantes : Chirurgie stéréotaxique implantation d'electrodes sous anesthesie/analgésie (4h) - Injection de l'agent l'inhibiteur via microcanule à l’état vigile (5min) - Test comportementaux et enregistrements electrophysiologiques à l’état vigile (3h max par jour pendant 15j) - Perfusion intracardiaque sous anesthesie/analgésie (30min). Un groupe de 75 animaux suivront les étapes suivantes : Chirurgie stéréotaxique injection de virus sous anesthesie/analgésie (2h) - Chirurgie stéréotaxique implantation d'electrodes sous anesthesie/analgésie (4h) - Test comportementaux et enregistrements electrophysiologiques à l’état vigile (3h max par jour pendant 15j) - Perfusion intracardiaque sous anesthesie/analgésie (30min). Un groupe de 75 animaux suivront les étapes suivantes : Chirurgie stéréotaxique injection de virus sous anesthesie/analgésie (2h) - Chirurgie stéréotaxique implantation d'electrodes sous anesthesie/analgésie (4h) - Test comportementaux et enregistrements electrophysiologiques à l’état vigile (3h max par jour pendant 15j) - Perfusion intracardiaque sous anesthesie/analgésie (30min)

Impact sur les animaux

Les procédures de chirurgie peuvent être à l'origine d’une perte de poids transitoire (inférieur à 20% de leur poids initial) et provoquer une douleur pendant 24/48h qui sera pallié par les analgésiques. Néanmoins elles sont indispensables à notre projet car seule une chirurgie stéréotaxique permet de cibler spécifiquement des sous régions cérébrales (placement d’électrodes, injection virus, injection d’inhibiteurs). En post-chirurgie les animaux seront isolés pour éviter la dégradation des implants entre congénres mais un jouet d’exploration sera ajouté dans la cage pour améliorer l’enrichissement. L’injection de muscimol via la micro canule n’est pas douloureuse en soi mais elle nécessite l’immobilisation de l’animal pendant environ 1 min. Les souris sont habituées progressivement à cette contention dans un linge avant le début de la procédure et ne présentent donc aucun signe d’inconfort lors de cette manipulation. De par sa nature, notre projet nécessite de réaliser des tests de comportement, néanmoins au cours des tests les animaux sont libres de leurs mouvements pour explorer l’environnement et trouver la récompense. Les tests de comportements pour être reproductibles nécessitent un environnement calme et des souris non stressées. Les expérimentateurs portent une attention particulière à habituer progressivement les animaux à la manipulation ainsi qu’aux différents environnements dans lesquels seront réalisés les tests. La fixation du câble sur l’implant crânien est conçue pour ne pas perturber l’animal dans ses mouvements, lui permettant ainsi d’explorer librement l’environnement à la recherche de la récompense. L’animal sera récompensé préférentiellement par stimulation intracrânienne du circuit de la récompense (MFB) dans le cas où cela ne serait pas possible il sera récompensé par de la nourriture. Cette deuxième option nécessitera la mise en place d’une restriction alimentaire indispensable pour motiver les souris à chercher la récompense (croquette) et ainsi à apprendre la tâche. Néanmoins cette restriction ne dure que quelques jours et la perte de poids est limitée à 15% du poids initial. Pendant le weekend end, les souris ont de la nourriture ad libitum leur permettant de retrouver leur poids initial.

Devenir

Le prélèvement et l’analyse des cerveaux post-mortem sont indispensables à la validation des procédures. Cela implique donc l’euthanasie de l’ensemble des animaux par perfusion intracardiaque.

Remplacement

La modélisation permet d’apporter des informations sur le fonctionnement et les opérations faites par le cerveau mais nécessite des données cellulaires et comportementales. La modélisation ne nous permet pas d’étudier le rôle des interneurones du cervelet dans l’apprentissage d’une tâche de navigation orientée vers une récompense. Les études in vitro et les animaux invertébrés ne permettent pas l'étude des comportements complexes ; la souris est donc l'espèce la plus appropriée pour ce type d'études.

Réduction

En se basant sur plusieurs articles utilisant des tests comportementaux et des analyses statistiques similaires à celles que nous utiliserons, nous estimons le nombre de souris par groupe à 20 souris. La taille des effectifs nécessaires par groupe a également été confirmée par un calcul de puissance (puissance = 80-90%, niveau de signification (alpha)= 0.05, taille de l'effet = moyen à fort)). Au total, nous estimons donc que pour réaliser l’ensemble des 4 procédures, 315 souris seront nécessaires. Néanmoins la procédure 4 étant une alternative à la procédure 3, le nombre maximum de souris ne devrait donc pas excéder 240 animaux.

Raffinement

Les souris provenant d'un fournisseur extérieur ont un temps d'adaptation à la pièce d'hébergement de 5-7 jours. Afin de réduire au maximum le stress, les animaux sont habitués à être manipulés 5min par jour par l’expérimentateur avant le début du protocole expérimental. Pendant et après la chirurgie, les animaux recevront des analgésiques pour diminuer la douleur. Les animaux sont placés dans des cages en communauté de 2 à 5. Les cages contiennent de la sciure, ainsi que du matériel pour la construction du nid (nid végétal) et des croquettes de nourriture à ronger. Lorsque la procédure nécessite l’isolement des animaux, un jouet d'exploration (cube, tunnel ou abri) est placé dans chacune des cages de manière à offrir aux animaux plus d’enrichissement. De plus, les cages utilisées sont transparentes, placées les unes à côté des autres dans la pièce de stabulation. Ces cages sont fermées par une grille et ne sont donc pas hermétiques. Ainsi les informations visuelles, auditives et olfactives peuvent circuler entre les souris. Des points limites sont mis en place afin de réduire, supprimer ou soulager l'inconfort, la douleur ou l'angoisse subis par les animaux. Ils seront suivis quotidiennement par les mêmes manipulateurs et les procédures nécessaires seront mises en place pour garantir leur bien-être (grille de scoring). Les chirurgies sont réalisées sous anesthésie gazeuse couplée à des analgésiques. Avant les perfusions intracardiaques, les animaux reçoivent une injection intra-péritonéale d’analgésiques et une surdose d’anesthésique.

Choix des espèces

Le modèle murin est idéal pour répondre à notre question scientifique. En effet, il existe un grand nombre de lignées de souris transgéniques que nous pourrions utiliser dans le cadre de notre projet d’étude du rôle des interneurones dans la navigation spatiale. Dans ce projet nous utiliserons une lignée transgénique qui exprime l’enzyme Cre-recombinase spécifiquement dans les cellules qui expriment la Parvalbumine. L’utilisation de cette lignée permet d’inhiber spécifiquement les interneurones du cervelet. De plus, la souris est un animal explorateur pour lequel de très nombreux tests de comportement ont été développés ainsi tous les travaux antérieurs de l’équipe ont été réalisés chez la souris, notamment les travaux sur lesquels se basent nos hypothèses de travail. Le projet porte sur l'étude des réseaux neuronaux à l'âge adulte. Les tests comportementaux des différentes procédures devront donc être réalisés sur un cerveau stable d'un point de vue développemental (2 mois). Nous commencerons donc les procédures 1 et 4 sur des souris âgées de 4 à 5 semaines. Au maximum les souris seront âgées de 5 mois à la fin de la procédure dans laquelle ils sont inclus.

60 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une injection dans le cerveau de vecteurs viraux bloquant l'expression de gènes associés au syndrome de Rett et à une encéphalopathie épileptique, puis une séance d'imagerie ultrasonore sous anesthésie, le blocage pouvant provoquer des troubles sensoriels, moteurs ou cognitifs. Le porteur indique s'attendre à des troubles légers du fait de la petite zone ciblée, et met à mort tous les animaux à la fin. Il affirme que la complexité de ces maladies ne peut être reproduite in vitro et exige un travail chez l'animal vivant.

Objectifs

Les pathologies du système nerveux central ne sont que faiblement couvertes par les molécules thérapeutiques actuelles et l’efficacité des traitements est parfois limitée. Ce constat est d’autant plus flagrant en ce qui concerne les maladies neurologiques rares, qui sont généralement des pathologies très sévères et handicapantes et encore mal comprises. Mieux comprendre les symptômes fonctionnels observés dans ces pathologies constituerait une étape importante afin de guider le développement de nouveaux traitements, adaptés au fort besoin médical chez ces patients. Dans ce contexte, nous nous focalisons ici sur les pathologies orphelines neurologiques liées à la perte de fonction d’un gène, en particulier le syndrome de Rett ou l’encéphalopathie épileptique précoce de type 4. Ces maladies, respectivement provoquées par une perte de fonction des gènes MECP2 ou STXBP1, se développent dès l’enfance et provoquent des symptômes très invalidants (troubles cognitifs, moteurs, troubles respiratoires ou épilepsies). De manière globale, les traitements existants pour les maladies orphelines neurologiques d’origine génétique sont extrêmement limités actuellement et ne couvrent que peu de symptômes. Notre objectif est d’étudier l’impact d’un blocage de l’expression des gènes responsables de ces maladies de manière locale dans le cerveau chez la souris, par injection de vecteurs viraux adéno-associé (AAV) contenant des petits ARN en épingle à cheveux (shRNA) spécifiques des gènes d’intérêt, sur l’activité cérébrale in vivo mesurée par imagerie fonctionnelle ultrasonore à haute résolution. Etablir des profils d’altérations fonctionnelles in vivo pour ces gènes d’intérêt permettra une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces maladies et constituera une base d’évaluation pour de futurs candidats-médicaments.

Bénéfices attendus

Les besoins thérapeutiques liés aux maladies du système nerveux central ne sont que partiellement couverts par les médicaments actuels, en particulier les maladies orphelines génétiques pour lesquelles les rôles des gènes impliqués sont encore mal connus, et les mécanismes cérébraux conduisant aux symptômes sont peu établis. Notre stratégie consiste à étudier quelles sont les altérations de l’activité cérébrale qui sous-tendent les symptômes de ces pathologies. Les bénéfices attendus sont donc une meilleure compréhension de ces pathologies orphelines, et permettront de guider le développement de candidat-médicaments futurs.

Procédures

Les 60 animaux effectueront une procédure comprenant 2 interventions majeures : 1) Injections stéréotaxiques dont l’objectif est la mise en place du modèle de blocage de l’expression du gène (durée : 1 heure) • Réalisées sous anesthésie générale et analgésie • Sur la totalité des animaux décrits dans cette demande de projet • Chaque animal subira de manière bilatérale, une injection stéréotaxique dans le cortex d’un vecteur AAV contenant des shRNA permettant le blocage de l’expression d’un gène • Aucune autre intervention ne sera effectuée jusqu’à la session d’imagerie, trois semaines plus tard. 2) Imagerie fUS dont l’objectif est la visualisation des atteintes fonctionnelles de l’activité cérébrale dues au blocage des gènes (durée : 1 heure) • L’imagerie fUS sera réalisée sous anesthésie générale (isoflurane et médétomidine) ; la préparation du protocole d’anesthésie optimisé pour l’imagerie cérébrale dure environ 35 minutes • La session d’imagerie comportera une mesure de 15 minutes de l’état cérébral basal puis de 7 minutes de l’état cérébral sous stimulation du système visuel • Sur la totalité des animaux décrits dans la demande

Impact sur les animaux

Le blocage de l’expression des gènes d’intérêt sera susceptible de provoquer des symptômes neurologiques (troubles sensoriels, moteurs ou cognitifs) chez les animaux. Néanmoins, comme ce blocage n’aura lieu que sur une petite zone du cerveau, nous prévoyons des troubles légers, similairement à de précédentes études utilisant des approches similaires sur ces gènes (pour le gène MECP2, des atteintes transitoires des réflexes sensori-moteurs ont été décrites chez le jeune rat après injection de shRNA intraventriculaire, et des troubles de la mémoire et des interactions sociale chez la souris après inactivation locale du gène dans l’amygdale ; pour le gène STXBP1, des épisodes d’épilepsies d’absence ont été décrites chez la souris après inactivation spécifique du gène dans la voie corticostriatale). L’injection stéréotaxique des vecteurs sera réalisée dans un état d’anesthésie générale, et sous analgésie (buprénorphine, et lidocaïne en local).

Devenir

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

Remplacement

La complexité des pathologies étudiées ne peut pas être reproduite exclusivement par des modèles in vitro, dont l’utilisation est préalable à cette étude. Pour comprendre l’impact du blocage de l’expression des gènes d’intérêt dans le cerveau en conditions réalistes, il nous faut travailler chez l’animal vivant, afin de pouvoir établir des parallèles avec les maladies observées chez les patients et évaluer des processus physiologiques pertinents tels que la connectivité fonctionnelle entre aires cérébrales, ou encore la sensibilité à des stimulations sensorielles extérieures.

Réduction

Selon notre expérience en termes de variabilité et de taille d’effet sur ces données d’imagerie, un minimum de 8 animaux par condition est requis afin d’assurer une puissance statistique suffisante pour détecter une taille d’effet de 7%, avec une variabilité de 5%, une puissance de 80% et un risque alpha de 5%. Nous prévoyons 2 animaux supplémentaires en cas d’échec éventuel de la chirurgie (si le succès de l’injection n’est pas confirmé en immunohistochimie post-mortem notamment). Concrètement, les données expérimentales générées seront traitées à l’aide de tests de Student ou d’analyse de variance à deux dimensions (two-way ANOVAs), selon les paramètres évalués.

Raffinement

L’injection stéréotaxique sera réalisée sous anesthésie générale et locale, et analgésie générale. Les animaux seront surveillés régulièrement grâce à une grille de score et des points limites adaptés prenant en compte les éventuels troubles liés au modèle. En cas de signes de détresse, la procédure serait interrompue et la mise à mort de l’animal serait effectuée. L’environnement sera enrichi avec morceaux de bois, boîtes ou cylindres et nourriture en pâtée après la chirurgie.

Choix des espèces

La souris est une espèce pour laquelle on dispose de données dans la littérature concernant l’impact comportemental d’une inactivation des gènes MECP2 et STXBP1, ce qui permettra une comparaison avec nos données d’imagerie. De plus, la souris est une espèce idéale pour l’utilisation de notre dispositif d’imagerie cérébrale ultrasonore, car l’épaisseur restreinte du crâne permet un passage des ultrasons et une qualité d’imagerie suffisante dans des conditions non invasives. De précédentes études utilisant ce type d’approche par inactivation locale des gènes MECP2 et STXBP1 ont obtenu des symptômes similaires à la pathologie humaine chez des souris adultes, nous utiliserons donc également des souris adultes.

24 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Génétiquement modifiées pour être déficientes en vitamine A active, elles subissent une série de tests comportementaux moteurs et cognitifs, des examens de la rétine sous anesthésie et des injections répétées d'un marqueur, avant une mise à mort par dislocation cervicale ou perfusion intracardiaque pour prélever le cerveau. Le porteur indique vouloir caractériser les conséquences de cette déficience sur le système nerveux et la vision. Il affirme que le modèle murin "n'est pas remplaçable" et reste "indispensable", les modèles cellulaires ne reflétant pas selon lui la diversité des mécanismes in vivo.

Objectifs

La vitamine A et ses formes actives jouent des rôles très importants au cours du développement et dans la physiologie de divers organes. Ces molécules sont les ligands de certains récepteurs nucléaires qui contrôlent l’expression de gènes. Si les fonctions développementales de la vitamine A et de ses récepteurs sont bien caractérisées, les fonctions aux stades adultes restent encore mal connues. Ceci s’explique par le fait que des modèles murins génétiquement modifiés pour étudier la fonction de la vitamine A ne sont pas compatibles avec la survie de l’embryon. La solution trouvée pour palier à ce problème a été de produire un modèle murin génétiquement modifié, déficient en certaines formes actives de la vitamine A, mais supplémenté en celles-ci via l’alimentation maternelle, afin d’obtenir des embryons viables. Ces mutants ainsi obtenus pourront être analysés à l’âge adulte pour caractériser les défauts fonctionnels résultant d’une déficience en vitamine A. L’objectif de ce projet est de caractériser les conséquences liées à un déficit de la forme active de vitamine A : (1) au niveau du système nerveux central, en effectuant un ensemble de tests comportementaux pour analyser les fonctions motrices et cognitives ; (2) au niveau de la vision (les déficits visuels étant la première caractéristique de la déficience en vitamine A chez l’humain) par des analyses des performances visuelles; (3) après complétion des tests, les cerveaux des animaux seront utilisés pour des analyses moléculaires supplémentaires afin de déterminer si le déficit en vitamine A affecte la prolifération cellulaire, et d’analyser ses gènes cibles potentiels.

Bénéfices attendus

Des déficiences dans le métabolisme de la vitamine A se caractérisent chez l’Homme par des troubles de la vision. La vitamine A est obtenue dans l’organisme sous forme bioactive par une enzyme spécifique. Ces formes bioactives de la vitamine A sont ensuite capables de se lier à différents récepteurs pour réguler l’expression de gènes. Différents modèles murins spécifiquement mutants pour ces récepteurs ont été conçus mais ceux-ci ne permettent pas d’étudier les conséquences d’une déficience en vitamine A, contrairement à notre nouveau modèle murin. Celui-ci est déficient en l’enzyme spécifique permettant d’obtenir la vitamine A, privant l’animal de la forme bioactive de la vitamine A. Ainsi, grâce à des études comportementales et visuelles et des analyses moléculaires, les conséquences de cette déficience seront comparées aux différents modèles murins mutés pour les récepteurs de la vitamine A. Ce projet permettra pour la première fois de décrire précisément les conséquences comportementales et visuelles de souris déficientes en formes actives de la vitamine A. Des mutations de certains récepteurs de la vitamine A, avaient déjà été décrites chez l’Humain mais pas entièrement caractérisées, d’où l’intérêt de ce projet pour compléter les connaissances déjà acquises jusqu’ici. Des influences environnementales, notamment nutritionnelles, vont vraisemblablement impacter la santé des individus atteints. C’est pourquoi il est important de disposer de modèles mammifères permettant de reproduire ces anomalies, afin d’en tirer les bénéfices applicables à la santé humaine par la suite. En effet, ils permettent de caractériser les conséquences fonctionnelles et pathologiques, et de les traiter par des stratégies (nutritionnelles, pharmacologiques …) pouvant aussi être mises en œuvre chez les patients humains.

Procédures

Ici, nous voulons étudier les conséquences de la déficience en vitamine A sur le cerveau et les fonctions visuelles. Pour cela, nous réaliserons divers tests comportementaux cognitifs et moteurs sur l’ensemble des animaux utilisés ici (n=24, 12 contrôles ; 12 mutants). Ensuite, la moitié des animaux (n=12) recevront une anesthésie générale par voie respiratoire (pendant 5min) afin de visualiser la rétine et ses potentiels défauts (par observation du fond de l’œil par exemple) chez le mutant. Une semaine après, une seconde expérience sous anesthésie générale par injection dans l’abdomen d’anesthésique et d’analgésique (5sec) sera réalisée pour évaluer la réactivité de la rétine à des flashs lumineux. Enfin, pour caractériser l’effet moléculaire de la déficience en vitamine A, nous procéderons à la mise à mort de l’animal pour ensuite prélever le cerveau et réaliser des analyses moléculaires. Pour déterminer l’effet cellulaire généré par la mutation de l’enzyme spécifique, nous injecterons un produit chimique dans l’abdomen de l’autre moitié des animaux (n=12) pour marquer les cellules en croissance 2 fois par jour (matin et soir) pendant 3 jours pour augmenter le signal du marquage. A l’issue de la dernière injection, les animaux seront anesthésiés généralement et recevront une perfusion intracardiaque afin de fixer les tissus et de prélever le cerveau pour réaliser des analyses immuno-histochimiques. Aucun animal n’est maintenu en vie au cours de ces expériences car nous préleverons le cerveau pour réaliser des analyses moléculaires et immuno-histochimiques.

Impact sur les animaux

Les effets indésirables ne dépasseront pas la douleur occasionnée par l’introduction d’une aiguille dans l’abdomen de l’animal pour les injections intra-péritonéales. En effet, les tests comportementaux à effectuer ne sont pas sujets à causer la moindre souffrance, et les analyses rétiniennes sont réalisées sous anesthésie générale sans endommager les yeux.

Devenir

Les animaux seront mis à mort de deux manières différentes : d’une part par dislocation cervicale qui permettent de prélever tous les organes nécéssaires pour les analyses moléculaires. D’autre part, une mise à mort par perfusion intracardiaque sera effectuée pour la réalisation de marquages immuno-histochimiques qui nécéssitent une fixation complète et homogène de l’échantillon prélévé.

Remplacement

Le modèle murin N’EST PAS REMPLAÇABLE et reste indispensable afin d’évaluer l’impact des mécanismes biologiques sur le comportement moteur ainsi que pour étudier les fonctions cérébrales. Il permet de même les investigations des fonctions visuelles dans le modèle le plus proche de l’Homme. En effet, la complexité biologique des signalisations par la voie rétinoïde ne permet par de remplacer les animaux par des modèles, par exemple cellulaires, parce qu’ils ne reflètent pas la diversité des mécanismes biologiques in vivo.

Réduction

Afin de REDUIRE au maximum le nombre d’animaux utilisés, le nombre d'animaux utilisés (groupes de 12, 6 expérimentaux, 6 témoins) correspond au nombre minimal d'animaux à inclure pour obtenir des données statistiquement exploitables selon les impératifs de réduction. Ces effectifs ont été déterminés d'après les données de la littérature et les procédures en vigueur à l'animalerie. Nous nous sommes basés sur des données obtenues, chez des souris de fond génétique mixte à la suite du test Openfield (le moins discriminant des tests effectués ici) ainsi que sur des données comportementales obtenues à la suite d’injection de composés pharmacologiques. Une différence significative entre les groupes sera recherchée par application d’un test two-way ANOVA, suivi de tests post-hoc. Il a été vérifié préalablement que la distribution des valeurs est normale avec ce type de test. La seule variable incompressible est le nombre de femelles gestantes qui permettra d’obtenir, dans les portées, le nombre de mutants requis pour les procédures. Dans l’optique de réduction, un nombre limité d’accouplements

Raffinement

En vue de RAFFINER les procédures, les animaux sont hébergés dans des conditions optimales et ils font l’objet d’un suivi adapté et de soins vétérinaires au besoin. Les expériences réalisées ici ne sont pas douloureuses. Elles consistent uniquement en des études comportementales, dans une plateforme phénotypique à la pointe de l’art (Institut Clinique de la Souris), effectuées en conditions standard sans aucune administration, par exemple, de composés pharmacologiques.

Choix des espèces

Pour étudier le rôle de la vitamine A et les conséquences physiopathologiques de sa dysfonction, la souris est un modèle optimal du fait de la similitude des génomes murin et humain, des grandes fonctions physiologiques, de l’existence de tests fonctionnels validés pour ce modèle, et de la possibilité de mettre en œuvre des approches préventives (nutritionnelles) ou thérapeutiques qui pourront être ensuite transposées vers l’Humain. Chez l’humain les déficiences en vitamine A se caractérisent par des troubles de la vision. Afin de mieux caractériser le rôle de la vitamine A dans ces troubles, nous utiliserons des animaux adultes (10 semaines).

63 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Rendues épileptiques, elles subissent une microchirurgie cérébrale d'environ une heure pour l'implantation d'électrodes, puis des séances d'enregistrement de l'activité cérébrale dans un espace réduit de quinze centimètres de côté, à raison de huit sessions de deux heures sur un mois. À la fin, elles sont mises à mort pour prélever le cerveau et récupérer le bloc d'électrodes collé au crâne. Le porteur indique développer des modèles informatiques de tissu épileptique mais affirme qu'ils ne peuvent remplacer le modèle vivant, l'épileptogenèse mettant en jeu un processus qu'il décrit comme non reproductible.

Objectifs

Les Oscillations Haute-Fréquence (HFO) sont des signaux de courte durée (dizaines de ms) et de faible amplitude, enregistrés en électroencéphalographie intracérébrale (iEEG), dans une bande de fréquence particulière (200-600 Hz). Leur valeur clinique a été rapportée dans de nombreuses publications qui montrent que i) les HFO peuvent être observées avec des macro-électrodes intracrâniennes chez des patients atteints d’épilepsie focale pharmaco-résistante, ii) leur fréquence d’apparition est plus élevée dans les tissus cérébraux à l’origine des crises, dits zones épileptogènes, iii) il existe une corrélation forte entre la résection des zones cérébrales générant des HFO et l’issue favorable de la chirurgie dans le cadre des épilepsies pharmaco-résistantes. Notre hypothèse de travail est qu’il est possible de proposer un nouveau design d’électrode qui améliorerait l’enregistrement et la détection de HFO pathologiques dans les signaux iEEG. L’objectif général du projet Neuro-Sense est d’augmenter la valeur diagnostique des HFO en tant que biomarqueur fiable des zones épileptogènes.

Bénéfices attendus

Le but ultime du projet est d’amener à la conception d’électrodes hybrides macro-micro. En effet, le traitement des HFO est un problème difficile par essence, du fait des caractéristiques des signaux. Ces signaux présentent un grand éventail de formes, dont seulement une partie peut être expliquée par les modèles informatiques à ce jour. En améliorant leur observabilité, nous souhaitons d’une part débloquer des clefs de compréhension de leurs rôles dans l’épilepsie, et d’autre part faciliter la circonscription de la zone à enlever dans le cadre des chirurgies de résection pour les épilepsies pharmaco-résistantes

Procédures

Micro chirurgie cérébrale sous anesthésie générale avec analgésie, 1h par souris sur 63 animaux. Limitation de mobilité légère (monitoring iEEG et mesure d’impédance), 24h par souris répartissur 1 mois en session de 2h30 sur 63 animaux.

Impact sur les animaux

Toutes les souris auront comme effets indésirables : - Une chirurgie sous anesthésie générale et analgésie pour la pose d’électrodes dans le cerveau afin de pouvoir mesurer l’activité cérébrale (1h à 1h30 par souris) - Une limitation de l’espace disponible pour se déplacer (15x15cm) durant les périodes d’enregistrement (8x2h par souris réparties sur 1 mois)

Devenir

A la fin de la procédure, les animaux sont mis à mort pour pouvoir prélever le cerveau pour des analyses histologiques et récupérer le bloc d’électrodes collé sur le crâne. Les animaux ne peuvent donc ni être réutilisés dans un autre projet ni adoptés.

Remplacement

Nous utilisons et développons dans notre laboratoire des modèles informatiques de neurones ou de tissu épileptique mais ils ne sont pas capables de remplacer les modèles in-vivo dans leur ensemble, ce qui est notamment le cas de l’épileptogenèse (mise en place de l’épilepsie) qui met en jeu un processus physiologique complexe non reproductible.

Réduction

Du fait de l’utilisation de modèles informatiques et des précédents projets de recherche, nous connaissons le nombre d’évènements attendus par heure d’enregistrement, nous pouvons donc réduire le nombre d’animaux au strict nécessaire pour répondre à nos questions.

Raffinement

Cela fait plus de 10 ans que nous maîtrisons la mise en place de ce modèle mTLE au laboratoire. Au cours de cette décennie, nous avons amélioré les pratiques chirurgicales pour optimiser les protocoles de manière à réduire au maximum la souffrance animale. Les chirurgies seront réalisées par un personnel formé à la chirurgie et maîtrisant la totalité des techniques chirurgicales utilisées ici. Nous prenons en charge la douleur due à la chirurgie en utilisant un anesthésique et analgésique adaptés à la douleur provoquée et à notre projet. Le stress des animaux est également pris en compte dès leur réception et jusqu’à leur mise à mort en enrichissant les cages d’hébergement et en utilisant la technique de mise à mort réglementaire la plus douce possible. Tout au long de la chirurgie et également durant le réveil post-opératoire, nous faisons attention au maintien de la température corporelle, paramètre très important chez cette espèce qui est particulièrement sensible à l’hypothermie.

Choix des espèces

Ce type d’étude nécessite l’utilisation de mammifères épileptiques, dont l’épileptogenèse est bien établie, ainsi que leur neuroanatomie et neurophysiologie. La souris a été choisie comme modèle expérimental pour son adéquation avec les contraintes expérimentales. Nous utiliserons des animaux âgés de 8 à 10 semaines ayant un poids de plus de 20g. Cet âge et surtout ce poids permettent une meilleure réussite de la chirurgie ainsi qu’un ratio poids de l’animal/ poids du dispositif d’enregistrement de seulement 2.5%. Cet âge, considéré comme adulte, est également nécessaire pour que le cerveau soit complètement mature et que le volume de la boite crânienne soit stable.

650 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent quatre chocs électriques pour induire un état de stress post-traumatique, une chirurgie cérébrale d'environ trois heures avec implantation permanente d'une fibre optique, un hébergement isolé prolongé et une batterie de tests comportementaux mesurant la peur, l'anxiété, la mémoire, l'évitement et l'hypervigilance. Le porteur reconnaît que la stimulation optogénétique n'est pas transposable directement chez l'humain, mais affirme qu'elle fournira des résultats "nécessaires" pour justifier des études de neurostimulation. Il conclut qu'aucune méthode sans animaux ne peut répondre à la question, le modèle reposant sur l'observation du comportement de l'animal vivant.

Objectifs

L’État de Stress Post-Traumatique (ESPT ou PTSD, pour Post-Traumatic Stress Disorder, APA 1994) est une pathologie psychiatrique qui touche 8 à 12% de la population générale. Elle survient après l’expérience d’un événement traumatique pouvant être létal, causer une blessure grave ou menacer l’intégrité physique. Il existe plusieurs modèles murins permettant de mimer différents aspects du trouble de stress post-traumatique (PTSD). Le plus utilisé est basé sur le principe de conditionnement de peur au contexte où un contexte nouveau est associé à un événement aversif (chocs électriques). Les souris se rappelleront que l’évènement aversif a eu lieu spécifiquement dans ce contexte et en auront peur lorsqu’elles y seront réexposées. Dans le cas d’un évènement aversif léger, en réexposant l’animal de façon répétée au contexte sans choc électrique, l’expression de la peur associée devrait diminuer jusqu’à disparaitre. Les souris comprennent qu’il n’y a plus de danger dans ce contexte. Ce processus, nommé extinction de peur, est défaillant dans le cas du PTSD. Il est donc important que, chez la souris, la peur associée au contexte persiste après plusieurs réexpositions au contexte. De plus, des traits caractéristiques du PTSD (anxiété, trouble de la mémoire, évitement, hypervigilance, freezing ou immobilité lié à la peur) peuvent être observés à l’aide de différents tests comportementaux. Pour cette étude, nous voulons montrer qu’en activant le cortex infralimbique (zone du cerveau responsable de l’extinction de peur chez la souris) lors du rappel de l’évènement, nous arrivons à accélérer et accentuer l’extinction et que cette amélioration engendrerait une diminution des symptômes associés au PTSD.

Bénéfices attendus

Dans un premier temps, nous démontrerons que les symptômes du PTSD persistent après plusieurs rappels de l’évènement aversif confirmant la qualité du modèle murin de PTSD. De plus, Le cortex infralimbique a été montré comme responsable de la diminution de l’expression de la peur après l’occurrence d’un évènement aversif léger et que, dans le cas d’un PTSD, son activité est largement diminué. Pourtant un nombre très limité d’étude cherche à rétablir cette activité. La technique de stimulation choisie nous permettra d’être spécifique quant à la région ainsi que les neurones stimulés, à l’inverse d’autres techniques de neurostimulations. La stimulation pouvant être effectuée sur l’animal libre de ses mouvements, nous pourrons montrer son importance au cours du rappel de l’évènement aversif. L’optogénétique, même si non transposable chez l’homme directement, nous permettra ainsi l’obtention de résultats nécessaires pour la justification d’études de neurostimulation non invasive. Enfin, à ce jour aucune étude sur le PTSD chez l’animal n’a pris en contre des animaux femelles. En clinique, parmi les techniques thérapeutiques utilisées aujourd’hui, les thérapies d’exposition semblent être de plus en plus pratiquées. En mettant le patient dans une situation où il est obligé de se remémorer le traumatisme de façon répété dans le temps tout en étant dans un endroit où il se sent en sécurité, les psychiatres cherchent à diminuer l’expression des émotions négatives associées. Malheureusement ces thérapies peuvent prendre du temps et ne sont pas aussi efficaces pour tous les patients. Nous voulons monter qu’en stimulant la région responsable de l’extinction, nous pouvons accélérer le processus. Même si non transposable chez l’Homme directement, cette étude nous permettra ainsi l’obtention de résultats nécessaires pour montrer l’importance de venir stimuler le cortex infralimbique pendant le rappel de l’évènement. Enfin, à ce jour, on constate qu’aucune étude sur le PTSD chez l’animal n’a pris en compte des animaux femelles, posant un problème majeur dans la mise au point de thérapie chez l’Homme.

Procédures

Au cours de la première procédure, les souris vont être divisées en 3 groupes (un sous-groupe femelles et un sous-groupe mâle) suivant le protocole choisi : Le groupe PTSD qui recevra 4 chocs électriques dans un nouveau contexte, le groupe conditionnement de peur qui recevra 4 chocs électriques de plus faible intensité et le groupe contrôle seulement exposé au contexte sans chocs électrique. Trois semaines plus tard, toutes les souris sont réexposées au contexte pendant 20min par jour sur 3 jours. Enfin, les souris suivront une batterie de tests comportementaux, les deux semaines suivantes, pour tester différents phénotypes (l’expression de la peur dans le contexte de PTSD, l’anxiété, la mémoire épisodique, l’évitement d’un élément de rappel du contexte de PTSD dans un contexte neutre, la généralisation de la peur à un contexte similaire à celui du PTSD, l’hyperréactivité). Chaque test a une durée maximale de 15min et est effectué un fois. Le test d’hyperréactivité est répété quatre fois en 6 semaines. Les souris effectueront 2 tests comportementaux par jours maximum. Pour les procédures 2 et 3, les animaux seront soumis à une procédure chirurgicale. Cette procédure dure environ 3h sous anesthésie gazeuse. Elle consiste en une injection dans le cerveau et l’implantation d’une fibre optique qui dépassera du crâne de quelques mm (environs 1.25 mm). Cette fibre est nécessaire pour venir activer les neurones à l’aide d’une stimulation lumineuse (LED) et restera donc implanté indéfiniment. Au cours de la chirurgie les souris recevront une injection d’anesthésique local au niveau du crâne, d’analgésique et d’anti-inflammatoire. Pour la procédure 3, deux semaines après la chirurgie, les souris suivront un protocole de PTSD puis de 3 réexpositions au contexte 3 semaines plus tard (cf procédure 1). Les jours de réexpositions, les souris suivront un protocole de stimulation soit au cours des différentes réexpositions soit le matin des réexpositions dans un autre contexte neutre. Les souris de la procédure 2 suivront le protocole de stimulation uniquement, 5 semaines après la chirurgie dans le contexte neutre.La stimulation pour activer les neurones se fera sur l’animal éveillé et vigile. Il s’agira d’une session unique de 10 min (procédure 2) ou de 3 sessions de 10min (1 session par jour sur 3 jours ; procédure 2 et 3). Cette stimulation n’est pas ressentie par l’animal et n’aura aucun effet néfaste.

Impact sur les animaux

Le PTSD est caractérisé en psychiatrie par une persistance de différents symptômes envahissants sur une durée de plus d’un mois. Lors de la mise au point du modèle, nous serons donc tenus de montrer la persistance de différents symptômes sur le long terme. La batterie de tests comportementaux demande de sortir les animaux de leur cage pour les mettre dans de nouveaux environnements inconnues et parfois lumineux, bruyant ou leur rappelant l’évènement aversif. Les tests peuvent donc entrainer un stress ne persistant pas lors de leur retour en cage d’hébergement. Il a de plus été montré à plusieurs reprises que la mobilité des souris ayant suivit un protocole de PTSD était réduite lors de l’exploration dans différents contextes comparé à des souris n’ayant pas subis d’évènement aversif et ce plusieurs jours à plusieurs semaines après. Les souris montreront des comportements de peur associés au contexte aversif encore un mois après le conditionnement. Toutefois, les souris ne devraient pas montrer de perte de poids importante lié à l’induction du PTSD ni de signes de mal-être dans la cage d’hébergement. Le modèle de PTSD a montré son efficacité dans plusieurs études ultérieures. Pour cela, les souris ont été hébergées seules au moins 14 jours avant le début des expérimentations. Nous hébergerons donc les souris en cages isolées afin de reproduire le modèle de PTSD et d’obtenir la même symptomatologie mais ceci risque d’induire un stress supplémentaire prolongé. Toutefois, les cages seront transparentes, rangées les unes à côté des autres et se trouveront sur un portoir ouvert. Les souris pourront donc se voir, s’entendre et se sentir. De plus, cette étude nécessite d’effectuer des chirurgies au niveau du cerveau. Les souris auront besoin de quelques jours pour se remettre de la chirurgie et de deux semaines avant toutes autres procédures. Le cerveau n’étant pas sensible, la douleur liée à la chirurgie sera dû à l’incision de la peau du crâne et les petits trous effectués dans le crâne. Enfin, la stimulation lumineuse ne sera pas ressentie par les animaux et n’aura aucun effet néfaste mais demandera de brancher les animaux à un câble ajoutant une gêne dans les déplacements tant que l’animal n’y est pas habitué. Les souris seront donc habituées au branchement dans leur cage d’hébergement plusieurs jours avant la stimulation. Cette habituation sera accompagnée d’une récompense alimentaire.

Devenir

Les 210 animaux de la procédure 1 seront euthanasiés. Les souris étant isolées pour l’ensemble de la procédure afin de reproduire un modèle de PTSD existant et ayant été validée dans différentes études, il ne sera pas possible de les regrouper à la suite de cette procédure. En effet des souris regroupées après isolement deviennent agressives et tendent à se battre violemment. En fin de procédures 2 et 3 tous les animaux seront destinés à l’étude immunohistochimique. Pour cela, nous devons fixer le cerveau avec une solution de paraformaldéhyde injecté dans la circulation sanguine de l’animal euthanasié. Cette solution de paraformaldéhyde est nécessaire à la fixation des tissus afin qu’il n’y ait ni dégradation ni modification post mortem. Cela nous permet de récupérer les cerveaux et de les conserver pour confirmer le site d’injection lors de la chirurgie ainsi que faire d’autres études histologiques à la fin des procédures. Sans cela nous ne pourrons pas montrer que les résultats obtenus sont une conséquence de l’activation de la zone cérébrale visée.

Remplacement

Aucune méthode alternative in vitro n’est disponible à ce jour pour répondre à la problématique posée. Le PTSD chez l’animal, comme modèle de pathologie psychiatrique humaine, repose sur l’observation du comportement de l’animal vivant.

Réduction

Les effectifs sont optimisés, les observations comportementales nécessitent une taille d’effectif suffisant compte tenu de la variabilité inter-individuelle (n=35 sujets par groupe). Ne pouvant nous appuyer sur aucune étude conte tenue de la variabilité entre mâle et femelle, nous sommes obligé de les considérer comme des groupes séparés. Les procédures 1 et 2 sont des procédures préliminaires qui nous permettront d’arrêter l’étude si les résultats ne vont pas dans le sens attendu et nécessaire pour la suite.

Raffinement

Le stress traumatique appliqué aux animaux, chocs électriques de 2sec à 1.5 mA dans un contexte inconnu, peut être qualifié de moyen, en raison de sa brièveté. Les conditions d’élevage des animaux seront optimales au regard des normes en vigueur. Tous les animaux seront hébergés dans des cages individuelles avec enrichissement du milieu (cabanes, smarthome® et tubes). Les expérimentateurs sont experts dans la préhension/contention des souris et sont soucieux d’éviter tout stress lors de la réalisation des procédures. Pendant la chirurgie, les animaux sont sous anesthésie gazeuse, ils sont placés sur une couverture chauffante pour éviter toute hypothermie et leurs cornées sont protégées de la déshydratation par un gel. Les animaux resteront pendant deux semaines dans leur cage après la chirurgie sans aucune manipulation excepté pour le change des cages afin qu’ils puissent se remettre de la procédure. Un antidouleur (buprénorphine à 0.1mg/kg) sera injecté en sous-cutané en fin de chirurgie et les souris seront monitorée tous les jours pendant la semaine qui suit afin de vérifier que nous n’atteignons pas le point limite.

Choix des espèces

Le choix de la souris se justifie par la similarité entre la neurobiologie humaine et la neurobiologie murine, par l’expérience du laboratoire dans l’évaluation comportementale des rongeurs ainsi que dans la mise en application de la stimulation optogénétique. La zone ciblée dans cette étude (cortex infralimbique) est un équivalent fonctionnel du cortex préfrontal ventromédian chez l’Homme. Les souris C57/BL6N seront adultes (âgées de 10 semaines) à J0 de l’expérimentation afin de comparer les effets chez des animaux dont le phénotype comportemental est stabilisé (période neuro-développementale terminée).