Système nerveux

Trois anesthésies générales de deux à deux heures trente en quatre à six jours, une injection de manganèse dans l'abdomen sous endoscopie et trois injections intraveineuses à la jugulaire attendent chaque brebis. 24 brebis au maximum vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue. Le porteur prévoit un effectif majoré "pour pallier les pertes éventuelles liées aux longues anesthésies successives", tout en indiquant n'avoir observé aucun effet néfaste du manganèse lors de l'expérience pilote, après avoir rappelé sa neurotoxicité à forte dose chez l'être humain. Les brebis sont tuées sous anesthésie parce que la durée de persistance du manganèse dans leur organisme reste inconnue, ce qui interdit toute réutilisation.

Objectifs

L’objectif est de mettre en place la technique d’Imagerie par Résonnane Magnétique du manganèse in vivo à l'échelle du cerveau entier chez l’ovin. Les propriétés paramagnétiques du manganèse (Mn2+) permettent son utilisation comme agent de contraste pour l'IRM (MEMRI : IRM du ManganEse). C’est un composé qui pénètre et s'accumule dans les neurones actifs, donc sa concentration intracellulaire est le reflet direct de l'activité neuronale. Cette technique permet de visualiser les changements du cerveau en réponse à des stimulis. La dynamique du Mn2+ (biodisponibilité, pharmacocinétique) dépend de l'espèce, il est donc nécessaire de réaliser des mises au point sur le cerveau d’ovin. Une première expérience pilote a été réalisée sur 5 animaux ; cette expérience nous a permis de déterminer la dose minimale de Mn2+ à utiliser. Nous avons également observé les zones de diffusion du Mn2+ 24h post administration. Il est nécessaire de compléter et d’affiner ces résultats, notamment en analysant des points de cinétique qui manquent à notre analyse : les temps 48, 72 et 96 heures post-administration de manganèse. Dans le cadre de cet avenant, nous souhaitons réaliser l’acquisition d’images IRM supplémentaires pour 6 animaux à 1 temps long, à 22 jours post administration de manganèse. Pour cela, six brebis seront donc anesthésiées 1 fois de plus, à distance de leur dernière anesthésie. MODIFICATION : NOUS DEMANDONS L'AJOUT DE 4 ANIMAUX SUPPLEMENTAIRES POUR APPORTER DES PREUVES SOLIDES SUR LA FAISABILITE ET LA RESOLUTION DE LA TECHNIQUE DEVELOPPEE, EN UTILISANT UNE STIMULATION COMPORTEMENTALE POSITIVE.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d’établir la fenêtre temporelle optimale pour l’acquisition du meilleur contraste en IRM MEMRI. Après injection, la concentration du manganèse augmente graduellement dans les tissus du cerveau, puis sa détection atteint un plateau, persiste pendant plusieurs heures et ensuite décroit. C’est la fenêtre correspondant au plateau qu’il s’agit de déterminer chez l’ovin. Une fois cette fenêtre temporelle définie, nous pourrons réaliser les expériences d’IRM fonctionnelle. Les mises au point des conditions de dose et temps dans cette expérimentation préliminaire bénéficieront à des appels à projet ultérieurs. Ce projet est une étape clé dans la mise en œuvre des études d’IRM fonctionnelle chez les ovins en utilisant une approche MEMRI par réhaussement de manganèse.

Procédures

Entre 12 animaux et 20 animaux subiront les gestes techniques, 20 est un nombre maximal prévu pour pallier les pertes éventuelles liées aux longues anesthésies successives. Les animaux subiront 3 anesthésies sur une durée de 4 jours pour 6 à 10 animaux maximum, et 5 jours pour 6 à 10 animaux maximum, pour passage à l'IRM. La 1ère anesthésie durera 2h30, les 2 autres 2h. Ils recevront également une injection intra-péritonéale sous anesthésie générale. Ils subiront 3 injections par voie intraveineuse à la jugulaire pour induire les anesthésies (durée totale contention comprise d'une minute). LES 4 ANIMAUX SUPPLEMENTAIRES SUBIRONT 3 ANESTHESIES SUR UNE DUREE DE 6 JOURS. LA 1ERE ANESTHESIE DURERA 30 MINUTES, LES 2 AUTRES 2H. ILS RECEVRONT EGALEMENT UNE INJECTION INTRA-PERITONEALE SOUS ANESTHESIE GENERALE. ILS SUBIRONT 3 INJECTIONS PAR VOIE INTRAVEINEUSE A LA JUGULAIRE POUR INDUIRE LES ANESTHESIES (DUREE TOTALE CONTENTION COMPRISE D'UNE MINUTE).

Impact sur les animaux

Bien qu’il soit un élément nécessaire au bon fonctionnement de l’organisme, le manganèse est cependant neurotoxique à forte dose. Chez l’homme, il provoque maux de tête, insomnies, pertes de mémoire, instabilité émotionnelle, dystonie, tremblements, troubles du langage et des troubles de la marche. Pour chaque anesthésie les animaux pourront subir un stress lors de la manipulation. Un hématome peut apparaître lors de l’induction de l’anesthésie par voie intraveineuse.

Devenir

A la suite des acquisitions, tous les animaux seront mis à mort toujours sous anesthésie générale. En effet, ils ne pourront pas être réutilisés car nous ne savons pas combien de temps le manganèse reste dans l'organisme des animaux. POUR LES 4 ANIMAUX SUPPLEMENTAIRES DEMANDES LES CERVEAUX SERONT PRELEVES A L'ISSUE DU PROJET.

Remplacement

Cette étude d‘imagerie cérébrale permettant de déterminer la fenêtre d’acquisition optimum pour obtenir le meilleur contraste IRM, ET DE PROUVER L'EFFICACITE DE LA TECHNIQUE SUITE A UNE STIMULATION COMPORTEMENTALE, ne peut être réalisée qu’in vivo. Il est en effet impossible d’étudier ou de reproduire ces expériences in vitro et encore moins in silico. Ce projet est un prérequis pour développer l’approche d’imagerie MEMRI qui permettra, ultérieurement, de mettre en place des projets longitudinaux, avec des nombres restreints d’animaux expérimentaux.

Réduction

Ce projet, qui concerne 12 animaux expérimentaux (24 animaux maximum) est nécessaire car il complétera et affinera les résultats obtenus lors d’une précédente expérience. L’évolution temporelle de la concentration de Mn2+ dans le cerveau d’ovins a été déterminée 24h, 72h et 120h après son administration. Les points 48h et 96h n’ont pas été étudiés et sont indispensables pour déterminer la fenêtre d’acquisition optimum pour obtenir le meilleur contraste. Nous avons planifié l’expérience de manière à acquérir des images IRM à deux temps post-administration de Mn2+ pour chaque animal, ce qui réduit considérablement le nombre d’animaux. Nous pensons qu’avec 4 temps d’analyse post-administration de Mn2+ et 6 animaux (10 animaux maximum) par temps (6 animaux imagés aux temps 24h et 72h et 6 animaux imagés aux temps 48h et 96h post-administration de Mn2+), la disponibilité du manganèse dans le cerveau des ovins au cours du temps pourra être modélisée par un ingénieur expert en pharmacologie. La taille de nos effectifs (6 individus par traitement expérimental) nous permettra de réaliser des analyses statistiques. Le choix des tests dépendra de la distribution des données et de l’homogénéité des variances (tests paramétriques ou non paramétriques). LA MODIFICATION CONCERNE 4 ANIMAUX EXPERIMENTAUX. ELLE PERMETTRA D’APPORTER UNE REPONSE CLAIRE (OUI/NON) SUR LA FAISABILITE DE LA TECHNIQUE TESTEE, SUITE A UNE STIMULATION POSITIVE FORTE. AU COURS DE CE PROTOCOLE, 3 ANESTHESIES SUCCESSIVES SONT PREVUES. LE NOMBRE DE 4 ANIMAUX NOUS PERMETTRA DE NE PAS RE-ENDORMIR UNE BREBIS SI SON REVEIL PRECEDENT A ETE TROP COMPLIQUE.

Raffinement

Pour limiter les stress liés à la manipulation des brebis, les 12 brebis (20 maximum) seront regroupées pour rester ensemble toute la durée de l’expérience et former ainsi un groupe social stable. Deux semaines avant les expériences, les manipulateurs iront quotidiennement approcher les brebis, les toucher et évoluer parmi elles pour établir un contact et lors de chaque visite, nous leur donnerons à chacune une poignée de granulés comme renforcement positif, ce qui participera à leur habituation. Nous n’avons pas observé d’effet néfaste de l’administration intra péritonéale de manganèse à la dose utilisée lors de l’expérience pilote, néanmoins, les brebis feront cette fois aussi, l’objet d’une surveillance accrue dans la période qui suivra l’administration de Mn2+, et ce jusqu’à l’anesthésie pour l’imagerie suivante. Au cours de cette période, l’apparition de tremblements, les difficultés de déplacement, la prise alimentaire seront particulièrement surveillés. Nous serons attentifs à la survenue de signes de mal être (position des oreilles, port de la tête, prostration). Dans le cas où de tels signes apparaitraient, un traitement analgésique sera administré. Nous avons opté pour une administration sous endoscopie du manganèse qui permet de nous assurer de la qualité de l’injection en intrapéritonéale ainsi que de la progressivité de l’injection : sous anesthésie générale, nous pouvons adopter une vitesse d’injection réduite susceptible de limiter l’apparition d’effets indésirables. Les animaux expérimentaux seront maintenus dans des conditions adaptées aux herbivores, litière de paille et foin ad libitum. Ils seront manipulés dans le calme par des agents expérimentés. Les animaux arriveront sur la plateforme 3 jours avant le début de l’expérimentation, pour s’habituer à l’environnement. Avant l’anesthésie, et pour réduire la météorisation et assurer quand même leur confort, ils auront accès à du foin de bonne qualité en quantité limité avec abreuvement adlibitum. Les brebis seront maintenues sous O2 à la fin de chaque anesthésie pour améliorer la qualité et la rapidité du réveil. Dès que l’animal présentera les premiers signes de déglutition ou de clignement des paupières, il sera extubé.

Choix des espèces

L’espèce ovine sera utilisée dans ce protocole car cette approche d’imagerie MEMRI sera utilisée pour étudier les circuits cérébraux impliqués dans les interactions sociales et sexuelles dans cette espèce. Un lot homogène de brebis de 18 mois sera utilisé, car nous souhaitons que cette approche soit validée dans les conditions où les animaux ont terminé leur développement. Dans un premier temps, cette approche sera développée chez les brebis car ce sont elles qui sont présentes majoritairement en élevage. Elle sera ensuite transférable (dose de MnCl2+ et temps de diffusion de manganèse jusqu’à la phase plateau) chez les béliers. Un essai avec quelques individus sera réalisé plus tard pour la validation chez les mâles. Aucune différence dans la distribution cérébrale du manganèse dans le cerveau entre les mâles et les femelles n’est cependant attendue.

192 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue pour prélever leur cerveau. Un cathéter intraveineux leur est implanté à demeure sous anesthésie, puis ils enchaînent cinquante séances quotidiennes d'auto-administration de cocaïne de trois heures chacune, et dix séances de mesure de choix où des impulsions électriques servent de punition. Le but déclaré est de comprendre comment une consommation répétée devient incontrôlable, pour mieux prévenir et traiter l'addiction chez l'être humain. Sur le remplacement, le porteur affirme qu'aucun test in vitro ou in silico ne permet cette recherche et qu'il n'est donc "pas envisageable d'utiliser des méthodes de substitution à l'animal entier".

Objectifs

L’addiction aux drogues est une maladie qui se traduit par une perte de contrôle : la personne continue de consommer malgré les conséquences négatives sur sa santé, sa vie sociale ou professionnelle. Cette perte de contrôle n’apparaît pas chez tout le monde, mais peut survenir chez certaines personnes après une consommation prolongée. Elle est due à des interactions complexes entre la drogue et le fonctionnement du cerveau. Pour mieux prévenir et traiter l’addiction, il est essentiel de comprendre ce qui rend certaines personnes plus vulnérables que d’autres. Des recherches suggèrent que la prise répétée de drogue pourrait conduire à des habitudes de consommation qui peuvent devenir pathologiques, si bien qu'une personne continue de consommer même si elle sait que cela lui fait du mal. Cependant, on ne sait pas encore précisément comment ces habitudes peuvent évoluer vers une consommation compulsive, c’est-à-dire incontrôlable. Ce projet de recherche vise à mieux comprendre comment la répétition de certains comportements peut conduire à une perte de contrôle. Plus spécifiquement, l’objectif est de vérifier si certains individus sont plus enclins que d’autres à former des habitudes de consommation qui peuvent ensuite devenir compulsives. L’objectif final est de mieux comprendre les mécanismes cognitifs de l’addiction pour pouvoir, à terme, améliorer la prévention et les traitements.

Bénéfices attendus

Ce projet de recherche pourrait permettre de mieux comprendre pourquoi certaines personnes deviennent dépendantes à la drogue et n’arrivent plus à s’arrêter, même si elles en souffrent. En identifiant les mécanismes cognitifs qui transforment une consommation volontaire en une habitude incontrôlable, nous espérons trouver de nouvelles façons de prévenir l’addiction avant qu’elle ne s’installe, et de développer des traitements plus efficaces pour aider les personnes déjà dépendantes.

Procédures

Sur animaux anesthésiés : - chirurgie d’implantation de cathéter (durée : 15minutes par animal,) pour permettre l’auto-administration. Sur animaux vigiles : - 50 sessions d’auto-administration de cocaine (1 session / jour, 3 heures par session,). - 10 sessions de mesure de choix (1 session / jour, 5 minutes par session).

Impact sur les animaux

Les nuisances attendues pour cette procédure sont : Chirurgies : inconfort transitoire au réveil ; implantation d’un cathéter intraveineux à demeure : risques d’infection ou démangeaisons ; Impulsions électriques légères lors des tests de punition. Stress généré lors des différentes manipulations.

Devenir

Tous les animaux, à l’issue des procédures seront mis à mort afin de prélever le cerveau pour étudier les mécanismes neurobiologiques impliqués dans la compulsion à consommer de la drogue.

Remplacement

Ce type de recherche, visant à comprendre les bases du comportement habituel, peut uniquement être menée sur un animal vivant. Après vérification, il n’a pas été trouvé de test in vitro ou in silico permettant d’effectuer cette recherche et il n’est donc pas envisageable d’utiliser des méthodes de substitution à l’animal entier.

Réduction

Les effectifs sont calculés et optimisés de manière à utiliser un minimum d’animaux tout en conservant une grande puissance statistique. Il faut également que la taille d’effectif soit suffisante pour tenir compte de la variabilité interindividuelle. Ainsi, nous utiliserons un maximum de 192 animaux sur 5 ans pour répondre à nos objectifs.

Raffinement

Toutes les phases du projet seront réalisées par des personnels expérimentés et compétents. Le bien-être des animaux est pris en compte à chaque étape par une surveillance régulière des animaux selon une grille de suivi de bien-être animal qui aide dans le suivi des points limites et des critères d’intervention et d’arrêt. En effet, ses points limites gradés précis sont définis dans une grille de suivi (perte de poids, apparence, comportement de l’animal). Un animal atteignant un des points limites définis nécessitant une intervention est pris en charge sans délai. Le bien-être des animaux est pris en compte à chaque étape avec une pesée 3 fois par semaine. Dès leur arrivée à l’animalerie et pour toute la durée du projet, les animaux seront hébergés à deux par cage en conditions normales (température et humidité contrôlées, cages ventilées) et en cycle inversé avec un enrichissement dans la cage fourni par l’animalerie (stick ou pièce de bois à ronger pour assouvir leur besoin naturel de ronger ; balle de jeu) et accès à l’eau et à la nourriture ad libitum. Les procédures débuteront après une période d’acclimatation de 10 jours minimum.

Choix des espèces

Le rat est l’animal le plus utilisé pour l’étude de l’addiction dans les modèles animaux. Les rats ont des réponses aux drogues/récompenses naturelles qui sont similaires à celles de l’Homme et ils peuvent apprendre à s’auto-administrer toutes les drogues abusées par l’Homme, de façon spontanée. Dans cette étude, nous utiliserons des rats « jeunes adultes » de 7-8 semaines au début du projet, pour faciliter l’apprentissage et pour pouvoir effectuer des expériences de longue durée sans facteur de déclin cognitif lié au vieillissement.

Neuf tests comportementaux répartis sur deux semaines, deux gavages de glucose, une injection d'insuline, dix-neuf prélèvements de sang et un jeûne pouvant aller jusqu'à seize heures sont infligés à 96 souris génétiquement modifiées, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Toutes sont tuées pour prélever cerveau, pancréas, foie, intestin et contenu du cæcum. L'étude cherche à établir si le fond génétique modifie la réponse des souris au fructose, étape que le porteur présente comme préalable à une future étude sur les mécanismes d'action. Les neuf tests censés mesurer l'anxiété, l'humeur dépressive et la mémoire ne sont pas nommés.

Objectifs

La consommation de fructose a fortement augmenté au cours des dernières décennies, notamment par le biais des produits alimentaires ultratransformés et par les boissons sucrées. Plusieurs études ont montré l’impact négatif de cette surconsommation sur la santé (obésité, diabète de type 2, etc.), troubles de l’humeur (anxiété, dépression). On ne sait pas comment le fructose provoque ces effets néfastes. Dans l’intestin grêle, il est peu absorbé par rapport au glucose. Son excès provoque sa présence en quantités anormales dans le gros intestin et y altère la flore bactérienne. Ce phénomène est amplifié chez près de la moitié de la population qui présente des problèmes d’absorption intestinale du fructose, pathologie encore mal diagnostiquée. Des travaux préliminaires sur la souris montrent que les cellules immunitaires du cerveau sont activées par l’excès de fructose indiquant un état inflammatoire néfaste à long terme. De plus, des tests de comportement révèlent un état dépressif de ces animaux. Mais on ne sait pas si le fructose agit directement sur le cerveau ou/et si ses effets sont la conséquence d’un dysfonctionnement intestinal ou sanguin. Cette étude va nous permettre de déterminer si les différences génétiques ont un impact sur les effets du fructose chez la souris.

Bénéfices attendus

Les résultats de ce projet permettront d’évaluer dans quelle mesure le fond génétique des souris et leurs conditions d’hébergement influencent leur réponse au fructose, tant sur le plan comportemental que physiologique. Ces données sont cruciales pour mettre en place une étude sur les mécanismes d’action du fructose.

Procédures

Tous les animaux seront soumis à des tests de comportement durant 5 à 20 minutes pour permettre d’analyser des comportements émotionnels et de mémoire : 4 tests différents répartis sur 4 jours une semaine (jour de repos le mercredi) et 5 tests différents répartis sur 5 jours une autre semaine. Trois semaines sépareront les 2 semaines de tests. Au cours du protocole expérimental, les animaux vigiles seront soumis à 2 reprises à un test de tolérance au glucose et une fois à un test de résistance à l’insuline. Ils recevront au total 2 gavages de glucose et 1 injection d’insuline pour un suivi de la glycémie pendant 2 heures (glycémie mesurée à 7 et 5 temps différents par prélèvement d’une goutte de sang d’une durée inférieure à 10 secondes, soit un total de 19 prélèvements). Les gavages et injections ne durent qu’une dizaine de secondes, maximum 20 secondes. Les animaux seront mis à jeun 16 heures maximum une fois, et 6h deux fois, une fois 4h, puis 2h en fin de protocole. Un prélèvement sanguin sera effectué une fois, d’une durée d’environ 20 secondes.

Impact sur les animaux

Les animaux seront soumis à un stress sur des temps très courts au cours de la contention nécessaire lors des gavages et des prélèvements (moins de 20 secondes). Les animaux seront soumis à un stress durant les tests de comportement (10 minutes maximum). Les animaux seront soumis à une légère douleur lors des prélèvements sanguins. Les souris seront soumises à des périodes de jeûne (16 heures, 6 heures et 4 heures) ce qui n’entraine qu’une diminution modérée de la glycémie et aucune hypoglycémie.

Devenir

L'ensemble des animaux sera mis à mort afin de prélever et analyser certains tissus (cerveau, pancréas, foie, intestin et contenu de caecum).

Remplacement

L’étude des comportements de type anxieux et dépressif, des performances cognitives ne peut être faite que sur des animaux vivants, tout comme l’étude des effets physiologiques d’un changement de consommation alimentaire. Il n’existe pas de modèle in vitro pouvant les remplacer. Enfin, les analyses tissulaires doivent être réalisées sur des organes entiers qui tiennent compte de l’anatomie réelle qui existe chez les individus, en particulier le cerveau constitué d’un réseau de voies nerveuses encore impossible à reproduire.

Réduction

Le nombre d’animaux sera réduit au maximum en se basant sur des articles scientifiques qui ont montré par le biais de tests statistiques des différences entre plusieurs groupes. D’après de précédentes études, 12 animaux par groupe expérimental semblent nécessaires pour obtenir des résultats rigoureux suite aux tests comportementaux.

Raffinement

Pour réduire au maximum le stress des animaux, une semaine avant le début du protocole, ils seront habitués à être pris de leur cage au moyen d’un tunnel en plastique et à être manipulés pour les gestes de contention. Un suivi visuel quotidien des animaux sera opéré et leur poids sera mesuré 1 fois par semaine. Des points limites ont été mis en place et seront appliqués pour limiter au mieux la souffrance des animaux.

Choix des espèces

Le modèle utilisé est la souris, qui est un mammifère comme l’Homme. Les tests de glycémie et de comportement sont bien connus chez ces rongeurs et nous pourrons comparer nos résultats à ceux d’études antérieures. Elles seront étudiées à l’âge adulte (10 semaines) pour reproduire la malabsorption intestinale du fructose observée chez l’Homme lorsque la flore intestinale est mature et évaluer leur santé mentale. Nous utiliserons des animaux génétiquement modifiés qui seront nécessaires pour la poursuite de notre projet, où le transporteur au fructose sera invalidé spécifiquement dans le cerveau ou l’intestin afin de déterminer si l’effet du fructose est du à son action directe au niveau du cerveau ou à sa malabsorption au niveau intestinal.

Pour construire un atlas vasculaire cérébral et automatiser le recalage entre imagerie par résonance magnétique et imagerie ultrasonore, 66 rats de six à huit semaines vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun passe une heure d'IRM sous anesthésie avec pose d'un cathéter veineux, puis, vingt-quatre à soixante-douze heures plus tard, une chirurgie d'amincissement du crâne suivie sans réveil de l'imagerie ultrasonore, jusqu'à trois heures en tout. Une partie des rats reçoit en plus une injection de lipopolysaccharide dans le cerveau, pour provoquer une inflammation locale. La méthode sera mise à disposition des utilisateurs de la plateforme d'imagerie, et le porteur indique que des animaux de réforme pourront servir à la mise au point des protocoles.

Objectifs

L’imagerie ultrasonore ultrarapide est une technique récente d’imagerie qui permet d’étudier l’activité cérébrale, grâce à la mesure des changements de volume sanguin dans les vaisseaux qui irriguent le cerveau. En combinaison avec un agent de contraste ultrasonore (sous forme de microbulles injectées dans la circulation, la technique permet de créer des images haute résolution de la microcirculation. Cependant ces images offrent un contraste uniquement vasculaire, sans autre repère anatomique que les vaisseaux intra-cérébraux dans le champ de vue de la sonde ultrasonore. L’acquisition comme l’analyse de ces images requiert de pouvoir repérer les régions anatomiques cérébrales depuis un référentiel, qui ne contient en général aucune information vasculaire. Actuellement la méthodologie d’analyse des données ultrasonores reste très insatisfaisante car l'alignement des images vasculaires avec les images anatomiques (obtenues en IRM) est réalisé manuellement, avec un contrôle visuel de leur adéquation. C'est une source d'imprécision majeure dans la quantification des données. L’objectif est donc de développer une méthodologie robuste, reproductible et automatique de recalage des modalités d’imagerie ultrasonore et IRM.

Bénéfices attendus

Il s’agit d’un développement méthodologique qui permettra d’exploiter de manière plus fiable les données d’imagerie cérébrale ultrasonore acquise chez le rat. Plus généralement, l’intégration de cette modalité, qui permet l'enregistrement de l'activité cérébrale chez des animaux anesthésiés mais aussi vigiles, dans des projets exploitant l’imagerie médicale, sera facilitée. La méthodologie de recalage des modalités d’imagerie du cerveau par résonance magnétique (IRM) et ultrasonore (fUS/ULM) sera mise à disposition de tous les utilisateurs de la plateforme, et pourra, le cas échéant, être adaptée à la souris. Enfin une nouvelle classe d’agents de contraste ciblés sera évaluée, ouvrant la voie à une imagerie ultrasonore moléculaire, ce qui constituerait une nouveauté scientifique. A terme, cette technique d’imagerie pourra être utilisée pour l’évaluation de nouveaux agents de contraste ou médicaments à visée humaine.

Procédures

Les animaux seront soumis à une session d’imagerie par résonance magnétique (1 heure au maximum), sous anesthésie générale, avec pose d’un cathéter veineux. Entre 24h et 72h après, ils subiront une chirurgie consistant en un amincissement du crâne, nécessaire pour l’imagerie ultrasonore, qui sera réalisée dans la foulée (3 heures au maximum, pour l’ensemble, sans réveil de l’animal), avec pose d’un cathéter veineux. En outre certains animaux, auront préalablement subi une intervention chirurgicale consistant en une injection intracérébrale, réalisée 24 à 72h avant la première session d’imagerie. Le délai minimal entre chaque session (imagerie ou chirurgie) est de 24h, le délai maximal est porté à 72h pour tenir compte du week-end.

Impact sur les animaux

L'injection intracérébrale peut entraîner une douleur locale ainsi qu’une gêne transitoire susceptible d’affecter temporairement la prise alimentaire. L’induction de l’anesthésie par voie gazeuse peut être source de stress pour les animaux. Il sera nécessaire de poser un cathéter veineux caudal afin d’administrer des produits de contraste, ce qui constitue une source supplémentaire d’inconfort ponctuel. Préalablement à l’acquisition des images en ultrasons, les animaux subiront une chirurgie consistant en un amincissement du crâne, susceptible d’entraîner des douleurs.

Devenir

Mise à mort

Remplacement

Les développements méthodologiques en imagerie cérébrale doivent être réalisés sur des animaux vivants. En effet, seule l’expérimentation in vivo permet de tester et de valider ces approches dans des conditions physiologiques réelles, où interviennent des paramètres tels que la circulation sanguine, la respiration, l’activité cérébrale et les réactions biologiques de l’organisme.

Réduction

Des animaux de réforme pourront être utilisés pour la mise au point des protocoles d’imagerie. Des animaux de même âge et poids seront utilisés pour la construction de l'atlas vasculaire cérébral, et chaque animal sera mis à profit de manière optimale en subissant à la fois un examen d’imagerie IRM et ultrasonore. Ceci limite considérablement la variabilité et donc le nombre total d’animaux nécessaire. Pour l'évaluation de nouveaux agents de contraste "intelligents" ( car ciblant des protéines particulières), des groupes expérimentaux réduits au minimum (3-4 animaux) seront utilisés pour mener une comparaison exploratoire entre les deux modalités d’imagerie.

Raffinement

L’imagerie est réalisée sous anesthésie générale gazeuse. Lors de l’induction de l’anesthesie, une lampe infrarouge est utilisée pour réchauffer la boite et limiter la perte de température corporelle. Les chirurgies sont réalisées sous anesthésie générale gazeuse, avec supplémentation en oxygène, un traitement anti-douleur adapté, une thermorégulation continue, une hydratation sous-cutanée, et un monitoring respiratoire. Les groupes sociaux sont conservés (pas d'isolement en dehors de la période d'anesthésie). Le modèle animal d’inflammation cérébrale locale provoquée par l’injection intracérébrale de lipopolysaccharide (LPS) est utilisé car il est moins invalidant pour les animaux que d’autres modèles inflammatoires aigus (comme ceux mimant un accident vasculaire cérébral ou une sclérose en plaques). De plus les méthodes d’imagerie ciblées apportent une grande sensibilité de détection, ce qui permet de limiter à la fois la quantité de LPS injecté et la durée de suivi longitudinal.

Choix des espèces

Les développements méthodologiques visés utilisent des appareils d’imagerie dédiés aux rongeurs. Le projet est mis en oeuvre chez le rat, pour bénéficier d’une imagerie cérébrale mieux résolue en raison de la plus grosse taille de cerveau en comparaison avec la souris. La méthodologie sera entièrement adaptable chez la souris, si besoin. Les animaux auront entre 6 et 8 semaines (jeunes adultes) : la maturité cérébrale sera atteinte, l’os crânien suffisamment développé et robuste, et le poids suffisant (250-300g) pour la mise en place d’un cathéter veineux caudal pour l’injection des agents de contraste.

Plus petites, dotées d'un cerveau plus petit, les souris double mutantes de ce projet peinent à se déplacer et à communiquer avec le reste de la portée, et leur mortalité augmente vers trois semaines de vie. 942 souris vont être utilisées dans des procédures déclarées d'un niveau de souffrance modéré, toutes tuées pour prélever le cerveau, à des stades allant de l'embryon à vingt jours de vie. Le porteur écrit pourtant qu'elles "ne subiront aucune procédure expérimentale". Tout animal délaissé par sa mère ou sans poche à lait visible pendant vingt-quatre heures est tué, et les collectes s'arrêtent à vingt jours pour devancer la mortalité.

Objectifs

Notre recherche est orientée vers l’étude de la physiopathologie des maladies neuro-développementales d’origine génétique. Des mutations dans de nombreux gènes ont été identifiées chez des patients avec des troubles du neurodéveloppement. Notre objectif est de comprendre le rôle de ces gènes dans les cellules du système nerveux central et les mécanismes physiopathologiques associés à ces maladies. Plusieurs patients avec des troubles du neurodéveloppement présentent une mutation dans le gène d’intérêt. La protéine issue de ce gène (gène 1) forme un complexe avec une autre protéine (encodée par le gène 2). Ce complexe est indispensable au décodage de certains gènes. Notre collaboration avec des généticiens et d’autres équipes de recherche a permis de mettre en avant l’importance du gène d’étude dans le développement du cerveau. La technique utilisée lors de ces précedentes études nous a permis de moduler l’expression dans une partie des cellules de cortex (environ 1%) et de visualiser un défaut de migration. Nous souhaitons à présent moduler cette expression dans toutes les cellules du cortex pour comprendre les mécanismes impliqués dans les troubles du neurodeveloppement. Afin d’avoir toute la population de cellules du cortex à analyser (et non 1% comme les expériences précédentes), nous avons étudié des souris cKO (Knock-Out conditionnel, c’est-à-dire que le gène d’intérêt est absent uniquement dans le cortex des souris) soit pour le gène 1 soit pour le gène 2. Ces souris ne présentent aucune anomalie au niveau du cerveau. Nous souhaitons à présent étudier les souris cKO pour les deux gènes du complexe (perte de l’expression des gènes 1 et 2 simultanément), ici encore en limitant l’excision des gènes au cortex cérébral des souris. Cette étude permettra de comprendre par quels mécanismes moléculaires le complexe influe sur le développement du cortex.

Bénéfices attendus

Notre étude permettra de comprendre la fonction du complexe étudié dans le neurodéveloppement et les mécanismes par lesquels sa déplétion conduit à des troubles du neurodéveloppement, plus précisément au niveau moléculaire.

Procédures

Ils ne subiront aucune procédure expérimentale.

Impact sur les animaux

Les animaux mutants sont plus petits et ont un cerveau plus petit. Ils pourront avoir du mal à se déplacer et à communiquer avec le reste de la portée, notamment dans le cas des études post-natales. Vers 3 semaines après la naissance, les animaux présentent une mortalité qui semble augmentée d’après nos premières données préliminaires. Dans ce projet, nous n’étudions pas les animaux agès de plus de 3 semaines.

Devenir

Tous les animaux sont mis à mort à la fin du projet afin de prélever les cerveaux et de réaliser les analyses sur ceux-ci.

Remplacement

L’utilisation de l’expérimentation animale pour nos travaux est rendue nécessaire par la complexité de l’environnement du cortex cérébral en développement qui ne peut pas totalement être recréé par des approches in vitro. Nous incluons d’ailleurs dans cette étude des méthodes de culture cellulaire, mais qui nécessitent tout de même des embryons « donneurs ». Le développement du cerveau est très bien caractérisé chez la souris, ce qui nous permet de déterminer efficacement les effets de l’altération de gènes sur le développement embryonnaire cortical.

Réduction

Notre projet est composé de trois études dont la première a pour but de déterminer les stades clés pour les études suivantes, afin de limiter le nombre de stades étudiés en détail et de limiter le nombre d’animaux générés. De plus, nous allons combiner les analyses de protéines et d’ARN sur une même portée (1 hémisphère pour chaque étude au lieu du cerveau entier). Nous utilisons les test statistique adaptés afin d’évaluer différents paramètres chez les animaux portant la mutation par rapport aux contrôles (embryons non porteurs de la mutation de la même portée). Nous avons aussi adapté le nombre de portées à analyser en fonction des expériences à réaliser.

Raffinement

Nous prenons en compte avec la plus grande attention le bien être de nos animaux. L’élevage et la reproduction de nos animaux se font dans un environnement contrôlé permettant une réduction du stress pour l’animal, notamment avec l’ajout de nid et de tunnel dans les cages d’hébergement. La mise à mort est faite par du personnel qualifié. Pour les animaux à 3 semaines de vie (21-22 jours après la naissance), bien qu’ils soient plus petits et aient un cerveau plus petit, nous n’avons jusqu’à présent pas détecté de signe de détresse ou de souffrance. Aucun point limite (maigreur, absence de lait maternel dans l’estomac) n’a été constaté dans les premières portées. Nous faisons toutefois nos collectes les plus tardives à 20 jours de vie, avant l’apparition de la mortalité. Nous effectuons le prélèvement pour le génotypage en post-mortem pour éviter une douleur inutile. En post-natal, pour les animaux étudiés le jour de la naissance ou à 6 jours de vie : nous comptons les nouveaux nés à la naissance et nous nous assurons qu’ils sont bien en groupe dans le nid, attestant que la mère s’occupe de tous ses petits. Tout animal délaissé sera euthanasié pour éviter hypothermie et hypoglycémie. 3 fois par semaine, nous apportons une attention particulière aux points limites suivants : i) l’absence de prise alimentaire par observation de la poche à lait : tout animal sans poche à lait visible pendant 24h est euthanasié ; ii) cyanose: les animaux étant glabres jusqu’à 6 jours de vie, nous observons la couleur de la peau : tout animal cyanosé est euthanasié. Entre 6 et 20 jours de vie: Nous surveillons l’attitude de la mère et tout animal délaissé sera euthanasié pour éviter hypothermie et hypoglycémie. L’apparence du pelage des petits est également un bon indice du soin apporté par la mère. Nous avons noté une taille des nouveaux nés double mutants plus petite (mais de corpulence normale, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas anomalement maigres), des cerveaux plus petits et des animaux moins vifs. Le point limite étant une perte anormale de poids, les animaux sont pesés 3 fois par semaine. Si une perte de poids ou un état de maigreur est observé, l’animal est euthanasié. Les animaux ne réagissant pas à une stimulation lors de l’ouverture du nid sont euthanasiés.

Choix des espèces

Nous avons choisi la souris pour étudier les gènes impliqués chez des patients souffrant de troubles neurodéveloppementaux. Les étapes du développement du cerveau sont très bien caractérisées chez la souris, ce qui nous permet de voir les effets des mutations dans des gènes impliqués dans les maladies neurodéveloppementales chez l’homme. Cet animal de petite taille avec environ 8 embryons par portée est couramment modifié génétiquement, ce qui nous permet de mimer les mutations observées chez l’homme. De plus la culture de cellules souches neurales et la culture primaire de neurones à partir de cortex murins sont des techniques bien établies au laboratoire. Selon nos études préliminaires, les très jeunes embryons mutants (avant 2/3 de gestation) ne présentent aucune différence avec les embryons sauvages. A la naissance, nous notons une taille légèrement inférieure et juste avant le sevrage, cette taille ainsi que la taille du cerveau, sont très inférieures chez les double cKO. A deux semaines de vie, on observe également une diminution de la taille (corps et tête) chez les animaux avec une seule copie d’un des deux gènes. Nous souhaitons dans un premier temps étudier tous les stades du développement du cerveau afin de déterminer précisement la dynamique d’apparition des phénotypes et d’identifier le timing précis auquel réaliser la caractérisation moléculaire qui permettra de comprendre les mécanismes qui mènent à l’apparition des phénotypes : stades embryonnaires 14.5 jours, 15.5 jours, 16.5 jours et 18.5 jours post-fécondation et stades postnataux jour de la naissance et 6, 14 et 20 jours de vie. Dans les études suivantes, nous étudierons plus en détail uniquement les stades clé.

Pour tester la tenue à six mois d'électrodes cérébrales souples destinées aux troubles de la conscience, 58 miniporcs se font implanter ces électrodes en profondeur dans le cerveau, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque animal enchaîne des séances d'imagerie d'une à deux heures sous anesthésie, deux enregistrements de l'activité cérébrale par semaine le premier mois puis un toutes les deux semaines pendant cinq mois, et des anesthésies générales de quatre heures destinées à simuler une altération de la conscience. Le porteur annonce des douleurs, une hypothermie, une déshydratation, des troubles neurologiques, un risque d'infection et un risque de rejet de l'implant. Tous les miniporcs sont tués pour l'examen histologique des tissus, sans qu'aucun élément n'indique comment l'effectif de 58 a été arrêté.

Objectifs

Jusqu’à 6 % de la population mondiale souffrirait de troubles de la conscience (DoC) caractérisés par une altération aigue et globale des fonctions mentales et une incapacité à répondre à des stimuli. Les DoC comprennent le coma, l’état végétatif (absence de conscience en dépit d’une vigilance préservée) et l’état de conscience minimale (mais incapacité à communiquer). Ils sont dus à une perte de l’intégrité de réseaux neuronaux (comprenant des millions de neurones interconnectés) et de leurs neurotransmetteurs qui régulent l’état d’éveil et de conscience. Les causes des DoC sont diverses : traumatisme crânien, hémorragie, ischémie, infection… induisant de multiples mécanismes d’un patient à l’autre qu’il est indispensable d’explorer afin d’élaborer une thérapie personnalisée. A ce jour, aucun traitement n’est reconnu. Des études utilisant des agents pharmacologiques ou une neurostimulation ont montrées des améliorations chez certains patients. Mais les bénéfices sont hétérogènes et la neurostimulation, lourde et peu accessible pour les patients, nécessite un gros développement pour la mise en place de paramètres personnalisés. L’objectif de ce projet est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans les DoC et de permettre la mise en place d’une thérapie personnalisée. Pour cela, nous utiliserons un implant innovant biocompatible miniature mimant les propriétés mécaniques du tissu cérébral et minimisant la réponse immunitaire. Ce dispositif unique offre aussi la possibilité d’effectuer des enregistrements de l’activité cérébrale et de la neurostimulation des zones cérébrales périphériques au plus profondes. Les électrodes seront implantées dans des régions cérébrales impliquées dans les DoC, sur 6 mois chez le miniporc, afin d’évaluer ses performances d’enregistrements et de neurostimulations à long terme. Le miniporc est un modèle adapté de par une anatomie cérébrale et des contraintes chirurgicales similaires à l’Homme. Les DoC seront simulés grâce à des niveaux d’anesthésie plus ou moins profonds. Les principaux agents pharmacologiques utilisés chez l’Homme seront aussi administrés afin d’évaluer leur action sur l’activité cérébrale.

Bénéfices attendus

Cette étude pourrait, à court terme, permettre de valider et de mettre en place chez le miniporc une nouvelle approche d’anesthésie déjà bien développée chez l’Homme et qui présente de nombreux avantages en comparaison aux méthodes « conventionnelles » : réveil et récupération plus rapide, dosage plus précis, profondeur d’anesthésie plus stable et contrôlable (modérée ou profonde) et moins d’effets secondaires. Elle permettra aussi d’enrichir les connaissances sur le cerveau du miniporc grâce aux imageries réalisées ce qui nous permettra d’améliorer la précision de futures chirurgies. Les autres bénéfices attendus du projet sont d’évaluer à long terme un nouveau type d’électrodes miniatures et souples, mimant les propriétés mécaniques du tissu cérébral ce qui minimise la réponse immunitaire. Ces électrodes, qui permettent un enregistrement tout au long de leur axe, offriraient une possibilité de recueillir des signaux cérébraux sur une importante profondeur et permettraient d’enregistrer de multiples zones cérébrales avec un seul dispositif. Ici nous les utiliserons dans le cadre des DoC afin de mieux évaluer les mécanismes impliqués dans cette pathologie et d’analyser les effets thérapeutiques d’une neurostimulation. La double fonction des électrodes, enregistrements et neurostimulation, leur confèrerait également un potentiel de traitement dans certains troubles neurologiques. La souplesse des électrodes, tout comme leur capacité d’enregistrements, pourraient aussi grandement participer à développer le domaine des interfaces cerveau-machine qui prend de plus en plus d’ampleur.

Procédures

Avant la chirurgie, des séances d’imagerie (de 1 à 2h00) seront réalisées sous anesthésie afin de déterminer la meilleure trajectoire d’implantation des électrodes. Pour le transport entre la zone d’hébergement (stabulation) et le service d’imagerie, les animaux seront anesthésiés par injection afin d’éviter tout stress. La chirurgie d’implantation sera réalisée sous anesthésie générale et analgésie. Les animaux seront aussi exposés, sous anesthésie générale, après la chirurgie, à une séance d’imagerie (de 1 à 2h) mensuelle au maximum pour vérifier la position des électrodes. Après la chirurgie et une période de récupération d’une semaine au minimum, les animaux seront exposés éveillés (1h environ) et sous anesthésie générale pour simuler les DoC (qui se limitera à 4h pour ne pas trop les fatiguer) à des sessions d’enregistrement de l’activité cérébrale : signaux EEG (électroencéphalogramme). Le 1er mois 2 enregistrements par semaine sont prévus (espacés de 72h au minimum) et les 5 mois suivants un enregistrement toutes les 2 semaines. Après obtention d’une ligne de base de l’activité cérébrale, les enregistrements seront effectués, bimensuellement au maximum, sous microstimulation cérébrale ou sous agents pharmacologiques utilisés chez l’Homme pour traiter les DoC. Chaque animal pourra être soumis, sous anesthésie générale, à une prise de sang si son état requière une analyse. L’euthanasie sera effectuée sous anesthésie générale et analgésie.

Impact sur les animaux

Tout acte chirurgical visant à poser un implant cérébral en profondeur peut engendrer chez les animaux : douleur, pertes de poids, hypothermie, déshydratation, troubles neurologiques, risque d’infection au niveau du site d’incision ou d’implantation. Le réveil après une anesthésie générale peut induire une désorientation et un stress de courte durée. Une anesthésie générale peut engendrer un état de fatigue transitoire. La pose d’un dispositif implantable peut induire une irritation, une réaction inflammatoire, une infection ou encore un rejet.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés selon un protocole approprié, afin d’obtenir les prélèvements requis pour les analyses histologiques pour compléter scientifiquement l’étude. L’étude des tissus est indispensable pour valider la bonne tolérance de l’implant à long terme.

Remplacement

Même si les techniques d’aujourd’hui comme la construction d’organoïdes permettent de limiter l’utilisation d’animaux à des fins scientifiques, il n’existe pas à ce jour de modèle in vitro ou in silico permettant de réaliser ces travaux sans perte d’informations scientifiques. Les mécanismes des DoC étant très mal connus, ces derniers ne peuvent être reproduits qu’in vivo pour le moment. Nous devons aussi évaluer et valider à long terme l’intégrité et la fonctionnalité du dispositif implantable composé d’électrodes souples, ce qui ne peut être réalisé que sur des organismes entiers, complets avec leur physiologie et leur complexité sur le plan biologique. En amont, des premiers tests de cytotoxicité et de biocompatibilité, pour sécuriser au maximum l’implantation des dispositifs, ont été réalisés et validés, notamment chez le rongeur.

Réduction

Même si les techniques d’aujourd’hui comme la construction d’organoïdes permettent de limiter l’utilisation d’animaux à des fins scientifiques, il n’existe pas à ce jour de modèle in vitro ou in silico permettant de réaliser ces travaux sans perte d’informations scientifiques. Les mécanismes des DoC étant très mal connus, ces derniers ne peuvent être reproduits qu’in vivo pour le moment. Nous devons aussi évaluer et valider à long terme l’intégrité et la fonctionnalité du dispositif implantable composé d’électrodes souples, ce qui ne peut être réalisé que sur des organismes entiers, complets avec leur physiologie et leur complexité sur le plan biologique. En amont, des premiers tests in vitro pour sécuriser au maximum l’implantation des dispositifs, ont été réalisés et validés, notamment chez le rongeur.

Raffinement

Les animaux seront habitués à la manipulation par des personnes expérimentées, afin d’assurer leur bien-être pendant les changes, les pesées, les protocoles, les anesthésies, les prises de sang ou tous soins nécessaires post chirurgie. Ils seront également entraînés par renforcement positif à rester dans un hamac avant le début des sessions d’enregistrements. Pour chaque chirurgie, l’animal sera sous anesthésie générale et analgésie, ses fonctions cardiaques et respiratoires seront monitorées tout comme la quantité d’oxygène dans le sang, sa température corporelle qui sera maintenue à 37 °. Un gel ophtalmique sera également appliqué pour éviter son inconfort. Des soins post opératoires adéquates seront adaptés pour chaque animal et des antalgiques seront utilisés le temps nécessaire. Toutes les imageries ou les prises de sang en cas de besoin seront réalisées sous anesthésie générale. L’état de santé des animaux sera surveillé quotidiennement tout au long de l’expérience, avec une surveillance accrue en sortie de chirurgie et d’anesthésie générale et tout sera mis en œuvre pour que les animaux aient un niveau d’inconfort aussi limité que possible. Des points limites suffisamment prédictifs et spécifiques au projet seront appliqués et en cas d’effets inattendus des traitements appropriés seront immédiatement mis en œuvre et/ou il pourra être décidé d’interrompre l’expérimentation. En parallèle, le vétérinaire sera alerté.

Choix des espèces

Compte tenu des objectifs de l’étude, le modèle porcin est plus pertinent que le modèle rongeur notamment du fait de la taille de l’implant à tester (semblable à celui destiné à l’Homme), de la durée sur laquelle le dispositif doit rester implanté et du déroulé des sessions d’enregistrement et de neurostimulation. Le miniporc offre aussi la possibilité de simuler les conditions d’une future implantation humaine du dispositif. Enfin, les mouvements du cerveau produits chez le miniporc génèrent une instabilité des signaux similaire à celle rencontrée chez l’Homme. Ce projet nécessite de travailler avec des animaux adultes du fait de la durée d’implantation (6 mois) et de la taille des implants. Des animaux juvéniles âgés de 6 semaines (permettant une meilleure habituation à la manipulation et une meilleure constitution des groupes sociaux du fait de leur jeune âge) seront réceptionnés et utilisés seulement après une période d’acclimatation d’une semaine. Les chirurgies seront réalisées sur les animaux jeunes adultes d’environ 8 semaines. Les animaux seront utilisés dans la procédure à l’âge adulte, entre 2 et 8 mois.

90 souris vont être utilisées, toutes tuées pour prélèvement de tissus, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une administration quotidienne de corticostérone pendant quatre semaines provoque perte de poids, baisse d'appétit, altération du pelage et apathie, avant six semaines de course sur tapis roulant cinq jours par semaine, au risque de lésions plantaires. Un test de force de préhension, un open field et des tests d'endurance de vingt à trente-cinq minutes complètent un protocole présenté comme une exploration de l'exercice physique "pour la santé cérébrale et le bien-être". Sur le choix de la souris, le porteur avance sa taille, sa compatibilité avec le tapis roulant, un entretien "plus rentable" que celui des animaux plus gros, et le fait que les souris soient "souvent considérées comme un choix plus acceptable sur le plan éthique".

Objectifs

Ce projet vise à comprendre comment un stress prolongé influence le cerveau, le muscle et le métabolisme, et à déterminer dans quelle mesure différentes formes d’exercice physique peuvent limiter ou modifier ces effets. Nous analyserons : la capacité du cerveau à s’adapter, les capacités de récupération et de fonctionnement du muscle, le fonctionnement énergétique des cellules, et les réactions inflammatoires du corps. L’objectif est d’identifier comment le stress chronique et l’exercice physique interagissent, et si l’exercice volontaire (roue) et l’exercice imposé (tapis roulant) produisent des effets différents sur ces processus. Le protocole permettra d’établir un lien entre les comportements (anxiété, activité spontanée, endurance, force), les changements cellulaires et les marqueurs sanguins. Nous faisons l’hypothèse que : l’exercice volontaire agit surtout sur l’équilibre émotionnel et l’adaptation du cerveau, tandis que l’exercice imposé agit surtout sur les capacités énergétiques et structurelles des muscles. Les résultats aideront à mieux comprendre comment le stress chronique, la douleur et l’activité physique interagissent et influencent l’adaptation globale de l’organisme.

Bénéfices attendus

Le projet cherche à mieux comprendre comment le stress chronique et l’activité physique agissent ensemble sur la santé mentale. Il repose sur l’idée que certaines personnes deviennent plus sensibles au stress alors que d’autres arrivent mieux à y faire face. Pour répondre à cette question, nous utilisons un modèle animal qui permet d’étudier précisément les effets d’un stress prolongé ainsi que deux formes d’exercice, l’une choisie librement et l’autre imposée. Ce projet vise à repérer ce qui, dans le cerveau, les muscles et le fonctionnement général du corps, explique la fragilité ou au contraire la résistance face au stress. Nous nous intéressons notamment à la capacité du cerveau à s’adapter, au fonctionnement et à la récupération du muscle, ainsi qu’à la manière dont le corps produit et utilise son énergie. Les résultats attendus permettront de mieux comprendre comment l’activité physique peut protéger le corps et l’esprit lorsqu’une personne est exposée au stress pendant longtemps. Ils aideront aussi à identifier des indicateurs biologiques utiles pour suivre les effets de programmes d’activité physique utilisés comme alternatives ou compléments aux traitements. Enfin, le projet apportera des connaissances essentielles pour prévenir les troubles de l’humeur, l’anxiété ou le déclin des capacités intellectuelles qui peuvent être liés au stress et au manque d’activité.

Procédures

1-Habituation au tapis roulant • Durée : 1 semaine • Fréquence : 1 session par jour • Description : Les animaux sont progressivement exposés au tapis roulant afin de réduire le stress et de garantir une familiarisation suffisante avec l’appareil avant les premiers tests. 2-Traitement expérimental d'une durée de 4 semaines • Administration quotidienne selon le protocole expérimental. 3-Évaluation des capacités physiques – Tests pré-entraînement • Durée d’une session : 20 à 35 minutes par animal • Description : Test d’endurance, test d’exercice progressif ou autre mesure selon le protocole, afin d’établir le niveau physique basal avant l’entraînement. 4-Programme d’entraînement physique a) Entraînement sur tapis roulant • Durée totale : 6 semaines • Fréquence : 5 jours par semaine • Durée d’une séance : variable (progressive selon intensité et protocole) • Description : Sessions structurées d’endurance visant à induire des adaptations musculaires et physiologiques. b) Activité spontanée en roue • Durée : 6 semaines en parallèle de l’entraînement • Accès libre à la roue pendant les périodes prévues selon le protocole. 5-Évaluation des capacités physiques – Tests post-entraînement • Durée d’une session : 20 à 35 minutes par animal • Description : Tests identiques ou équivalents aux mesures pré-entraînement, afin d’évaluer les effets de l’entraînement et/ou du traitement. 6-Test d’activité spontanée • Durée : 30 minutes • Description : Analyse du comportement locomoteur et de l’activité libre. 7-Mise à mort et prélèvements • Réalisés conformément aux procédures réglementaires . • Un prélèvement sanguin terminal est effectué juste avant l’euthanasie.

Impact sur les animaux

Pour l’exercice : lésions plantaires, fatigue musculaire, stress lié à la manipulation ; Pour la Corticosterone: perte de poids, diminution de l’appétit, altération du pelage, apathie.

Devenir

Les animaux seront euthanasiés afin de prélever des tissus pour des analyses histologiques, cellulaires ou moléculaires.

Remplacement

Pour comprendre comment le cerveau, les muscles et l’énergie du corps fonctionnent ensemble, il faut étudier le corps dans son ensemble, car tous ces systèmes interagissent. Le cerveau peut s’adapter et changer, le corps transforme l’énergie pour fonctionner, les muscles et les nerfs travaillent ensemble, et tout cela est régulé par un système qui contrôle le stress et des signaux venant du reste du corps. Pour vraiment comprendre comment tout cela fonctionne, il faut observer le corps dans son ensemble.

Réduction

Dans ce projet , nous avons cherché à utiliser le moins d’animaux possible dès la conception de l’étude. Pour déterminer combien de souris étaient nécessaires, nous avons utilisé un logiciel spécialisé qui nous aide à prévoir combien d’animaux suffisent pour obtenir des résultats fiables. Nous avons estimé qu’avec 15 souris par groupe (soit 90 souris au total pour 6 groupes), nous pourrions détecter des effets importants du stress et de l’exercice sur la santé des souris, tout en limitant le nombre d’animaux utilisés. Chaque souris suivra un protocole standardisé permettant de réaliser de nombreuses analyses différentes (biochimie, molécules, comportement), ce qui maximise les informations obtenues à partir de chaque animal.

Raffinement

Les conditions de soins et d’hébergement des animaux sont adaptées à la procédure réalisée afin de limiter au minimum la souffrance animale. Une habituation est réalisée au cours de la phase d’acclimatation pour limiter le stress généré. Les animaux seront regroupés dans des cages (6 animaux par cage). L’isolement des animaux est évité. Le cycle d’éclairage est de 12h par jour (6h-18h). Pendant l’ensemble des procédures, une surveillance quotidienne est effectuée. Si le comportement d'un animal est altéré, il est pesé avec un point limite de perte de poids. Si d'autres points limites sont observés lors du suivi, l’euthanasie pourrait s’avérer nécessaire. A l’issue de l’exercice sur tapis roulant, si l’animal semble fatigué, de l’alimentation sous forme de granullé mouillé est fournie, voire il est réalisée une injection de NaCl 0,9% . Des soins locaux sont prévus en cas d'irritation des pattes au cours des séances d'entrainement. Les animaux pour lesquels une habituation est impossible (< 1/15 en moyenne) sont retirés de l'expérimentation, afin que l'exercice ne soit pas associé à un stress douloureux. Ces animaux seront décomptés du total d'animaux utilisés. Mise à disposition des animaux, si besoin, de poches d’eau gélifiée et/ou croquettes humides.

Choix des espèces

Taille et facilité de manipulation pendant l’exercice physique sur tapis roulant animal. Les souris sont souvent considérées comme un choix plus acceptable sur le plan éthique pour la recherche que les animaux plus gros. Leur petite taille et leur capacité à être logés en groupe facilitent la prestation de soins appropriés et minimisent les souffrances. L’entretien et le logement des souris sont généralement plus rentables que les animaux plus gros, car ils nécessitent moins d’espace, de nourriture et de ressources. Compatible avec le tapis roulant,roue d'activité spontonés, grip strength (mesurer la force de préhension) et Open field (permet d’évaluer l’activité et certains aspects du comportement de la souris) de notre laboratoire. Animaux jeunes adultes 8 semaines. Age pour lequel l'entrainement physique en aérobie aura le plus d'effet sur le système musculaire.

Transportées à pied d'un bâtiment à l'autre dans une cage placée en double emballage opaque, 360 souris circulent entre les quatre établissements utilisateurs de ce projet sur l'ataxie cérébelleuse. Elles subissent un prélèvement d'oreille, une chirurgie d'une heure sous anesthésie, des tests comportementaux répétés jusqu'à cinq fois, puis pour une partie d'entre elles une dernière chirurgie d'injection de fixateur, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. 52 femelles passent par un projet d'élevage pour la reproduction avant d'être tuées, les 308 autres sont tuées pour prélèvement de tissus. Sur le remplacement, le porteur écrit qu'un axe d'études comportementales rend impossible de se passer du modèle animal, et que les réseaux neuronaux visés ne se reproduisent pas en culture cellulaire.

Objectifs

Les ataxies cérébelleuses sont un groupe de maladies neurodégénératives caractérisées par des troubles de la marche, une perte d'équilibre et de coordination motrice. Ces troubles sont causés par la dégénérescence des neurones du cervelet. Du fait de la faible prévalence de ces maladies, la mise en place d'études cliniques s'est avérée difficile et, à ce jour, aucun traitement curatif n'est disponible et très peu de médicaments sont proposés aux patients. Au fil des années, des modèles murins reproduisant les symptômes de plusieurs formes d'ataxie cérébelleuse ont été développés. Chaque modèle reproduit les principales caractéristiques génétiques, la dégénérescence cellulaire et les symptômes observés chez les patients. Au sein de ce projet multi-établissement (effectués dans 4 établissements utilisateurs, nommés ici EU1/EU2/EU3/EU4) nous avons sélectionné deux modèles murins d'ataxie cérébelleuse pouvant servir de paradigme pour ce groupe de maladies : l'ataxie spinocérébelleuse de type 1 (SCA1) et l'ataxie de Friedreich (AF). En fait, ces maladies couvrent l'hétérogénéité de ce groupe en termes de mode de transmission, de type de mutation génétique et de fonction de la protéine mutée. Nous avons récemment réalisé une analyse du cervelet afin d'identifier les principaux dysfonctionnements impliqués dans ces maladies. Nous avons constaté que la perte neuronale peut être influencée par des anomalies de certains types cellulaires non neuronaux qui contribuent au bon fonctionnement des neurones. Parmi ces anomalies, nous avons identifié un gène dont l'expression est plus faible chez les souris malades que chez les souris saines, dans les deux modèles de maladie. Ce projet vise donc à rétablir l'expression de ce gène au même niveau que chez les souris saines afin de démontrer son rôle dans la maladie. Dans cette optique, nous injecterons dans le cervelet de souris anesthésiées un vecteur portant un fragment génétique destiné à augmenter l'expression du gène spécifiquement dans un type particulier de cellules non neuronales, avant l'apparition des symptômes. En surveillant le comportement des souris et en réalisant des analyses moléculaires et histologiques ultérieures, nous espérons améliorer ou retarder l'apparition des symptômes chez les souris injectées. En complément, la seconde partie de notre projet tend à démontrer que la diminution d’expression de ce gène à elle seule suffit à faire apparaître les symptômes moteurs de la maladie chez des souris saines.

Bénéfices attendus

Par la modulation d'un gène spécifique et la combinaison de tests comportementaux, d'analyses histologiques, moléculaires et biochimiques, ce projet vise à élucider le rôle des cellules non neuronales dans l'ataxie cérébelleuse. Plus précisément, grâce à deux modèles murins paradigmatiques d'ataxie cérébelleuse, nous cherchons à démontrer la fonction cruciale d'une protéine produite par les cellules non neuronales pour protéger la fonction neuronale et ainsi prévenir les symptômes neurologiques. Ce projet pourrait prouver l'intérêt de ce gène pour le développement de futurs médicaments applicables à plusieurs types d'ataxies cérébelleuses.

Procédures

Les animaux de ce projet seront soumis à un prélèvement de tissus à l’oreille unique, procédure prenant environ 5 secondes au sein de l’EU1 et de l’EU2. Par la suite, un traitement sera administré par une intervention chirurgicale unique durant 1 heure et qui sera réalisée sous anesthésie et analgésie au sein de l’EU3. Des tests comportementaux, dont la durée totale est de 15 minutes, seront réalisés sur les animaux (au maximum 3 répétitions par test, EU3). En fonction du traitement reçu, ces tests seront réalisés soit 1 fois sur les animaux soit 5 fois (au maximum). Pour finir, une partie des animaux recevra une dernière chirurgie avec injection d’un fixateur sous anesthésie et analgésie pour prélèvements d’organes (intervention prenant 10 minutes au sein de l’EU4).

Impact sur les animaux

Un des deux modèles murins de ce projet commence à perdre du poids à partir de 20 semaines d’âge accompagné de symptômes ataxiques. Le second modèle de ce projet ne présente pas de symptômes ataxiques avant 9 mois mais à partir de 4 à 5 mois des symptômes légers de défaut de coordination motrice sont visibles lors de tests comportementaux. Les tests comportementaux ne sont pas invasifs, sont indolores et n’impliquent qu’un court et léger stress ne causant donc aucun dommage durable aux animaux. La procédure chirurgicale d’injection est accompagnée des mesures d’anesthésie et analgésie nécessaires en amont et lors de l’opération. Il est toutefois possible que les animaux soient soumis à de la douleur post-opératoire pendant les jours suivant la procédure. En prévision de cela, nous optons pour un traitement analgésique post-opératoire pour tous les animaux ayant reçu une injection.

Devenir

Les animaux utilisés dans ce projet sont des organismes génétiquement modifiés qui ne peuvent être replacés ou relâchés. Une partie des animaux produits (femelles) sera réutilisée pour reproduction au sein d’un projet d’élevage déjà en place dans l’EU2 avant mise à mort. Le reste sera étudié puis mis à mort pour prélèvement de tissus et analyses histologiques, moléculaires et biochimiques.

Remplacement

Ce projet comprenant un axe d’études comportementales, il n’est pas possible de se passer du modèle animal. De plus, il n’est pas possible à l’heure actuelle de reproduire en culture cellulaire des réseaux neuronaux complexes comme ceux que nous allons étudier.

Réduction

Toutes les procédures ont été conçues pour réduire au minimum le nombre d’animaux utilisés, sans compromettre la fiabilité des résultats des expériences. Les analyses statistiques ont été prévues en amont pour déterminer les tailles d’effectifs adéquates. De plus, afin de minimiser le nombre d’animaux, les mêmes individus seront utilisés pour les analyses comportementales, histologiques, moléculaires et biochimiques Des animaux des 2 sexes seront utilisés car l'ataxie spinocérébelleuse de type 1 et l’ataxie de Friedreich affectent de manière égale les mâles et les femelles. Ceci nous permet de générer moins d’animaux pour former nos groupes expérimentaux.

Raffinement

Le transport court des animaux entre les différents établissements utilisateurs sera réalisé à pied et de préférence en début de journée, pour limiter l’impact sur la phase de repos des animaux, dans une cage fermée placée dans un double emballage opaque et fermé. Les animaux seront habitués à l’expérimentateur avant le début des manipulations pour minimiser leur stress. Nous utiliserons des méthodes de contention peu stressantes, comme des tunnels ou le fait de simplement prendre les souris dans la paume de la main au lieu de les prendre par la queue. Les animaux seront aussi habitués aux dispositifs pour tests comportementaux en amont de la réalisation des tests. De plus, nous effectuons un marquage temporaire de couleur à la base de la queue avec un feutre non toxique afin de différencier plus facilement les souris sans avoir besoin de contention pour les identifier lors du comportement. Les animaux seront surveillés tout au long de l’étude à l’aide d’une liste de points limites adaptés et précoces. Pour la prise en charge de la douleur péri-opératoire, nous avons mis en place un protocole analgésique complet accompagné d’une grille de score adaptée pour surveiller le bon rétablissement des animaux. En complément, une grille de score est mise en place afin de surveiller l’état de santé des animaux et de pouvoir mettre en place un traitement précoce et adapté à l’apparition de symptômes.

Choix des espèces

Dans ce projet, nous avons choisi d'utiliser des modèles murins parce que ces derniers présentent des similitudes anatomiques et physiologiques avec le tissu humain : les mêmes types de cellules avec une organisation tissulaire similaire. Ces similitudes entre le cerveau de la souris et celui de l'homme sont cruciales pour disposer de connaissances solides qui pourront être transférées à l'avenir pour soigner l'homme. Il n'existe pas encore d'outils cellulaires capables de récapituler l'état de développement et la complexité de la structure du cerveau animal. La souris est actuellement l’animal de laboratoire sur lequel nous disposons des plus nombreux outils génétiques et moléculaires pour travailler. Les deux modèles utilisés au sein de ce projet sont déjà bien caractérisés ce qui nous permet de prévoir et gérer l’apparition des symptômes ataxiques ainsi que de tester un traitement par modulation génique avant apparition des symptômes. Les tests comportementaux seront effectués à l’âge où les symptômes ataxiques sont significativement visibles afin de mesurer l’efficacité de notre traitement.