Système nerveux

Soumises à un maximum de huit tests comportementaux répartis sur sept semaines, dont un jeûne de 24 heures et des nuits en cage individuelle, 180 souris privées d'un gène vont toutes être tuées, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. L'invalidation du gène peut provoquer des crises d'épilepsie après l'âge de 12 semaines, ce qui conduit l'équipe à programmer les tests entre 6 et 12 semaines. L'objectif déclaré est de caractériser le comportement de cette lignée sur la souche CD1, pour disposer ensuite d'un modèle de schizophrénie où tester des traitements. Les tests censés mesurer l'anxiété, la motivation, la sociabilité et la mémoire ne sont nommés nulle part.

Objectifs

Notre projet cherche à mieux comprendre les mécanismes du cerveau impliqués dans la schizophrénie, une maladie psychiatrique complexe qui touche environ 1 % de la population. Cette pathologie se manifeste par deux grands types de symptômes : • les symptômes positifs, comme les hallucinations, les délires ou les troubles de la pensée ; • et les symptômes négatifs, tels que la perte de plaisir (anhédonie), la dépression, le retrait social ou les difficultés de concentration et de mémoire. De nombreuses études montrent que la schizophrénie serait liée à un mauvais fonctionnement de la communication chimique des neurones. Notre recherche s’intéresse à une protéine particulière, qui joue un rôle clé dans le stockage et la libération des messagers chimiques. Si cette protéine fonctionne mal, la communication entre les neurones devient désorganisée, ce qui pourrait contribuer à certains symptômes de la schizophrénie. Pour explorer cette hypothèse, nous utilisons une lignée de souris dépourvues de cette protéine, afin d’étudier comment cette absence modifie leur comportement. Nous mesurons notamment des paramètres liés à l’anxiété, la motivation, la dépression, la sociabilité, la mémoire et l’activité locomotrice, qui peuvent être altérés chez les patients schizophrènes. Certaines de ces évaluations sont déjà commencées sur un autre modèle murin proche, mais nous devrons les valider spécifiquement sur la souche utilisée (CD1), de par la spécialité scientifique et technique de l’équipe de recherche qui va l’utiliser. La caractérisation du comportement de ces souris est nécessaire car le fond génétique peut influencer les résultats et elle permettra d’avoir des connaissances approfondies des symptômes associés au manque de communication neuronal, liée à l’absence de la protéine étudiée. A terme, nous disposerons d’un modèle expérimental complet et pertinent pour tester de nouvelles approches thérapeutiques liées aux maladies psychiatriques

Bénéfices attendus

Les résultats attendus permettront de mieux relier les phénomènes biologiques observés au niveau cellulaire aux comportements mesurés chez l’animal, ouvrant la voie à une approche plus intégrée du fonctionnement cérébral. Ce travail contribuera à la création d’un modèle expérimental de référence, utile pour tester de nouvelles hypothèses et évaluer des traitements innovants ciblant les déséquilibres de la transmission nerveuse. À long terme, ces recherches aideront à mieux comprendre les bases cérébrales des troubles psychiatriques chroniques et à favoriser le développement de thérapies plus efficaces et mieux ciblées, offrant de nouvelles perspectives pour les patients souffrant de schizophrénie ou de pathologies apparentées.

Procédures

Les animaux seront soumis à des tests comportementaux destinés à évaluer les performances sociales, cognitives et émotionnelles dans le modèle de souris invalidées pour un gène potentiellement impliqué dans la schizophrénie. Chaque test dure entre 5 minutes à 1 nuit par session, selon la nature de la tâche, et peut s’étendre sur 1 à 4 jours consécutifs pour les épreuves nécessitant une phase d’apprentissage ou de conditionnement. Une période minimale de 48h sépare deux tests successifs pour éviter toute fatigue ou interférence comportementale. Chaque souris réalisera un maximum de 8 tests comportementaux répartis sur une durée de 7 semaines, pour un temps cumulé d’observation inférieur à 90 minutes par animal. Une partie des animaux recevra un traitement pharmacologique, 10 à 30 minutes avant le test.

Impact sur les animaux

D’après les données disponibles dans la littérature et les observations préliminaires, l’invalidation du gène peut induire des crises d’épilepsie occasionnelles après l’âge de 12 semaines et aussi des troubles émotionnels ou sociaux, tels qu’une augmentation de l’anxiété, une réduction de la sociabilité ou des signes de type dépressif. Les animaux seront soumis à différentes sessions de tests d’une durée comprise entre 5 minutes à 1 nuit, espacées d’au moins 48 heures pour limiter la fatigue et le stress cumulés. Ces tests peuvent générer des stress légers à modérés, liés à l’exposition temporaire à la lumière, la découverte d’un nouvel environnement ou de l’inconfort et de la résignation. Certains tests nécessiteront une mise en cage individuelle temporairement (12 h nocturne ou 24h) afin de mesurer les consommations individuelles de boisson, la préférence sociale ou les comportements compulsifs. Un des tests comprendra un jeûne limité à 24 heures, strictement encadré, avec contrôle du poids (perte inférieure à 10 %) et réalimentation immédiate après le test. Les injections ponctuelles réalisées uniquement sur certains animaux (solution saline ou molécules de référence) peuvent induire un inconfort, voir douleur aigûe légère au moment de l’administration, de courte durée, ainsi que des effets pharmacologiques attendus (légère sédation ou hyperactivité, retrait social, des modifications des perceptions sensori-motrices ou une modification du niveau d’anxiété). Ces effets sont réversibles en moins d’une heure.

Devenir

Toutes les procédures : Les animaux sont mis à mort en fin de procédure afin de réaliser des analyses post-mortem des tissus nerveux.

Remplacement

Il n’existe actuellement aucune méthode alternative in vitro ou in silico permettant de reproduire la complexité des comportements étudiés dans ce projet. Les tests comportementaux envisagés nécessitent d’évaluer des réponses motrices, émotionnelles, sociales et cognitives intégrées, qui ne peuvent être observées que chez un animal vivant et vigile. Les modèles cellulaires ou informatiques permettent d’explorer certains aspects moléculaires ou synaptiques, mais ils ne peuvent pas rendre compte des interactions dynamiques entre circuits neuronaux impliquées dans la régulation du comportement.

Réduction

Le nombre de souris utilisées a été calculé pour obtenir des résultats fiables tout en limitant au maximum le nombre d’animaux. Les expériences tiennent compte des différences entre mâles et femelles et du type de souris étudié (avec ou sans le gène muté). Une première phase servira à valider les tests, puis les autres permettront d’observer les effets du gène seul. Les mêmes animaux seront testés plusieurs fois, sans compromettre leur bien-être ni la qualité des résultats.

Raffinement

Les animaux sont hébergés dans des animaleries agréées dont le fonctionnement est conçu pour maximiser leur confort et limiter toute source de souffrance ou de stress. Les souris sont hébergées en groupes sociaux stables afin de préserver leurs interactions sociales naturelles. Un enrichissement du milieu est systématiquement mis en place dans chaque cage, comprenant des carrés de coton pour la nidation, des tunnels transparents favorisant l’exploration et la cache, ainsi que des barreaux de bois à ronger pour satisfaire les comportements de mastication. Les animaux font l’objet d’une surveillance quotidienne par le personnel zootechnique et les expérimentateurs afin de détecter précocement tout signe d’inconfort, de stress ou d’altération de l’état général (prostration, apathie, comportements anormaux). Les souris seront progressivement habituées à l’expérimentateur et aux environnements de test pour limiter les réactions de peur ou de nouveauté. Les manipulations seront exclusivement réalisées à l’aide de tunnels, méthode reconnue pour réduire le stress et les réactions de défense par rapport à la prise en main directe. Cette approche permet également d’assurer une standardisation des manipulations entre expérimentateurs et d’améliorer la qualité des mesures comportementales. Des points limites clairement définis ont été établis afin de retirer rapidement tout animal présentant un signe de mal-être ou de souffrance.

Choix des espèces

La souris constitue le modèle le plus pertinent pour cette étude, car le gène d’intérêt, dont nous souhaitons caractériser les effets comportementaux associés à des troubles psychiatriques de type schizophrénique, n’est actuellement inactivé que chez cette espèce. L’utilisation d’un autre modèle n’est donc pas possible à ce stade. Des animaux âgés d’au moins 6 semaines, dont le poids est supérieur à 20 g, seront utilisés afin de garantir la maturité complète des systèmes neurobiologiques nécessaires à l’étude. Les tests comportementaux seront réalisés de préférence entre 6 et 12 semaines d’âge, période précédant l’apparition potentielle des crises épileptiques observées chez certains animaux à partir de 13 semaines.

Développer un modèle vendable de neuropathie, d'atteinte rénale et de fonte musculaire liées aux anticancéreux, telle est la finalité annoncée pour 900 rats, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils reçoivent l'anticancéreux de façon chronique, subissent des mesures de sensibilité mécanique de trente minutes, jusqu'à huit prélèvements sanguins et vingt heures en cage métabolique individuelle sans litière. Le porteur décrit une perte de poids musculaire importante, une perte d'appétit, une hypersensibilité à la douleur et une baisse de production d'urine, et signale que les traitements répétés génèrent un stress chronique. L'établissement présente ce modèle comme une ouverture de son "catalogue" d'études précliniques à un domaine où les organes atteints constituent son expertise.

Objectifs

Certaines thérapies anti-cancéreuses ont des effets néfastes sur la fonction rénale, les fibres nerveuses et/ou le poids et la masse musculaire. De nombreuses stratégies thérapeutiques sont en cours d’étude pour limiter ces effets secondaires irréversibles. Pour pouvoir tester ces stratégies, il nous faut mettre en place des modèles animaux adaptés tels qu’un modèle de rats traités chroniquement avec un composé anti-cancéreux pour induire la neuropathie (atteinte nerveuse), la néphropathie (atteinte rénale) et la cachexie (atteinte musculaire) associé aux traitements anti-cancéreux.

Bénéfices attendus

En proposant un modèle de rat d’étude préclinique de neuropathie, de néphropathie, de cachexie associées à l’utilisation d’anti-cancéreux, nous ouvrons notre catalogue à un nouveau modèle d’étude préclinique dont les organes atteints constituent notre expertise et nous permettra l’étude de nouvelles molécules. Également par la mise en place de ce modèle, nous permettrons d’éclaircir les mécanismes mis en place pour le développement de ces atteintes et nous permettrons ainsi un gain de connaissance.

Procédures

Les rats recevront des administrations de divers composés (anticancéreux et composés à tester), les administrations se font sur animal vigile (environ 30 secondes) ou sur animal anesthésié (environ 2 minutes). La composition corporelle est réalisée sur animal vigile et dure environ deux minutes et est indolore et peu stressante. La sensibilité mécanique est réalisée sur animal vigile et dure environ 30 minutes où l'animal est dans une petite cage et un stimulus mécanique est appliqué maximum 5 fois 10 secondes à intervalle de 5 minutes. La force musculaire est réalisée sur animal vigile, cette mesure dure envrion 5 minutes (3 mesures de quelques secondes espacées de 30 secondes). Pour mesurer le débit de filtration du rein, l'animal est anesthésié pendant 5 minutes pour placer le moniteur sur dos et injecter le composé fluorescent puis il est réveillé et maintenu en cage individuelle pendant 2h de mesure. Le moniteur est ensuite retiré et l'animal est remis dans sa cage d'origine. Toutes ces mesures seront réalisées 2 fois durant la période de traitement. En fin de période de traitement, nous récolterons l'urine sur une durée de 20h, l'animal sera donc mis en cage individuelle à métabolisme. Des prélèvements de sang auront lieu jusqu'à 2 fois par semaine (soit 8 prélèvements maximum) , sur animal anesthésié (2 minutes) ou vigile (30 secondes).

Impact sur les animaux

1 – l’intoxication avec l'anticancéreux : les animaux vont être atteints d’effets secondaires altérant leur bien-être tels qu’une perte de poids notamment musculaire importante, une perte d’appétit, une neuropathie se traduisant par une hypersensibilité au stimuli mécanique, une atteinte rénale altérant leur production d’urine et leur prise hydrique 2 - Les mesures réalisées : L’analyse de la sensibilité mécanique au niveau de la voûte plantaire et la mesure de la force musculaire peut induire un inconfort ou possiblement une douleur. La mesure de débit de filtration du rein nécessitant une anesthésie entraine des conséquences sur la prise alimentaire et hydrique les heures suivant le réveil ou la survie si l’animal ne répond pas bien à l’anesthésie. Enfin, la cage métabolique, où l’animal est isolé et dans une cage sans litière peut induire un stress et modifier le comportement de l’animal. La mesure de la composition corporelle consiste à restreindre l’animal pendant quelques minutes dans un tube à contention limitant ses mouvements 3 – Les traitements réalisés à répétition génèrent un stress chronique. Après chaque geste technique, l’état de l’animal sera surveillé : apathie, prostration, agressivité, etc.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort pour pouvoir prélever et analyser les organes cibles.

Remplacement

Les effets secondaires à l’utilisation d’anticancéreux touchent de nombreux organes (neurones, reins, muscles). Nous pouvons reproduire certains effets in vitro en mettant en culture des neurones et en les mettant en contact avec l'anticancéreux. Les atteintes au niveau du rein peuvent être étudiées à partir de culture de cellules rénales in vitro mais le modèle est discutable car il ne mime par réellement l’organisation cellulaire du rein. Ces deux possibilités sont actuellement étudiées mais ne répondront pas totalement au besoin puisque les effets secondaires des anticancéreux sont multiorganiques et nécessitent l’utilisation d’un animal vivant dans son entier.

Réduction

Toutes les procédures nécessaires à la caractérisation des effets secondaires aux anticancéreux ou leurs résolutions, le cas échéant, seront réalisées sur le même animal afin de réduire le nombre d'animaux inclut dans l'étude.

Raffinement

Une double litière sera déposée en fond de cage en cas de polyurie pour éponger l'urine produite au maximum et garantir le confort de l'animal. Dès la première injection de l'anticancéreux, le bien-être de l’animal sera suivi quotidiennement (mesure du poids 3 fois semaines) par les zootechniciens et la SBEA (Structure du Bien Etre Animal). Jusqu'en fin d'étude, des changements significatifs dans le comportement des rats peuvent être annonciateurs de douleur : une démarche altérée ou une posture recroquevillée ou une déshydratation/perte d’appétit ou les yeux mi-clos ou une absence de selles ou une diarrhée, ou une absence de comportement de toilettage ou à l’inverse un léchage excessif ou une sécrétion de porphyrine au niveau du nez et des yeux, entraineront un examen clinique poussé. Si l’état clinique de l’animal venait à se dégrader et atteindre les points limites fixés, ce dernier sera mis à mort. En cas de déshydratation, une injection sous cutanée de solution de réhydratation est envisagée sur 2 à 3 jours maximum au-delà, l’animal sera mis à mort. En cas d’hypothermie, l’animal peut être placé en armoire chauffante pendant maximum 2-3 jours. Les prélèvements de sang effectué en cours et en fin d’étude se feront en respectant les volumes préconisés par les règles éthiques et avec une couverture anesthésique et analgésique adaptée. Une phase d'habituation sera réalisée pour la mise en cage a métabolisme et la mesure de sensibilité mécanique (sans stimulation) pour limiter le stress de l'animal. Parce qu’elle est stressante et peut induire une perte de poids, la procédure impliquant l’utilisation de cage métabolique se fait la veille de la mise à mort. Pour limiter le stress, les cages étant transparentes et les unes à côté des autres, les rats peuvent voir leur congénère à proximité. Mais pour laisser la possibilité au rat de se cacher, un papier occultant à moitié la vue sera positionné sur les cages. Enfin, en cas d'apparition de plaies en cours d’étude, des soins seront réalisés.

Choix des espèces

Le rat est une espèce répondant correctement à l'anticancéreux. Les rats seront commandés à l’âge adulte.

864 souris subissent une neurochirurgie de 45 minutes et 288 une chirurgie viscérale, sous anesthésie et analgésie. Au total 1 792 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées ensuite pour prélever le cerveau ou d'autres tissus. Cinq cent douze d'entre elles passent quatre semaines seules en cage pour un conditionnement opérant, 544 subissent un jeûne de 24 heures, et le régime gras est censé faire grimper leur poids jusqu'à 200 % du poids initial sur vingt semaines. Le porteur annonce des tests comportementaux sur 656 souris, d'une durée de dix à cent vingt minutes, sans préciser lesquels.

Objectifs

L’obésité est problème majeur de santé publique. Cette maladie chronique touche presque 18% de la population française (quasiment la moitié des français.es si l’on compte aussi les personnes en surpoids). Elle s’accompagne de nombreuses comorbidités, notamment le diabète et les symptômes anxieux et dépressifs. On sait aussi que les bactéries de l'intestin (le microbiote) est déréglé dans l'obésité. Afin d’envisager de nouvelles thérapies pour limiter les comorbidités associées à l’obésité, il est nécessaire de mieux comprendre comment le cerveau contrôle le poids corporel et les émotions, et comment l'intestin communique avec le cerveau. Nous voulons tester l'hypothèse selon laquelle certaines cellules du cerveau, appelées cellules gliales, sont sensibles à des molécules produites par le microbiote intestinal. Nous pensons que les animaux mâles et femelles ne répondront pas de la même façon à ces molécules.

Bénéfices attendus

Les informations tirées de la réalisation de ce projet permettront de mieux comprendre la communication entre l’intestin et le cerveau, notamment le rôle de certaines cellules gliales dans les dérèglements métaboliques et cognitifs en réponse à un régime riche en calories. Ce projet a une véritable portée translationnelle dans la mesure où s’ils supportent notre hypothèse, l’utilisation de ces molécules produites par le microbiote (également retrouvés dans le sang humain) pourrait éventuellement être proposée pour traiter des personnes souffrant d’obésité avec présence de diabète ou de symptômes anxieux. De plus, si nos résultats diffèrent entre les deux sexes, cela permettra de cibler une population donnée, ce qui participe à la mise en place d’une médecine de précision.

Procédures

1) Analyse de la composition corporelle sur animaux vigiles : 5 min, entre 1 et 5 fois. Nombre d’animaux : 1492. 2) Chirurgie viscérale, sous anesthésie et antalgie, 20 min, 1 fois. Nombre d’animaux : 288. 3) Neurochirurgie sous anesthésie et antalgie, 45 min, 1 fois. Nombre d’animaux : 864. 4) Test de tolérance au glucose et à l’insuline sur animaux vigiles : Entre 4 et 6 mesures de glycémie sur une goutte de sang. Chaque mesure dure 10sec, espacées de 10 min. Nombre d’animaux : 560. 5) Enregistrements de la consommation de nourriture, d’eau, d’oxygène et l’activité physique. Durée : 16 jours en hébergement individuel. Nombre d’animaux : 144. 6) Mise à jeun, 24h, entre 1 et 2 fois, espacée d’une semaine. Nombre d’animaux : 544 (1 fois), 48 (2 fois). 7) Tests comportementaux. Durée : entre 10 et 120 min, répété 1 fois pour chaque test, espacé de minimum 1 jour. Nombre d’animaux : 656. 8) CONDITIONNEMENT OPERANT. DUREE : 4 SEMAINES en HEBERGEMENT INDIVIDUEL. NOMBRE D’ANIMAUX : 512.

Impact sur les animaux

1. Stress induit par l’hébergement individuel : ceci ne sera réalisé uniquement lorsque la mesure des apports et des dépenses énergétiques individuels (calorimétrie indirecte) ou une tâche d’apprentissage avec accès individuel contrôlé aux mangeoires (conditionnement opérant) sont nécessaires. Durée maximum : 4 semaines. Légère perte de poids initiale (5 %) sur les deux premiers jours avant reprise de la croissance normale (basée sur nos observations antérieures). 2. Stress de contention lors de l’analyse de composition corporelle. Ce test nécessite de placer l’animal dans un tube en plastique au fond duquel les souris sont bloquées. Ce stress est cependant d’une durée limitée, l’analyse ne prenant que 5 minutes au maximum. 3. Prise de poids consécutive au régime gras HFD (sur 20 semaines maximum). La prise de poids estimée (basée sur nos études antérieures) ne devrait pas dépasser 200% du poids initial. 4. Perte de poids consécutive au jeun (4h ou 24h). La perte de poids estimée (basée sur nos études antérieures) ne devrait pas dépasser -10% du poids mesuré le jour précédent. 5. Perte de poids/appétit post-opératoire. La peau et soit le périoste, soit la paroi péritonéale devant être incisés, une douleur post-opératoire est attendue. La reprise de poids est attendue dès le deuxième à troisième jour post-opératoire (basée sur nos études antérieures). 6. Stress induit par les tests comportementaux. La durée réduite de chacun des tests (moins de 2h, sans manipulation) n’induit pas de nuisances sévères (pas de perte de poids attendue). 7. Les complications chirurgicales (mauvaise cicatrisation, hémorragie) devraient rester bien en dessous du seuil de 20% du nombre total d’animaux (d’après nos études antérieures). 8. Stress induit par des prélèvements sanguins répétés (maximum 6 prélèvements consécutifs en 2h). 9. Stress métabolique suite à des variations importantes de la glycémie (hyper ou hypoglycémies pendant 2h maximum).

Devenir

À l’issue de chaque procédure, les animaux seront mis à mort et des tissus seront récupérés (cerveaux ou autres), pour des études réalisées post-mortem.

Remplacement

Ce projet et notre hypothèse sont basés sur des résultats d’études cliniques chez l’Homme (variation de concentration sanguine des molécules du microbiote chez des populations obèses). Le but de ce projet est de comprendre le rôle de l’axe intestin-cerveau dans la mise en place des désordres métaboliques et cognitifs induits par l’obésité. Dans ce contexte, la région cérébrale que nous étudions n’est pas isolée, et interagit avec d’autres structures du cerveau mais également avec des organes périphériques (notamment l’intestin où réside le microbiote intestinal). Les effets que nous étudions sont donc la résultante de cette communication entre divers réseaux de neurones et la périphérie. Les variables métaboliques (poids, composition corporelle, régulation de la glycémie) et le comportement intégré (anxiété) nécessite l’utilisation d’un modèle animal. En effet, des interactions aussi complexes ne peuvent être modélisées in vitro, et certains des effets étudiés cités plus haut nécessitent un animal vivant. De même, il n’existe pas encore de modèle informatique qui pourrait remplacer l’animal dans le cadre de cette étude.

Réduction

Nous avons utilisé des tests mathématiques (test de puissance statistique) pour déterminer le nombre minimum d’animaux nécessaire pour obtenir des résultats exploitables statistiquement. Afin de réduire le nombre d’animaux utilisés, nous avons optimisé la stratégie de croisements des animaux reproducteurs afin d’utiliser tous les animaux d’une même portée (animaux contrôles et génétiquement modifiés sont frères et sœurs) et donc ne pas multiplier le nombre de portée avec des animaux qui ne présenteraient pas les caractéristiques (génotype) attendues. De plus, nous avons regroupé dans la mesure du possible nos différents tests métaboliques sur les mêmes animaux, de manière à obtenir un maximum d’information à partir des mêmes animaux. En particulier, l’analyse de la composition corporelle (masse grasse vs masse maigre) est réalisée dans un appareil qui ne nécessite pas la mise à mort des animaux. Cela nous permet ainsi de réaliser plusieurs mesures à des temps différents sur les mêmes animaux, au lieu d’avoir recours à des lots différents. Pour l’analyse des résultats, nous comparerons les différents groupes expérimentaux avec l’aide de différents tests statistiques adaptés au type de mesures comparées.

Raffinement

Nous avons défini différents points de raffinement tout au long de l’étude : 1) Période d’habituation avant utilisation en expérimentation de 1 semaine minimum. 2) L’évaluation de la prise alimentaire nécessite parfois la répartition des animaux en cages individuelles. Pour compenser le manque d’interactions sociales, les cages, transparentes et enrichies, seront rapprochées au maximum les unes des autres. L’environnement sonore permettra de limiter le stress des bruits extérieurs (radio). 3) Notre étude nécessite des chirurgies qui seront réalisées sous anesthésie générale avec un protocole analgésique ainsi que des mesures de maintien du bien-être animal décrites précisément dans les procédures. 4) Des points limites précoces et terminaux appropriés ont été définis avec des mesures conservatoires prévues pour chaque critère.

Choix des espèces

LLes caractéristiques suivantes font de la souris un animal de choix pour notre projet de recherche. 1) sa physiologie générale est suffisamment proche de celle de l’être humain ce qui fait que les résultats obtenus chez la souris sont transposables à l’Homme 2) petite taille facilitant son hébergement 3) court cycle de reproduction permettant d’avoir un nombre suffisant d’animaux rapidement 4) possibilité d’obtenir des animaux génétiquement modifiés 5) comportement alimentaire et émotionnel depuis longtemps étudiés chez la souris 6) bon nombre des tests comportements existants chez la souris donnent des résultats qui sont transposables à l’Homme Toutes les souris de cette étude seront étudiées à l’âge adulte (à partir de 8 semaines), âge qui correspond à un stade où le crâne a fini sa croissance, ce qui permet l’utilisation d’une cartographie de référence du cerveau (atlas stéréotaxique) pour les neurochirurgies.

Gardés en vie à la fin du projet et remis à un centre de primatologie pour être réutilisés dans une autre expérience, 3 macaques vont subir des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré pendant un à trois ans. Chacun reçoit deux chirurgies d'environ douze heures pour implanter puis retirer des matrices d'électrodes dans le cerveau, et passe cinq jours par semaine attaché en chaise pour des séances d'enregistrement d'une heure trente à trois heures, pendant quatorze à trente-six mois. Le porteur mentionne une restriction hydrique partielle pouvant entraîner une perte de poids, le stress de l'immobilisation de la tête et les risques infectieux autour des implants crâniens. Il présente cette réutilisation comme une mesure de réduction, les macaques déjà habitués au dispositif évitant d'y soumettre des animaux naïfs.

Objectifs

Chez les primates, comme les singes ou les humains, attraper des objets avec les mains est une action essentielle pour interagir avec l’environnement. Pour y parvenir, le cerveau doit coordonner de nombreux muscles et tenir compte de la position du corps dans l’espace. Notre travail part de l’idée que la posture joue un rôle important dans la façon dont le cerveau représente les interactions possibles avec l’environnement, et la façon dont il prépare et contrôle les mouvements de la main. Nous pensons que cette organisation repose sur la coopération de plusieurs zones du cerveau impliquées dans le toucher et le mouvement. Ces régions échangent des informations pour combiner la position du corps et les actions à réaliser. Pour vérifier cette hypothèse, nous étudierons des singes macaques à l’aide de plusieurs méthodes. Nous observerons d’abord leurs mouvements lorsqu’ils attrapent des objets dans différentes postures (assis ou quadrupède), et lorsque les objets sont placés à différents endroits. Cela permettra de voir comment les contraintes du corps et de la gravité influencent leurs gestes. Nous mesurerons également l’activité de certaines zones du cerveau pendant ces actions, afin de comprendre comment la posture modifie la préparation et l’exécution des mouvements. Enfin, nous utiliserons des techniques de stimulation cérébrale et des anesthésiques pour mieux identifier le rôle précis de chacune de ces régions. L’objectif final de ces recherches est de montrer que la posture joue un rôle clé dans la manière dont les primates, y compris les humains, interagissent avec leur environnement.

Bénéfices attendus

À court et moyen terme, cette recherche vise avant tout à mieux comprendre comment le cerveau combine la posture du corps et les mouvements du bras et de la main pour interagir avec les objets. Plus précisément, nous voulons comprendre comment plusieurs régions du cerveau travaillent ensemble pour adapter les gestes en fonction de la position du corps et de l’objet à attraper. Pour cela, nos objectifs sont les suivants : • Etudier comment les mouvements de la main s’ajustent en fonction de la posture du sujet et de la position de l’objet ; • Observer l’activité des neurones, à la fois individuellement et en groupe, dans plusieurs zones du cerveau impliquées dans le toucher et le mouvement ; • Comprendre comment ces différentes régions du cerveau s’influencent mutuellement, en modifiant localement leur activité ; • Partager l’ensemble de nos données avec la communauté scientifique pour faire progresser la recherche. À plus long terme, ces travaux pourraient avoir des applications importantes. Ils pourraient notamment aider à mieux évaluer et traiter certains troubles liés à la posture et au mouvement chez les patients. Ils pourraient aussi contribuer au développement de robots plus performants et d’interfaces cerveau-machine, capables de mieux prendre en compte la posture du corps pour contrôler des gestes de préhension de manière plus naturelle et efficace.

Procédures

Les animaux seront soumis aux interventions suivantes : – Déplacement au centre IRM pour acquisition d'images, sous anesthésie, 1 fois pour une durée d'environ 4h. – Chirurgies d'implantation et de désimplantation des matrices multi-électrodes et de la chambre d’enregistrement, sous anesthésie, 2 chirurgies pour une durée d'environ 12h chacune (à répéter pour chaque hémisphère, le cas échéant). – Entraînement aux changements posturaux en cage d’hébergement, ≤30 min, 5 jours par semaine, durant 1 à 4 semaines. – La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entraînement et enregistrements électrophysiologiques incluant des sessions avec présentation de vidéos, environ 1h30 (jusqu'à 3h), 5 jours par semaine, durant 14 à 36 mois. – La prise de l'animal en chaise pour microstimulations, 20 sessions d'environ 1h30 (jusqu'à 3h). – La prise de l'animal en chaise pour enregistrements électrophysiologiques sous anesthésie gazeuse ou pharmacologique, 20 sessions (habituation + enregistrement) d'environ 2h (jusqu'à 3h).

Impact sur les animaux

Dans ce projet, les macaques suivront une procédure de sévérité modérée. Les nuisances ou effets indésirables attendus sont le stress pendant les sessions d’entrainement et d’enregistrement et la douleur et les infections en lien avec les procédures chirurgicales. Plus spécifiquement, les sources de stress sont i) Les premières sorties (jusqu’à plusieurs semaines) de la cage vers la chaise d’entrainement ii) La positionnement dans le box expérimental et l’entraînement dans la tâche expérimentale iii) La restriction des mouvements de tête. Pour la connexion des matrices ou le protocole d’anesthésie iv) La restriction hydrique partielle liée au besoin expérimental pouvant engendrer une perte de poids. En lien avec les chirurgies et le protocole IRM, la contention pour l’induction par injection IM est source de stress. L’intubation endotrachéale, la mise sous respiration mécanique et l’anesthésie générale (gaz halogéné) peuvent causer des irritations de la trachée. Les zones cicatricielles et les implants crâniens peuvent constituer une source de douleur et de risques infectieux en post-opératoire.

Devenir

À la fin du projet, les animaux seront gardés en vie et après avis vétérinaire, remis à disposition d’un centre de primatologie pour leur réutilisation. Ils pourront soit 1) être réutilisé dans un autre projet basé sur un dispositif expérimental similaire, permettant d’éviter l’utilisation d’autres animaux naïfs (réduction). Les animaux réutilisés seront déjà habitués au contexte expérimental (interactions quotidiennes avec l’homme, mise en chaise, travail dans le dispositif comportemental) ou 2) en particulier les femelles peuvent retourner dans un établissement d’élevage pour être inclues dans un programme de reproduction.

Remplacement

Le projet implique l’utilisation d’animaux car il n'existe pas de méthode alternative permettant de répondre à nos objectifs scientifiques, ici l’analyse de l’activité cérébrale en lien avec la réalisation de comportements complexes. Le macaque représente ici un modèle animal idéal car son répertoire comportemental comprend des postures corporelles fonctionnellement distinctes pour différentes finalités fonctionnelles, et particulièrement la posture assise favorisée pour la manipulation complexe et la posture quadrupède pour les déplacement ou la manipulation plus grossière. Ce projet nécessite également l'enregistrement de l'activité cérébrale avec une grande résolution temporelle et spatiale, ce qu’il est impossible d’obtenir avec des méthodes non invasives.

Réduction

Nous prévoyons d’inclure jusqu’à 3 animaux dans le projet. Toutefois, si les objectifs scientifiques du projet sont atteints avec 2 animaux, nous n’inclurons pas de 3e animal. Cette approche permet d’anticiper certains aléas. En effet, les interventions chirurgicales comportent toujours un risque, la qualité des enregistrements peut varier selon la manière dont l’implant s’intègre au cerveau, et les réactions au stress ou l’apprentissage des tâches peuvent différer d’un animal à l’autre. Si les données recueillies chez deux animaux sont suffisantes pour obtenir des résultats fiables, le troisième animal ne sera pas inclus dans l’étude. Pour chaque animal, des dispositifs d’enregistrement permettent de mesurer l’activité de nombreuses cellules nerveuses dans différentes zones du cerveau en même temps. Le nombre de cellules effectivement enregistrées peut varier selon la réussite de l’implantation. Le fait d’utiliser ces dispositifs permet de recueillir une grande quantité d’informations, à différentes échelles, au fil du temps. Les séances d’enregistrement pourront être répétées sur une période allant d’un à trois ans. Cela permet d’augmenter progressivement la quantité de données recueillies et de vérifier la stabilité des résultats dans le temps. La durée exacte dépendra de la qualité des premiers enregistrements et de leur stabilité. Dans des conditions optimales, le suivi peut se poursuivre sur plusieurs années. Enfin, les données obtenues dans ce projet alimenteront une base de données partagée avec d’autres équipes de recherche. Cette mise en commun permettra, à moyen et long terme, de limiter le recours à de nouveaux animaux pour des études similaires.

Raffinement

Conformément à la législation, les animaux du projet sont hébergés avec un congénère pour favoriser les interactions sociales. Les cages et volières sont enrichies de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour encourager les comportements exploratoires, ainsi que le retour à une activité normale en période post-chirurgicale. Après chirurgie, un délai minimal d'une semaine sera observé et selon l'état de récupération, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est familière. Les méthodes de renforcement positif (entraînement et habituation) seront utilisées afin de réduire le stress des sujets. L’IRM anatomique pré-chirurgicale permet de mieux planifier l’implantation des matrices chroniques, pour bien atteindre les aires corticales ciblées. Les matrices multi-électrodes de nouvelle génération permettent des enregistrements simultanés de neurones dans différentes aires et couches corticales en limitant les contraintes sur les animaux (pas de fixation de la tête, temps de préparation de l’animal pour les enregistrement très court, limitation des risques d’infection).

Choix des espèces

Les macaques sont des primates non humains fréquemment utilisés en recherche en raison de la similitude de leur système visuomoteur et de l’anatomie fonctionnelle de leur cerveau avec ceux de l’humain. Plus spécifiquement, notre projet requiert un modèle animal dont le répertoire comportemental inclut des postures corporelles fonctionnellement associées à des niveaux de dextérité différents du membre supérieur. Le macaque possède la capacité d’effectuer aussi bien des saisies de puissance pendant la locomotion, que des mouvements de manipulation fine en position assise, ce qui en fait un modèle idéal pour ce projet. L’utilisation répandue des macaques en neuroscience a permis l’optimisation des procédures d’entraînement, de la gestion de leur alimentation, de leur hébergement et des soins vétérinaires. Dans ce projet, nous utiliserons indifféremment des macaques rhésus ou fascicularis en fonction de la disponibilité des animaux, leurs comportements de préhension et l’organisation fonctionnelle de leurs cerveaux étant très similaires. Les animaux seront utilisés au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade de développement, ils ne sont plus en croissance et leurs besoins physiologiques sont stabilisés. Cela permet un contrôle plus précis des protocoles expérimentaux, que ce soit en termes de volume des récompenses pour l'apprentissage par renforcement, de contrôle du régime alimentaire dans la cage ou de localisation des structures cérébrales cibles pour les implants chirurgicaux. Par ailleurs, les animaux étant encore jeunes, ils présentent une meilleure tolérance aux procédures expérimentales et une meilleure récupération suite aux procédures nécessitant une anesthésie.

504 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacune hébergée seule et nourrie trois jours d'un régime hypercalorique avant d'être tuée pour prélèvement de tissus. La nuisance principale que le porteur identifie est le stress de l'isolement, qu'il compte compenser par du coton, des tunnels et de la litière prise chez les congénères. L'objet réel se limite à décrire la phase précoce de l'inflammation de l'hypothalamus chez des souris rendues obèses, les retombées thérapeutiques étant renvoyées au long terme. Vingt et un mâles et vingt et une femelles par groupe sont déclarés nécessaires, ce qui porte l'effectif à 504 animaux pour une expérience de trois jours.

Objectifs

Pour développer de nouvelles thérapies contre l'obésité et ses complications, il est important de mieux comprendre les mécanismes biologiques qui contrôlent l'appétit et le poids corporel. Une petite zone du cerveau appelée hypothalamus médio-basal (MBH) joue un rôle clé dans la gestion de l'énergie du corps. Un régime riche en graisses provoque une inflammation dans cette zone, appelée neuro-inflammation. Les cellules immunitaires du cerveau et des méninges participent à cette inflammation dans le MBH en réponse à ce régime riche. Mais nous ne connaissons pas le rôle exact joué par les cellules immunitaires méningées. En comprenant mieux ces mécanismes, nous pourrions trouver des moyens de limiter l'inflammation et prévenir la prise de poids. Pour cette étude nous utiliserons un modèle animal d’obésité, des souris nourries avec un régime hypercalorique favorisant la prise de poids pendant trois jours . Le projet comprend une seule procédure expérimentale.

Bénéfices attendus

Les informations tirées de la réalisation de ce projet permettront de mieux comprendre les changements inflammatoires des cellules immunitaires des méninges et du cerveau dans le développement de l’obésité en lien avec l’inflammation du MBH. Dans une perspective thérapeutique à long terme, ces données seront utiles pour tenter de moduler la réponse inflammatoire liée à un régime hypercalorique.

Procédures

La nourriture hypercalorique peut induire un stress digestif pendant les 24 premières heures. Le stress dû à l'hébergement individuel est la nuisance principale rencontrée. Nous essaierons de limiter ce stress en ajoutant cotons et tunnels supplémentaires, et litière provenant de ses congénères (avant hébergement individuel). Cependant si le stress est trop intense, nous la replacerons avec ses congénères au bout de 48h. L’animal sera sorti de l’expérience.

Impact sur les animaux

Le stress induit par l'hébergement individuel et le changement de nourriture (régime alimentaire hypercalorique sera de courte durée (3 jours phase précoce de la réponse inflammatoire). Les animaux contrôles seront eux nourris avec la nourriture standard et hébergés individuellement également.

Devenir

A la fin de chaque procédure les animaux sont mis à mort selon les méthodes réglementaires pour prélever les tissus pour analyse.

Remplacement

L’utilisation du modèle animal murin est essentielle dans ce projet, car dans l’état actuel des connaissances, il est impossible de recréer in vitro les multiples interactions cellulaires d’un système complexe en développement (méninges, cerveau et système immunitaire).

Réduction

Nous tenterons de limiter au maximum le nombre d’animaux utilisés tout en effectuant des expériences pertinentes et complètes. Une approche statistique solide requiert 21 animaux par groupe. Des exemples de données publiées ainsi que nos précédents travaux non publiés prévoient un effet sexe en particulier lors des interactions cellules immunitaires et système nerveux. Nous aurons donc des groupes de 21 males et 21 femelles par expérience.

Raffinement

Les souris seront suivies régulièrement et des points limites adaptés et précoces permettront en cas de souffrance avérée de prendre des mesures adéquates en concertation avec notre vétérinaire référent ou notre structure SBEA (surveillance renforcée, analgésie, enrichissement, etc.). Afin de compenser le manque d’interactions sociales et le possible stress de l'hébergement individuel, nous procèderons à un enrichissement double de la cage,et mettrons dans la cage de la litière de ses congénères. La souris sera habituée à l’expérimentateur une semaine avant afin de limiter son stress lors des pesées quotidiennes.

Choix des espèces

La souris est un mammifère où les processus qui régissent le développement du système nerveux central sont similaires à l'Homme. La régulation du poids corporel, le comportement alimentaire et le métabolisme glucidique sont depuis longtemps étudiés chez la souris, qui représente donc une espèce adaptée à ce type d’études. La maturation du cerveau et des méninges est terminée à 8 semaines c’est pourquoi nous utiliserons ce stade de développement. la consommation d’un régime gras induit une réponse neuro-inflammatoire dimorphique (plus importante chez les mâles). Nous obtiendrons une observation la plus réaliste possible des influences hormonales en lien avec l’inflammation en utilisant les deux sexes. Nous utiliserons des souris C57BL6J de type sauvage âgées de 8 semaines pour lesquelles la croissance est terminée.