Système nerveux

Entraînés à s'auto-administrer de la cocaïne par voie intraveineuse jusqu'à deux heures par jour pendant plusieurs mois, avec chocs électriques et stress de contention répétés, 1 024 rats vont être utilisés dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue pour prélever leur cerveau. Une partie subit une chirurgie d'implantation d'un cathéter et d'une fibre intracérébrale pouvant durer deux heures trente, ainsi qu'une restriction alimentaire. Le porteur décrit des chocs électriques "légers" et une frustration "transitoire" au moment de replacer les animaux dans les boîtes à drogue. Le projet cherche des marqueurs de vulnérabilité à l'addiction liés à un récepteur présent chez 40 % des Européens.

Objectifs

La dépendance à la cocaïne, un problème majeur de santé publique, se caractérise par le passage d’une consommation récréative à une recherche compulsive et incontrôlée de la drogue. Cette transition s’accompagne de changements dans l’activité de certains neurones. Ces altérations impliquent une molécule présente chez 40 % des Européens, et qui pourrait influencer la vulnérabilité à l’addiction. L’objectif global du projet est de préciser son rôle dans la vulnérabilité à développer une dépendance à la cocaïne ainsi que les mécanismes sous-jacents qui ne sont pas encore élucidés. Plus précisément, les objectifs sont i) de mieux caractériser le rôle de cette molécule dans l’usage compulsif de cocaïne, ii) d’identifier des marqueurs de vulnérabilité au développement d’une consommation compulsive de cocaïne, iii) de tester l’impact d’agents pharmacologiques sur cet usage compulsif dans une perspective thérapeutique.

Bénéfices attendus

La dépendance aux drogues d’abus est un problème majeur de santé publique et leur prévalence s’accroit sans aucun traitement suffisamment efficace à ce jour. Ce projet permettra d’identifier des marqueurs de vulnérabilité au développement d’addictions et en particulier à l’addiction à la cocaïne. A court terme, il permettra d’identifier des marqueurs neurobiologiques ou comportementaux associés à des conduites addictives, grâce à des approches précliniques impossibles à mettre en œuvre en recherche clinique. Ces marqueurs pourraient ensuite permettre d’identifier de potentiels individus à risque afin de mettre en place une meilleure prévention. De plus, tester dans nos modèles comportementaux des composés pharmacologiques capables de cibler l’aspect compulsif de l’addiction pourrait permettre d’établir de nouvelles pistes thérapeutiques pour lequel des données suggèrent un rôle clé dans la vulnérabilité au développement d’un usage compulsif.

Procédures

Les animaux seront soumis à des sessions d’auto-administration intraveineuse de cocaïne de 2 heures maximum par jour, pendant plusieurs mois, au cours desquelles ils recevront parfois un choc électrique d’intensité légère pouvant entrainer un inconfort pendant quelques secondes maximum. Ils seront également soumis une fois et pour 30 minutes maximum, à des tests d’exposition à la nouveauté et à la sensibilité à un stimulus aversif, susceptibles d’entraîner un stress passager. Certains animaux seront soumis à des tests comportementaux quotidiens d’1h maximum par jour, pendant plusieurs mois. Les animaux ne seront pas soumis à plus d’un test de comportement par jour. Les animaux seront soumis à une très légère restriction de nourriture pendant la durée de l’expérience. En outre, certains animaux seront soumis à une ou deux procédures chirurgicales au cours desquelles un cathéter sera implanté dans la veine jugulaire et/ou une injection et implantation intracérébrale sera réalisée. La chirurgie dure environ 30 minutes (pose du cathéter) à 2h30 (injection et implantation d’une fibre optique) puis l’animal aura une semaine minimum pour récupérer. Certains animaux recevront des injections intrapéritonéales de composés pharmacologiques, répétées maximum 9 fois par animal, avec au moins 3 jours d’écart entre chaque injection. Certains animaux recevront des injections intrapéritonéales de cocaïne, répétées maximum 5 fois par animal, avec au moins 1 jour d’écart entre chaque injection. Enfin, certains animaux seront exposés à un stress aigu de contention pendant 1 heure, jusqu’à 4 fois espacées d’une semaine minimum.

Impact sur les animaux

On peut s’attendre à voir l’apparition d’états d’inconfort, de douleur ou de stress passagers chez certains animaux soumis à une privation alimentaire légère, à des chocs électriques d’intensité légère à modérée, ou à un stimulus aversif comme de la chaleur (mais qu’ils peuvent éviter immédiatement en déplaçant leur patte) ou un stress de contention aigu, ou à une chirurgie qui peut se trouver associée à une douleur et inconfort modérés. La frustration transitoire que les animaux pourraient ressentir apparaîtra lors de leur remise dans les boîtes d’auto-administration de drogue.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à l’issue de chaque procédure car les cerveaux seront prélevés pour des expériences ex vivo.

Remplacement

Pour étudier les aspects compulsifs de l’usage de cocaïne, et identifier les mécanismes neurobiologiques mis en jeu, il est essentiel de faire des mesures sur des modèles animaux ayant un système nerveux entier et fonctionnel. Il est crucial d’étudier les comportements et les états émotionnels associés à une prise volontaire de drogue et les états psychologiques associés à ses effets addictifs au plus près de la façon dont ils se manifestent chez l’humain. Ceci ne peut, par essence, être réalisé autrement que sur des animaux vivants, ayant une connectivité physiologique intègre entre les différentes régions du cerveau et un degré de développement de leurs fonctions émotionnelles et cognitives suffisant pour en faire des modèles d’étude pertinents.

Réduction

Dans nos études et la plupart des travaux sur l’usage compulsif de cocaïne chez le rat en général, seule une fraction des animaux (environ 15%) vont développer des signes d’addiction à la cocaïne. Il est donc nécessaire de tester au moins 40 animaux pour obtenir un minimum d’environ 6 individus compulsifs, respectivement, par groupe expérimental, sexe et conditions pour obtenir des résultats statistiquement robustes. Un groupe contrôle adapté d’animaux sera systématiquement prévu pour chaque jeu d’expériences et sera spécifique de chaque condition expérimentale testée. Le nombre d’animaux par groupe se base d’une part sur notre expérience solide des procédures et des modèles et souches d’animaux qui seront utilisés dans ce projet, et d’autre part sur la littérature, très abondante sur le sujet et dans laquelle les mêmes souches de rats sont couramment utilisées. Notre expérience en chirurgie intracérébrale, études comportementales et marquages cellulaires nous a déjà permis de réduire cette variabilité et de mieux la prendre en compte pour l’expliquer. Les paramètres mesurés seront ensuite comparés entre groupes, sexes et conditions pour comparer les groupes. Les animaux ne pourront pas être réutilisés car leurs cerveaux seront systématiquement prélevés à l’issue des expériences pour effectuer des vérifications et mesures de marqueurs neurophysiologiques. Sur cette base, nous nous efforcerons de réduire au minimum le nombre d’animaux utilisés en ajustant au mieux les protocoles expérimentaux et les analyses statistiques pour obtenir des résultats statistiques robustes tout en tenant compte de la variabilité inter-individuelle des animaux testés.

Raffinement

Avant chaque expérience nous passerons plusieurs jours à manipuler les animaux afin de les habituer à l’expérimentateur et à la manipulation. Il y aura, sauf circonstance imprévue, seulement un expérimentateur par groupe expérimental. Pendant toutes les expériences de comportement les animaux seront manipulés très régulièrement (presque tous les jours), ce qui les rend très peu réactifs émotionnellement à la manipulation, et ce qui permet de détecter le moindre changement d’attitude ou l’apparition de signes externes inquiétants. Pour les autres expériences, ils seront laissés tranquille dans leurs cages au maximum et surveillés plusieurs fois par semaine. Concernant les chirurgies, des antidouleurs seront appliqués au moins 30 min avant la chirurgie, durant et après. L’état général et les signes de douleur des animaux seront évalués régulièrement, selon la grille d’évaluation du comité responsable du bien-être animal. Au moins une fois par jour en post-chirurgie pendant 5 jours les animaux sont examinés pour des signes de détresse (changements de posture, yeux plissés, manque de toilettage) et l’incision est examinée pour signes d’infection. Si nécessaire, des doses supplémentaires d’analgésique seront données, du gel nutritif sera donné, de la litière douce sera utilisée, l’enrichissement sera renforcé par trois enrichissements (bloc de bois, tunnel en carton et brique en T), et une réhydratation sous-cutanée sera réalisée. Si au bout de 24h le traitement s’avère inefficace et les points limites atteints les animaux seront mis à mort. Pour l’ensemble du projet une pesée quotidienne et l’utilisation des traitements décrits ci-dessus seront appliqués en cas de dégradation de l’état de l’animal avant atteinte des points limites. Pour les animaux en hébergement individuel, il y aura renforcement de l’enrichissement (bloc de bois, tunnel en carton et brique en T), et un contact humain impliquant une manipulation douce quasiment quotidienne, et contacts auditifs, visuels et olfactifs avec les autres rats, car les cages sont transparentes et l’hébergement individuel n’est pas complètement hermétique. Les points limites correspondant au score 1 selon la grille d’évaluation conduiront à la mise au repos avec surveillance quotidienne de l’état et du poids, et mise à disposition de gel nutritif dans la cage si dénutrition. Les points limites correspondant au score 2 selon la grille d’évaluation conduiront à la mise à mort par dose létale de CO2.

Choix des espèces

Les rongeurs sont les meilleurs modèles, jusqu’à présent, sur lesquels on peut étudier les comportements liés à la psychiatrie, dont l’élevage et le maintien en bonnes conditions reste pratique à réaliser en laboratoire, et dont on sait également manipuler le génome (pour étudier notamment le rôle des sous-unités nicotiniques dans le cadre ce projet). Le rat est, en outre, un modèle particulièrement intéressant lorsqu'on souhaite étudier des fonctions cognitives complexes et particulièrement pour des tests cognitifs basés sur nos technologies sur une longue période qui présentent une forte valeur translationnelle. Les animaux seront utilisés à l’âge adulte (à partir de 8 semaines), afin que le développement de leur cerveau soit suffisamment mâture pour la réussite et la reproductibilité des interventions, et l’homogénéité de leur comportement.

472 souris vont être utilisées, toutes tuées, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, pour étudier l'effet préventif d'une molécule sur la douleur. Toutes reçoivent une injection de la molécule ou d'un placebo, 252 subissent une incision de la peau de la patte au scalpel et 220 une injection d'un composé inflammatoire. La sensibilité est mesurée avant et après par des filaments pressés sur la patte. Les animaux sont tués moins de dix-huit heures après l'intervention pour prélever leurs tissus.

Objectifs

Depuis 2013, notre équipe travaille sur une molécule nommée Tafa4, dont la perte de fonction chez la souris transforme une douleur aigue (inflammatoire, neuropathique ou post-opératoire) en douleur chronique. Nous avons aussi constaté que l'injection de Tafa4 permettait de réduire l'hypersensibilité mécanique suite à une lésion. Cette molécule a donc une forte valeur thérapeutique et notre équipe de recherche se propose d'étudier et de comprendre les mécanismes moléculaires à l'origine de cet effet. Récemment, nous avons montré que l'injection de Tafa4 avant une lésion post-opératoire empêchait la mise en place de l'hypersensibilité mécanique chez la souris. Ainsi, ce projet possède un double objectif. D'une part de comprendre comment la preinjection de Tafa4 empêche la mise en place de l'hypersensibilité mécanique, augmentant encore son potentiel thérapeutique. D'autre part, cet effet préventif est le modèle parfait pour comprendre comment l'hypersensibilité mécanique se met en place, ce qui est une question biologique ouverte depuis des années et qui serait à même d'avoir une incidence sur la prise en charge de certaines douleurs.

Bénéfices attendus

Le but final est que TAFA4 soit prescrite comme une molécule antidouleur en clinique. De plus, comprendre quels types cellulaires permets la mise en place de l'hypersensibilité ouvrira un nouveau panel de solutions pour la prise en charge de patients souffrant de douleurs chroniques.

Procédures

Afin d’étudier l’effet préventif de TAFA4, nous serons amenés à injecter la molécule (ou un placebo) en sous-cutanée sur toutes les souris (472). 252 d’entre-elles seront opérées chirurgicalement sous anesthésie générale. L’anesthésique sera administré par voie intra-péritonéale. La chirurgie consiste en une fine incision de la peau de la patte avec une lame de scalpel. Pour le modèle inflammatoire, nous injecterons un composé inflammatoire dans la patte de la souris sur 220 d’entre-elles. Ces interventions dureront moins de 20 minutes. Un jour avant et un jour après ces procédures, nous mesurerons la sensibilité au niveau de la patte des animaux grâce à des filaments exerçant une pression donnée.

Impact sur les animaux

Les animaux seront amenés à recevoir l’administration de composés par injection intra-péritonéale et sous-cutanée. L’injection de ces produits n’entraine pas d’effet indésirable sur les animaux mais la contention et l’injection peut générer un stress chez les souris. De plus, nous utiliserons des modèles lésionnels mimant une lésion inflammatoire ou post-opératoire qui pourraient entrainer une douleur légère qui n'a pas d'incidence sur le comportement de l'animal. Le test d'hypersensibilité appelé test de Von Frey engendrera un léger stress et au cours duquel on évoquera une contrainte sur une patte. Toutes ces procédures seront réalisées par un personnel qualifié et expérimenté et tout sera mis en oeuvre pour minimiser la nuisance provoquée.

Devenir

Les animaux seront mis à mort car nous devons prélever leurs tissus qui seront par la suite analysés. En effet, l’analyse est indispensable pour comprendre les mécanismes de la douleur et notamment l’effet préventif de TAFA4.

Remplacement

La thématique principale de notre laboratoire étant de comprendre la physiologie de la douleur, notre projet nécessite l’utilisation d’animaux et ne peut recourir à des stratégies de remplacement par des méthodes non animales. En effet, la douleur ne peut être dissociée du système physiologique global de l’animal. L’étude comportementale, constituant le point de départ de notre étude, est le résultat d’une intégration complexe de l’information sensorielle de la périphérie vers des zones spécialisées du cerveau. Ainsi, l’expérimentation animale sur des souris est indispensable à l’étude des phénomènes physiologiques et à la réalisation de notre projet.

Réduction

Des stratégies seront mises en place afin d’éviter ou de limiter l'utilisation subséquente d'animaux supplémentaires tout en obtenant suffisamment de données pour répondre aux questions liées à l'étude. Ainsi, l’élaboration précise des protocoles de comportement et le choix pertinent des contrôles sont des éléments déterminants. Par ailleurs, l’utilisation d’outils statistiques permet d’estimer au mieux le nombre d’animaux nécessaire. Enfin, le contrôle des paramètres environnementaux mais également du statut sanitaire des animaux permettra de limiter la variabilité des résultats expérimentaux obtenus, et ainsi de réduire le nombre d’animaux nécessaire à l’obtention de résultats statistiquement valables. Les procédures décrites sont appliquées depuis plusieurs années au sein de notre équipe et sont maitrisées par les expérimentateurs. Nous avons donc l'expérience nécessaire concernant la réalisation des procédures et l’évaluation de l'impact sanitaire sur les animaux. La qualité de notre plan expérimental ainsi que l’étude détaillée du nombre d’animaux nécessaires à l’obtention d’un résultat scientifique statistiquement valable nous permettent d’optimiser le nombre d’animaux utilisés. Nos études se concentreront essentiellement sur la peau de la patte, mais nous utiliserons également d'autres tissus de chaque animaux pour pouvoir avancer sur d'autres projets parallèles.

Raffinement

Les souris utilisées dans ce projet seront élevées en groupes sociaux, dans un environnement enrichi (coton et/ou dôme) pour optimiser les conditions d’hébergement et favoriser un comportement normal afin de diminuer au maximum le stress des animaux. Les élevages sont effectués au sein de notre établissement agréé et 5 personnes sont dédiées à l’organisation et l’entretien des élevages. De ce fait, l’état sanitaire et environnemental des animaux sont contrôlés tous les jours. Nous avons recours à l'anesthésie lors du procédé chirurgical et des soins préopératoires adéquats sont administrés. Les procédures expérimentales seront planifiées (disponibilité des locaux d'expérimentation, du matériel, période d'acclimatation des animaux aux pièces d’expérimentation), ce qui permettra de diminuer le stress des animaux et de favoriser la validité des expériences. Après une lésion, de la nourriture humide sera placée au sol pour éviter que les animaux ne se dressent sur leur patte lésée. Enfin, des points limites les plus précoces possibles seront établis en fonction des tests de comportements utilisés. Moins de 18 heures après l'intervention sur les animaux, ceux-ci seront mis à mort.

Choix des espèces

Chez la souris, les populations de neurones spécialisés dans l’intégration des stimuli douloureux sont similaires à celles décrites chez l’homme. De plus, différents tissus impliqués dans l'intégration nociceptives (peau, neurones sensoriels et moelle épinière) sont parfaitement décrit chez la souris. Il est clairement admis et recommandé par la communauté scientifique que les expériences de comportement soient réalisées sur des individus ayant atteint leur maturité sexuelle et âgés de 8 semaines. A ce stade du développement, le système sensoriel primaire arrive à maturation avant tous les autres, aussi c'est à ce stade que nous avons choisi de réaliser nos expériences. Ainsi, les animaux auront été commandés à 7 semaines auprès du fournisseur agréé de manière à ce qu'ils s'acclimatent à notre animalerie.

144 souris vont être utilisées, toutes tuées, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, soumises six semaines durant à un stress chronique léger imprévisible destiné à induire un état dépressif. Chaque animal subit quatorze prélèvements de glycémie par incision de la veine caudale, des isolements et des injections quotidiennes. Le protocole cible les femelles, seules à développer une insulinorésistance dans ce modèle. Le porteur écrit que le raffinement restera limité, l'objectif même du projet étant l'induction d'une symptomatologie dépressive.

Objectifs

La dépression est un problème majeur de santé publique, associé à un risque accru de maladies cardiovasculaires, métaboliques et à une mortalité élevée. La résistance à l’insuline semble jouer un rôle clé dans ces comorbidités, et elle pourrait aussi moduler la réponse aux traitements antidépresseurs. Les mécanismes liant dépression, insulinorésistance et neuroinflammation restent mal compris. Nous avons développé un modèle murin combinant symptômes dépressifs et insulinorésistance sans obésité, basé sur le stress chronique léger imprévisible ppliqué pendant six semaines. Ce modèle induit un état dépressif chez les deux sexes, mais seules les femelles présentent une insulinorésistance et une hyperinsulinémie. Le projet proposé vise donc à (1) évaluer l’effet de traitements antidiabétiques et insulino-sensibilisateurs sur les paramètres métaboliques et le comportement dépressif, et (2) étudier les mécanismes reliant insulinorésistance, neuroinflammation et dépression chez les souris femelles.

Bénéfices attendus

La dépression majeure est associée à une morbidité élevée, un handicap psychique et une mortalité accrue, incluant les événements cardiovasculaires liés à des altérations cardiométaboliques, notamment la résistance à l’insuline. Les mécanismes physiopathologiques liant dépression et insulinorésistance restent mal connus, limitant le développement de biomarqueurs et de stratégies thérapeutiques ciblées. L’étude des interactions entre dépression, insulinorésistance et régulation métabolique dans un modèle murin permettra de mieux comprendre ces mécanismes. L’approche pharmacologique combinera plusieurs stratégies actuellement utilisées en clinique ou en phase de développement. Ces interventions visent à améliorer la sensibilité à l’insuline, à moduler le risque cardiométabolique et à influencer des processus biologiques liés à la dépression, comme l’inflammation et la signalisation neuro-métabolique. Leur évaluation intégrée dans un même modèle permettra de caractériser les liens mécanistiques entre dysfonction métabolique et comportements dépressifs, et d’identifier des pistes thérapeutiques agissant sur les dimensions psychiatriques et cardiométaboliques de la maladie.

Procédures

Pour chaque test de glycémie, une petite incision à la veine caudale sera réalisée après avoir appliqué un anesthésique local et la quantité de sang total prélevée à un moment donné sera d’environ de 2 à 2,5 μL afin de pouvoir réaliser une mesure à l’aide du glucomètre. Ce type de prélèvement durera 3-4 secondes et aura lieu 14 fois par animal (2 x 7 prélèvements à 5 jours d’intervalle). Pour ces tests faisant intervenir une mesure de glycémie, un isolement de 6h préalable sera nécessaire pour effectuer un jeun. Le test en lui-même dure 2h, l’isolement total sera de 8h. Pour les tests comportementaux, ceux-ci sont indispensablesindispensable afin de pouvoir évaluer l’induction du syndrome dépressif. Aucun prélèvement ne sera effectué, la nuisance principale de ces tests étant l’isolement (30 minutes à 2h en fonction du test). Lors des traitements pharmacologiques quotidiens, une injection de 200 µl pour une durée maximum de 5 secondes sera effectuée.

Impact sur les animaux

Le présent travail a pour base l’induction d’une symptomatologie dépressive, à travers des stress répétés, d’intensité légère, de survenue aléatoire pour les animaux. Maintenant que nous maîtrisons le modèle nous sommes susceptibles d’observer : une perte d’envie une diminution de l’appétit une baisse d’énergie une apathie Dans le même sens, il subsiste un risque rare de déshydratation et de perte pondérale (moins de 10% de la masse initiale).

Devenir

Les animaux sont mis à mort à la fin de la procédure afin de procéder aux analyses post-mortem et déterminer les mécanismes d’actions mis en jeux.

Remplacement

La dépression et les maladies cardiométaboliques potentiellement associées, peuvent être vues dans une approche systémique, avec des conséquences négatives sur de nombreux tissus et organes. Afin d’explorer au mieux cette dimension multi-systémique, il est indispensable de travailler sur l’organisme vivant en entier ce qui justifie ainsi la nécessité de réaliser des expérimentations in vivo. Ainsi, aucun modèle cellulaire ne peut être utilisé pour substituer totalement l’utilisation de modèles animaux.

Réduction

Pour réaliser ce travail, nous nous nous sommes basés sur des études antérieurement publiées et notre expérience acquise lors de la mise au point du modèle. Sur les 17 articles pertinents retrouvés, 11 ont portés sur des souris C57BL/6. Les tailles d’échantillon (pour les souris soumises au UCMS) variaient de 07 à 64, avec une médiane de 22,5 par condition/sexe. Au vu de ces éléments et de notre expérience préalable, en considérant l’éventualité de souris ne répondant pas au protocole UCMS, c’est-à-dire ne présentant pas de signes de dépression lors des tests comportementaux, nous avons défini à 24, le nombre de souris UCMS par groupe nécessaire à notre projet. La significativité statistique entre plusieurs groupes sera déterminée par une analyse de variance suivie d’un test de Tukey-Kramer. Dans le cas où un test non paramétrique serait nécessaire, nous utiliserons le test non paramétrique de Mann-Withney.

Raffinement

Avant la mise en application des épreuves constitutives UCMS, et ce pendant deux semaines (entre la 10ème et la 12ème semaine d’âge de la souris), les animaux seront placés par groupes de quatre dans des cages avec contrôle de la température et de l’humidité (22 ± 2°C, et 65 ± 5%), avec un accès ad libitum à la nourriture et à l’eau de boisson, et des alternances lumières/obscurité de 12h (lumière à 7h du matin, obscurité à 7h du soir).Cependant, le raffinement sera limité du fait de l’objectif du projet, en l’occurrence l’induction d’une symptomatologie dépressive. Pendant la période d’administration UCMS, les souris seront hébergées en cages individuelles en journée afin de subir les différents stresseurs puis retourneront dans leurs cages d’origine pour la période obscurité.

Choix des espèces

L’étude d’une pathologie a pour but d’en comprendre les mécanismes afin d’établir des stratégies thérapeutiques applicables à l’espèce humaine. Dans ce sens, dans le cadre de la recherche fondamentale, il paraît déterminant de choisir un modèle animal dont la physiologie et la physiopathologie sont le plus proche possible de celles de l’Homme. C’est le cas pour la souris, qui sur le plan neurobiologique et métabolique, présente de multiples similarités avec de l’Homme. De plus, cette espèce animale fait partie des espèces les plus étudiées dans la littérature scientifique, notamment en ce qui concerne les maladies mentales (dont la dépression et la schizophrénie), ce qui diminue le risque de duplication inutile de travaux et veille à réduire au mieux le nombre d’animaux utilisés. L’induction de la symptomatologie dépressive par stress chronique léger imprédictible sera réalisée chez des souris de douze semaines. Ce stade correspond à des souris jeunes adultes et est idéal pour induire tout type de conditionnement chez la souris puisque d’après la littérature, ce type d’expérimentation montre son efficacité maximale chez des animaux âgés de 12 à 24 semaines. Considérant une durée de stress de six semaines, suivie de trois semaines de traitement pharmacologique, les souris seront âgées de 20 semaines à la fin de la procédure. Les tests comportementaux inhérents à la vérification de la validité du modèle seront réalisés dans les trois semaines après chez toutes les souris, et les prélèvements finaux à 23 semaines de vie.

1 800 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une partie reçoit une injection destinée à déclencher une inflammation de la moelle épinière, l'autre subit en plus une chirurgie de 45 minutes reproduisant un traumatisme cervical, suivie d'une paralysie transitoire, d'une perte allant jusqu'à 20 % du poids et, pour 1 % des animaux, d'une automutilation de la patte. Le projet veut savoir si une inflammation préalable modifie la récupération après un tel traumatisme. Toutes sont tuées pour prélever la moelle épinière et l'analyser.

Objectifs

Les lésions de la moelle épinière au niveau cervical sont relativement fréquentes chez l’homme, entrainant des problèmes au niveau locomoteur ainsi qu’au niveau du contrôle neural de l’activité respiratoire et cardio-vasculaire, représentant ainsi la première cause de mortalité chez les patients. Une restauration partielle spontanée de l’activité respiratoire, cardiovasculaire ainsi que locomotrice peut être observée après lésion incomplète au niveau cervical, principalement due à une réorganisation des connexions nerveuses restantes. Cette récupération reste modeste et peut être fortement influencée par l’état médical antérieur des individus, notamment lorsqu’une maladie ou un épisode inflammatoire a déjà sollicité le système immunitaire de la moelle épinière. Dans ce cas, la réponse immunitaire à un traumatisme ultérieur ne sera pas la même que chez un individu dont le système immunitaire spinal est sollicité pour la première fois. Il est donc nécessaire d’identifier l’impact d’une atteinte inflammatoire préalable de la moelle épinière sur les processus inflammatoires et plastiques déclenchés à la suite d’un traumatisme de la moelle épinière.

Bénéfices attendus

Les traumatismes cervicaux de la moelle épinière entraînent des déficits respiratoires et cardiovasculaires majeurs, altérant fortement la qualité de vie des patients. Les résultats attendus de ce projet se situent à l’interface entre recherche fondamentale, recherche préclinique et applications cliniques, et visent à améliorer la compréhension des mécanismes qui limitent la réparation du système nerveux après un traumatisme de la moelle épinière. L’identification de ces processus permettra d’approfondir nos connaissances de la physiopathologie des lésions de la moelle épinière et d’orienter le développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblant spécifiquement les mécanismes neuroinflammatoires et neuroplastiques impliqués dans la récupération. Un apport majeur de ce projet réside dans la comparaison entre les animaux présentant une neuroinflammation de la moelle épinière préalable et ceux subissant uniquement le traumatisme de la moelle épinière. Les différences attendues dans la réponse inflammatoire et dans les capacités de réparation entre ces groupes mettront en évidence l’importance de l’état immunitaire initial de la moelle épinière. Ces résultats soutiendront l’idée que le passif inflammatoire d’un patient constitue un déterminant crucial de sa trajectoire de récupération et qu’il doit être pris en compte pour optimiser les interventions thérapeutiques. À terme, ce projet contribuera ainsi à promouvoir des stratégies de médecine de précision, mieux adaptées au profil de chaque patient et potentiellement plus efficaces pour améliorer les fonctions perdues.

Procédures

Les animaux seront soumis à l’une des deux procédures. Une partie des animaux recevront une injection d’un composé permettant d’induire une neuroinflammation. Différentes concentrations de ce composé seront testés afin de déterminer la concentration permettant d’induire une neuroinflammation spinale significative chez nos animaux, sans induire de phénotype pathologique délétère. Cette concentration sera déterminée dans cette procédure grâce à des tests comportementaux (maximum 2 par animal, d’une dizaine de minutes chacun), ainsi que des évaluations fonctionnelles neuromusculaires (force de contraction et excitabilité neuromusculaire, durant une dizaine de minutes chacune). L'autre partie des animaux seront injectés avec le composé à la concentration déterminée précedemment, puis recevront une chirurgie sous anesthésie générale (chirurgie durant environ 45 minutes), permettant de créer le modèle préclinique de trauma de la moelle épinière cervicale, afin de mimer la pathologie humaine. Ces animaux seront ensuite eux aussi soumis à des tests comportementaux et fonctionnels.

Impact sur les animaux

Les nuisances attendues ou effets indésirables pouvant être attendus sur les animaux sont : - Stress et douleur potentiellement induits par l’administration en intra-péritonéal du composé testé sur souris vigile en contention. - Paralysie transitoire des pattes avant et arrière du côté lésé suite à la lésion de la moelle épinière cervicale. Cette paralysie est transitoire et disparaît en l’espace d’une semaine, permettant à l’animal de retrouver une locomotion comparable à celle observée avant la lésion spinale. - Perte de poids jusqu’à 20% du poids initial durant la première semaine après lésion de la moelle épinière cervicale. - Autophagie de la patte arrière contralatérale à la lésion spinale (1% des animaux).

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin du protocole, et les tissus récupérés pour être utilisés dans des analyses tissulaires, cellulaires et moléculaires

Remplacement

À l’heure actuelle, il n’existe aucun modèle expérimental permettant d’étudier de manière pertinente et intégrée les réponses physiologiques complexes autrement qu’à travers des organismes vivants. Les connectivités neuronales et les interactions neuro-immunitaires impliquées dans ces processus ne peuvent être reproduites ni par des modèles in vitro, ni par des approches in silico. De plus, les manipulations nécessaires à l’étude de ces mécanismes, telles que l’intervention sur certains systèmes de neurotransmission ou les analyses neurochimiques en conditions physiologiques, ne peuvent pas être réalisées chez l’être humain. En l’absence d’alternative scientifiquement valable, l’utilisation de modèles animaux demeure indispensable pour répondre aux objectifs du projet.

Réduction

L’étude repose sur l’analyse de l’influence d’un état inflammatoire spinal préexistant sur la récupération fonctionnelle après une lésion cervicale incomplète de la moelle épinière, un concept encore peu exploré nécessitant une approche intégrative in vivo. Le protocole expérimental a été spécifiquement conçu afin de limiter le nombre d’animaux au strict nécessaire, en s’appuyant sur les données déjà disponibles dans la littérature et sur l’expertise du laboratoire concernant la physiopathologie des lésions de la moelle épinière cervicales. Ces connaissances ont permis de définir précisément le niveau et la sévérité de la lésion, ainsi que les fenêtres temporelles d’analyse, afin de réduire la variabilité interindividuelle et d’éviter toute répétition expérimentale non justifiée. Par ailleurs, les mêmes animaux sont suivis longitudinalement pour l’évaluation des paramètres comportementaux et respiratoires, ce qui permet de maximiser la quantité de données obtenues par individu et de réduire le nombre total d’animaux requis tout en garantissant la robustesse statistique de l’étude.

Raffinement

L’ensemble des procédures expérimentales a été élaboré afin de minimiser la contrainte imposée aux animaux et de préserver leur bien-être tout au long de l’étude. Le choix d’un modèle de lésion cervicale incomplète de la moelle épinière permet d’induire des déficits fonctionnels pouvant être compensés physiologiquement chez les animaux, évitant ainsi des atteintes sévères et prolongées. Les interventions chirurgicales sont réalisées sous anesthésie générale, associée à une analgésie péri- et post-opératoire adaptée, et les paramètres opératoires ont été optimisés sur la base de l’expérience du laboratoire afin de limiter la durée de la chirurgie et les manipulations. Le suivi fonctionnel repose majoritairement sur des évaluations comportementales et respiratoires non-invasives, réalisées chez les mêmes animaux au cours du temps, ce qui permet de limiter les manipulations et d’éviter des procédures supplémentaires. Enfin, l’état clinique des animaux est surveillé quotidiennement après la lésion de la moelle épinière, et les conditions d’hébergement et de manipulation sont adaptées afin de réduire le stress, favoriser la récupération fonctionnelle et assurer une prise en charge individualisée, conformément aux principes de raffinement. Des tissus de moelle épinière seront de plus récupéré après mise à mort des animaux afin poursuivre en profondeur cette étude par des expérimentations moléculaires et cellulaires.

Choix des espèces

Nous utilisons cette espèce pour plusieurs raisons : 1) Plusieurs élevages de souris de laboratoires sont disponibles 2) Grâce à leur petite taille et leur cycle de vie court, les conditions environnementales peuvent être contrôlées de la naissance à l’âge adulte 3) Les souris constituent un modèle reproductible d’étude de la neurobiologie respiratoire et cardiovasculaire 4) Les souris ont un taux de mortalité faible (moins de 2%) suite à une lésion médullaire cervicale 5) Les souris présentent une récupération motrice très rapide suite à une lésion médullaire cervicale 6) Un des aspects clés du programme de recherche concerne les voies nerveuses phréniques croisées (voies respiratoires), données publiées dans la littérature 7) Les souris et les humains partagent plusieurs caractéristiques communes dans le contrôle du système respiratoire et cardiovasculaire, ce qui en fait un bon modèle préclinique. Les animaux utilisés seront des souris jeunes adultes (âgées de 8-12 semaines) afin de s’affranchir de toutes incidences liées au développement de l’individu. La nécessité d’avoir un sujet adulte s’avère indispensable afin d’étudier de manière précise les effets de potentielles futures stratégies réparatrices qui pourront être appliquées sur des patients humains adultes.

Toutes tuées après le suivi de leurs fonctions locomotrices, 530 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent des injections de vecteurs viraux dans le liquide céphalorachidien ou les muscles des pattes arrière, puis passent des tests de démarche, de sensibilité et de force pendant plusieurs mois. Le projet teste des approches de thérapie génique contre deux formes de la maladie de Charcot-Marie-Tooth, sur des souris qui en reproduisent les atteintes nerveuses et musculaires. Le porteur présente une preuve de concept censée déboucher un jour sur des essais chez des patients, la mise à mort servant à examiner les tissus nerveux atteints.

Objectifs

Ce projet a pour but de tester des approches de thérapie génique "ciblant le gène et le type cellulaire atteint " sur des modèles souris de la maladie de Charcot marie tooth (CMT). Il s'agit notamment de déterminer l'effet bénéfique d'injections de vecteurs viraux médicament exprimant un gène thérapeutique.

Bénéfices attendus

L'ensemble de ce projet nous permettra de déterminer si les approches de thérapie génique proposées ont un effet bénéfique pour améliorer ces deux formes de Charcot Marie Tooth (CMT). Il s'agit d'une étude préclinique qui permettra, en cas de bénéfices thérapeutiques, d'établir la preuve de concept de l'efficacité de ce type d'approche de thérapie génique ciblée pour la maladie de Charcot marie tooth (CMT). A plus long terme ces approches pourront être mise en place pour d'autres formes de CMT et déboucher sur des essais cliniques pour les patients atteints de CMT.

Procédures

L'ensemble des animaux (n=530) subiront des injections de type intrathécales au niveau lombaire ou intramusculaires dans les pattes arrières. Ces interventions sont de courte durée (de l'ordre de 5 minutes).

Impact sur les animaux

Les deux types d’injections se feront sous courte anesthésie gazeuse. Ces injections seront réalisées au moyen de fines seringues à insuline et ne nécessite pas d’incision de la peau ou du muscle au préalable. En se basant sur notre expérience et celle de nos collaborateurs ,ces injections entrainent peu d'effets indésirables. Nous espérons notamment retarder voire prévenir l'apparition des symptômes grâce à l'approche thérapeutique que nous proposons. Néanmoins, elles peuvent occasionallement induire une inflammation locale ou légères irritations et ainsi un léger inconfort qui sera surveillé dans les jours suivants l’intervention. Par la suite, les fonctions locomotrices de ces souris seront évalués au cours du temps au moyen de 3 ou 4 tests permettant d'analyser la démarche de la souris, la sensibilité de ces pattes ou encore la force de ces muscles. Ces tests entrainent peu d’inconfort aux souris. L’ensemble de ces tests pour un stade donné, seront effectué sur 3 ou 4 semaines afin de ne réaliser qu’un test par semaine et assurer une récupération aux animaux. Une grille de score sera utilisée pour évaluer différents critères (poids, apparence, comportement général, blessure etc.) rendant compte de l'état de santé général de l'animal. La classification modérée des procédures prend en compte le cumul du phénotype de la souris CMT et des injections et tests effectués chez ces animaux.

Devenir

A l'issu des études comportementales l'ensemble des animaux seront euthanasiés afin de déterminer l'effet bénéfique des thérapies proposés au niveau cellulaire sur les tisssus atteints dans la pathologie de Charcot Marie Tooth (CMT) (diminution de la dégénérescence axonale, réduction des défauts de myéline, etc.).

Remplacement

Il est difficile d'accéder aux cellules de patients du système nerveux périphériques (neurones moteurs et sensitifs et cellules de Schwann) et particulièrement les cellules de Schwann qu'il est impossible de différentier à partir de cellules pluripotentes humaines. Ainsi seuls des modèles souris nous permettent à l'heure actuelle d'établir la preuve de concept des thérapies que nous proposons pour envisager par la suite un essai thérapeutique chez l'homme.

Réduction

Le nombre d'animaux a été limité au minimum nécessaire pour mettre en évidence un effet significatif sur des paramètres de locomotion, force musculaire et vitesse de conduction nerveuse. De plus il s'agit d'une étude longitudinale c'est-à-dire que les mêmes groupes d'animaux seront suivis à différents stades (3,6 et 12 mois) afin de suivre à long terme l'effet bénéfique des thérapies.

Raffinement

Afin d'améliorer le bien être animal au cours de notre étude, les besoins physiologiques des animaux seront respectés (nourriture à volonté, enrichissement, stabulation en petit groupe, analgésiques après injection). Des points limites seront définis et les animaux seront mis à mort lorsqu'ils atteindront le critères d'interruption.

Choix des espèces

La souris reste un des modèles les plus aisés à modifier génétiquement et proche de l'homme (99% des gènes sont homologues). Elle est l'espèce la plus utilisée pour modéliser des maladies neurodégénératives ou neuromusculaires telles que la CMT. Elles développent la plupart du temps des anomalies observées chez l'homme et ont permis de mieux comprendre les mécanismes cellulaires sous-jacents à ces pathologies. Dans notre cas, les lignées utilisées pour la CMT2A et la CMT4H reproduisent la majorité des anomalies cellulaires et comportementales àpartir de 3mois, observés chez ces patients telles qu' une dégénérescence axonale, des défauts locomoteurs et des anomalies de myéline.

Nées immunodéficientes, 360 souris reçoivent dans le cerveau, dès leurs premiers jours de vie, une greffe de cellules issues de tissus de patients épileptiques, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Certaines subissent ensuite l'implantation d'électrodes et un enregistrement cérébral prolongé en cage individuelle, avec un risque d'activité épileptique et de rejet maternel. Le projet veut savoir si des astrocytes humains issus de tissus malades peuvent déclencher une hyperexcitabilité une fois greffés dans un cerveau de souris. Toutes sont tuées à l'issue pour récupérer leurs tissus cérébraux.

Objectifs

Ce projet a pour objectif d’approcher les mécanismes à l’origine de l’épilepsie chez l’homme. Notre laboratoire utilise déjà des tissus réséqués chez des patients souffrant de tumeurs cérébrales ou de dysplasies épileptogéniques ou non, pour préparer des tranches aiguës utilisées en électrophysiologie. Malheureusement, la durée de vie de ces prélèvements n’est que de quelques heures. Nous proposons donc d’utiliser une partie de ces tissus pour isoler et mettre en culture des progéniteurs neuraux qui seront différenciés in vitro en astrocytes humains. Ces astrocytes différenciés ou les progéniteurs seront ensuite greffés dans le cerveau de souriceaux immunodéficients (lignée NOD SCID), où ils pourront s’intégrer dans l’environnement cérébral murin. Dans ce contexte, les cellules humaines pourraient induire localement certaines altérations fonctionnelles caractéristiques de l’épilepsie. Ce modèle permettra d’étudier le rôle spécifique des astrocytes humains dérivés de tissus épileptiques dans les mécanismes physiopathologiques de l’épilepsie sur une durée prolongée. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une collaboration avec les neurochirurgiens de l’AP-HP spécialistes de l’épilepsie.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à mieux comprendre les mécanismes cellulaires et physiopathologiques impliqués dans la dysplasie corticale focale (FCD), une cause majeure d’épilepsie pharmacorésistante chez l’humain. En utilisant des cultures primaires dérivées de tissus humains post-chirurgicaux, ce travail permettra d’étudier de manière unique le comportement des astrocytes humains, dans un contexte épileptique. Les greffes intracérébrales réalisées chez des souriceaux immunodéficients permettront d’évaluer in vivo le potentiel épileptogène des astrocytes humains issus de tissus dysplasiques comparés à ceux issus de tissus non épileptiques. Ces modèles permettront de : déterminer si les astrocytes humains issus de tissus de FCD contribuent à la genèse ou au maintien de l’hyperexcitabilité neuronale ; explorer les mécanismes d’interaction entre astrocytes humains et circuits neuronaux murins ; fournir des données expérimentales inédites susceptibles d’orienter de nouvelles stratégies thérapeutiques, notamment dans les cas d’épilepsie résistante aux traitements médicamenteux ; développer un modèle préclinique pertinent pour tester à terme des approches de modulation cellulaire ou pharmacologique ciblée. Ainsi, les bénéfices scientifiques et médicaux attendus sont considérables, tant sur le plan de la compréhension fondamentale des épilepsies focales que sur le plan de la recherche de nouvelles pistes thérapeutiques.

Procédures

Les animaux (360 souris nouveau-nées immunodéficientes) seront soumis aux interventions suivantes : -Injection intracérébrale de cellules humaines chez le souriceau nouveau-né, réalisée sans ouverture du plan cutané. -Chirurgie cérébrale chez l’animal adulte, comprenant l’implantation d’électrodes intracérébrales. -Enregistrements EEG télémétriques réalisés sur une période prolongée, sans contention. -Procédure terminale permettant la récupération des tissus cérébraux nécessaires aux analyses prévues.

Impact sur les animaux

-Greffe intracérébrale néonatale : cette intervention peut entraîner un stress de manipulation et une douleur aiguë très brève au moment de l’injection, ainsi qu’un inconfort transitoire dans les heures qui suivent. Chez les souriceaux manipulés, il existe un risque de rejet maternel ou de difficultés de tétée dans les 12–24 h suivant la greffe, pouvant se traduire par un retard de croissance ou une altération de l’état général. -Phénotype lié à l’immunodéficience (NOD SCID) : le phénotype immunodéficient peut être associé à une fragilité accrue et à une sensibilité augmentée aux infections opportunistes, susceptible d’entraîner une altération progressive de l’état général (amaigrissement, baisse d’activité), de durée variable selon les individus. -Implantation d’électrodes EEG : cette chirurgie peut provoquer des douleurs post-opératoires modérées pendant quelques jours, ainsi qu’un inconfort local transitoire lié à la cicatrisation et au port de l’implant. Une irritation cutanée au niveau des sutures et/ou du site d’implantation peut également survenir, généralement de courte durée. -Hébergement individuel lié au dispositif télémétrique : l’hébergement en cage individuelle sur une période prolongée peut induire un stress lié à l’isolement social, d’intensité faible à modérée, pendant toute la durée concernée. -Effets biologiques potentiels liés à la greffe : dans certains cas, une activité épileptiforme peut apparaître, pouvant s’accompagner de modifications transitoires du comportement et/ou d’une altération de l’état général (baisse d’activité, amaigrissement), d’intensité variable et de durée variable selon les individus.

Devenir

À l’issue de chaque procédure, tous les animaux sont euthanasiés pour permettre la récupération des tissus nécessaires aux analyses fonctionnelles et histologiques.

Remplacement

L’étude porte sur les mécanismes cellulaires impliqués dans l’épilepsie humaine, et plus particulièrement sur le rôle des astrocytes dérivés de tissus post-opératoires. Ces phénomènes nécessitent un modèle biologique intégrant un réseau neuronal fonctionnel et un environnement cérébral vivant, ce qui ne peut être entièrement reproduit par des approches in vitro. Les cultures cellulaires humaines sont déjà utilisées pour les étapes préliminaires (isolement, différenciation, caractérisation des astrocytes), ce qui limite le recours aux animaux aux seules expériences indispensables pour étudier les interactions entre cellules humaines et tissu nerveux in vivo. Ainsi, le recours à l’animal est restreint à la validation physiologique du modèle.

Réduction

Le nombre d’animaux a été déterminé a priori à partir de calculs de puissance statistique, afin d’obtenir un effectif minimal compatible avec des résultats robustes. Les effectifs par groupe ont été estimés à l’aide du logiciel G*Power, sur la base de : (i) test statistique prévu (comparaisons multiples/ANOVA selon les paramètres analysés), (ii) risque de première espèce α = 0,05, (iii) puissance cible 1−β = 0,90, et (iv) taille d’effet attendue estimée à partir de la littérature et/ou de données antérieures du laboratoire. Ces calculs conduisent à un effectif de 20 animaux par groupe pour les analyses principales. Afin de limiter le nombre total d’animaux, plusieurs mesures de réduction sont mises en place : les mêmes animaux sont utilisés pour collecter plusieurs types de données (EEG in vivo, puis analyses histologiques et/ou fonctionnelles ex vivo selon les cohortes), ce qui évite la duplication d’expériences ; les procédures chirurgicales et les acquisitions sont standardisées entre expérimentateurs pour réduire la variabilité interindividuelle ; enfin, l’organisation en lots expérimentaux est planifiée de manière à maximiser les données obtenues par animal.

Raffinement

Toutes les interventions chirurgicales seront réalisées sous anesthésie générale appropriée et associées à une analgésie systématique. Pour les chirurgies d’implantation d’électrodes EEG, l’anesthésie est réalisée par injection intrapéritonéale de kétamine (95 mg/kg)/xylazine (12 mg/kg), et une analgésie pré-opératoire est administrée par buprénorphine (0,1 mg/kg, S.C.). Une anesthésie locale (pommade EMLA / lidocaïne) est appliquée sur la zone d’incision. La température corporelle est maintenue à 37 °C pendant l’intervention et au réveil à l’aide d’un tapis/couveuse chauffant(e), et les yeux sont protégés par un gel ophtalmique. Après chirurgie, les animaux font l’objet d’une surveillance quotidienne pendant 7 jours permettant de détecter précocement tout signe de douleur, de détresse ou d’altération de l’état général. Les critères d’arrêt (points limites) incluent notamment : perte de poids significative ou retard de croissance, prostration ou baisse marquée d’activité, troubles moteurs persistants, automutilation/grattage au niveau de l’implant ou plaies, signes de déshydratation, ou tout comportement anormal durable. En cas d’atteinte d’un point limite, l’animal est retiré du protocole et euthanasié sans délai conformément aux modalités décrites dans l’item relatif à la mise à mort. Le raffinement de l’environnement repose sur un hébergement adapté avec enrichissement (matériel de nidification) et accès ad libitum à l’eau et à la nourriture. Lorsque l’implantation EEG impose une protection du dispositif et la qualité des enregistrements, un hébergement individuel temporaire est mis en place ; il est limité au strict nécessaire et s’accompagne d’un enrichissement maintenu. Les manipulations sont réalisées par du personnel formé, en limitant la durée de contention et le nombre d’interventions, afin de réduire le stress et l’impact sur le bien-être des animaux.

Choix des espèces

La souris est l’espèce la plus appropriée pour ce projet car elle permet d’utiliser des lignées immunodéficientes compatibles avec la greffe de cellules humaines. Les souris NOD SCID présentent un phénotype immunodéficient caractérisé par l’absence de lymphocytes T et B fonctionnels, sans phénotype dommageable spontané sur le plan moteur ou comportemental dans les conditions d’élevage et d’expérimentation prévues. L’absence de cellules immunitaires limite le risque de rejet des cellules humaines greffées et permet un suivi stable de leur intégration dans un cerveau vivant. Des travaux pionniers utilisant ce type de matériel cérébral humain ont été réalisés par des équipes internationales de recherche, validant ainsi ce choix. Les greffes seront réalisées chez des souriceaux âgés de 1 à 2 jours (P1–P2), car cette fenêtre développementale favorise la survie et l’intégration des cellules greffées dans le tissu cérébral, tout en permettant un suivi prolongé de leur maturation et de leurs effets fonctionnels au cours du développement postnatal.