Système nerveux

Un monofilament est poussé dans la carotide interne jusqu'à l'artère cérébrale moyenne d'une souris anesthésiée, l'obstrue pendant 45 minutes, puis une seconde chirurgie vient le retirer. Le lendemain, l'animal passe onze minutes d'IRM, avant quatorze jours de tests comportementaux nommés : force d'agrippement, reconnaissance d'objet nouveau, retrait d'adhésif, test du spaghetti. 704 souris vont être utilisées ainsi, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, pour comparer quatre stratégies thérapeutiques contre l'accident vasculaire cérébral, à deux doses chacune. Le réveil provoque une désorientation prononcée qui fait tourner les souris sur elles-mêmes, et le projet se termine par une chirurgie sans réveil au cours de laquelle le cerveau est prélevé.

Objectifs

L’objectif de ce projet est de tester quatre stratégies thérapeutiques dont leurs mécanismes d’action est susceptible d’agir sur différentes phases de l’AVC : la phase aigüe (24h) pour limiter la lésion et la phase inflammatoire qui s’installe les jours suivants. L’effet de nos quatre stratégies thérapeutiques seront évalués en utilisant un modèle d’ischémie-reperfusion chez la souris par administration intrapéritonéale (i.p), intraveineuse (i.v) ou par voie orale (per-os), pour chaque traitement. Nous chercherons également à comparer l’effet de ces stratégies thérapeutiques à 2 doses différentes afin de déterminer laquelle permet d’obtenir une réduction du déficit moteur ainsi que du volume lésionnel.

Bénéfices attendus

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

Procédures

Les animaux seront soumis à une chirurgie au niveau du cou afin de pouvoir insérer un monolfilament dans la carotide interne puis poussé jusqu’à la base de l’artère cérébrale moyenne (ACM) provoquant ainsi une occlusion. Cet acte chirugical durera 15 minutes. 45 minutes plus tard, une seconde chirurgie sur le même site sera réalisée afin d’extraire ce monofilament. Cet acte chirugical durera 10 minutes. La pose d’un cathéter en veine caudale sera nécessaire pour l’infusion des traitements. Une moyenne de 5 minutes est à prévoir pour cette pose. A J+1, ces mêmes animaux seront passés à l'IRM sous anesthésie générale pour une durée totale de 11 minutes et suivront une série de test comportementaux s'étalant de J+1 à J+14 post AVC. Nous comptons un total de 25 à 30 minutes pour la réalisation du test de force d’agrippement. La première séance d’acquisition du test NOR durera 8 minutes. 3 heures plus tard une seconde acquisition de 8 minutes est prévue. La mesure de la sensibilité digitale par le test de retrait d’adhésif durera 10 minutes puis les mesures du spaghetti dureront en moyenne 5 minutes. Enfin, à la fin du projet, les animaux seront soumis à une chirurgie terminale sans réveil. La durée de cette intervention sera comprise entre 10 et 15 minutes pour la perfusion puis 10 minutes pour les différents prélèvements. Les procédures douloureuse seront réalisées sous anesthésie générale associée à une couverture analgésique.

Impact sur les animaux

Le modèle, par définition, reproduit les effets d’un AVC à savoir : déficit sensorimoteur et lésions cérébrales. Cela peut occasionnellement entraîner des pertes d’équilibres et une faiblesse musculaire des membres opposés à la lésion. L’embolisation de l’ACM provoque une désorientation prononcée au moment du réveil post-chirurgical (phénomène de circling). Les fonctions motrices peuvent également être altérées durant les premières heures après l’ischémie-reperfusion.

Devenir

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

Remplacement

Les procédures expérimentales ne peuvent pas être remplacées par d'autres méthodes alternatives pertinentes n'impliquant pas l'utilisation d'animaux vivants et susceptibles d'apporter le même niveau d'information.

Réduction

Les données de la littérature ainsi qu’une étude de puissance statistique en amont permettent de nous assurer que nous utiliserons le nombre minimal d'animaux pour pouvoir conclure d’un effet ou non de nos stratégies thérapeutiques. D’un point de vue statistique, nous avons déterminé que le nombre idéal d’animaux par groupe est de 10 sauf pour les SHAM au nombre de 20. En effet, ce nombre est reconnu pour réduire au maximum le nombre d’individus, tout en conservant la pertinence scientifique et la significativité statistique.

Raffinement

Les expériences seront réalisées par du personnel qualifié en respectant les règles de bonnes pratiques de laboratoire pour le respect des animaux, tout en veillant à ne pas dépasser les points limites fixés au préalable. Le bien-être des animaux sera suivi bi-quotidiennement par du personnel qualifié 5j/7 et quotidiennement pendant les week-ends et jours fériés et cela pendant toute la durée du projet. Les animaux seront hébergés dans des cages standards répondant aux normes européennes actuelles (Directive 2010/63/UE). Pour éviter de stresser les animaux, les cages seront isolées de tout bruit extérieur et l’accès à l’eau et à la nourriture sera ad libitum. Enfin, une importance particulière sera apportée au bien-être des animaux. Tout sera mis en œuvre pour réduire l’angoisse, la souffrance et la douleur de chaque animal, pouvant être occasionnées pendant le projet. Les principes éthiques et les standards de raffinement seront utilisés jusqu’à la mise à mort de l’animal.

Choix des espèces

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

Onze macaques rhésus vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacun pouvant subir jusqu'à quarante séances sous anesthésie générale de une à six heures. Deux d'entre eux reçoivent en plus une chirurgie de quatre à huit heures pour l'implantation permanente d'électrodes intracrâniennes, avec les risques d'hémorragie et d'infection que le porteur décrit. Trois autres sont entraînés à rester éveillés, la tête fixée, dans un scanner IRM. Aucun n'est tué à l'issue, le porteur indiquant que les onze pourront être réutilisés dans d'autres projets selon la décision du vétérinaire, et justifiant le macaque comme "le meilleur compromis" entre proximité avec l'humain et adaptabilité aux conditions de laboratoire.

Objectifs

Peut-on rétablir la conscience suite à un coma par une stimulation du cerveau ? Un traumatisme crânien ou un accident vasculaire cérébral peuvent causer une perte de conscience. De nombreux patients ne recouvrent jamais un niveau de conscience normal. Ils restent dans un état chronique de troubles de la conscience, qui peut perdurer plusieurs années. Il s’agit de conditions dévastatrices, où les patients, tout en conservant les fonctions vitales comme la respiration, la digestion etc., perdent le cœur de leur identité : la conscience. Ces conditions ont un impact personnel, social et économique très lourd, et pourtant à ce jour nous ne disposons pas de traitement efficace prouvé. Des études récentes montrent que la stimulation cérébrale profonde du thalamus peut restaurer la conscience chez un primate anesthésié. Cependant cette technique nécessite une intervention chirurgicale invasive avec des risques tels que l'hémorragie cérébrale ou l’infection. En outre, le taux de réussite des études cliniques préliminaires reste modeste. Il est donc nécessaire de développer une nouvelle approche thérapeutique non invasive. Nous allons explorer l’usage de nouvelles technologies non invasives de stimulation cérébrale afin de restaurer l’état de conscience. Récemment les ultrasons focalisés de faible intensité sont apparus comme une technologie prometteuse. Il s’agit d’envoyer des vibrations non audibles (ultrasons, US) qui affectent les tissus. Combinés à une injection dans le sang, les US permettent la livraison de médicaments à des cibles spécifiques dans le cerveau, pour une thérapie plus efficace. Une deuxième technique est la TIS (stimulation électrique par interférence temporelle) qui produit un effet par l’intersection de deux courants électriques très faibles traversant le cerveau. Nous proposons donc d’étudier la possibilité de réveiller des primates anesthésiés avec une stimulation par ultrasons focalisés, associée ou non à l’injection de médicaments d’intérêt, ou par interférence temporelle. Pour suivre au cours du temps les effets de la stimulation, nous étudierons les signatures neuronales de la conscience par IRM fonctionnelle et électroencéphalogramme. Cela constituerait une première étape dans le développement d’une thérapie non invasive pour les patients dans un état de perte ou désordre de la conscience.

Bénéfices attendus

Le principal bénéfice attendu de ce projet est le développement d’un nouveau traitement de la perte de la conscience aiguë (coma) et chronique (état végétatif, état de conscience minimale) par stimulation cérébrale non invasive. La validation préclinique est une étape importante vers la réalisation d’essais cliniques chez les patients comateux ou atteints de désordres chroniques de la conscience. Ainsi, en cas de succès, nous allons ensuite travailler pour la translation de ces techniques chez l’humain. Un deuxième bénéfice est d’ordre de la connaissance scientifique. Les ultrasons focalisés ont été développé récemment et ouvrent des voies nouvelles, impossibles avec d’autres techniques de stimulation plus traditionnelles. L’utilisation de l’imagerie cérébrale (IRM fonctionnelle) nous permettra de mieux comprendre les mécanismes cérébraux précis de ces nouvelles technologies de stimulation cérébrale non invasive. Très récentes et prometteuses, elles sont encore peu étudiées, alors que leurs effets sur le cerveau sont très complexes. Notre projet permettra de mieux comprendre les mécanismes d’action de ces techniques, leur utilité clinique, leurs similarités et différences avec la technique plus vieille et invasive appelée DBS (deep brain stimulation, stimulation cérébrale profonde). Tout cela sera fait avec un focus sur les troubles de la conscience, mais les informations récoltées auront un impact beaucoup plus général, parce que ces deux nouvelles techniques de stimulation cérébrale pourront potentiellement être utilisées dans de très nombreuses applications médicales. À titre d’exemple, ce type de stimulation peut être bénéfique pour des troubles neurologiques comme la maladie de Parkinson, ou psychiatriques comme la dépression.

Procédures

Nous aurons trois groupes d’animaux. Un premier groupe recevra des stimulations du cerveau sous anesthésie, pour voir si l’intervention peut restaurer la conscience. Les sessions sous anesthésie prévues seront jusqu’à 40 par animal et auront une durée comprise entre 1h et 6h. Le nombre exact de sessions dépendra du succès de la manipulation. La stimulation pourra être effectuée par ultrasons ou par des courants à basse intensité (1h max). Les mesures des effets seront effectuées par électroencéphalogramme (EEG) ou résonance magnétique (IRM). Les sessions de stimulation impliquent l’application d’un ou plusieurs dispositifs au contact de la peau de l’animal. Dans certains cas, la stimulation sera associée à l’injection de médicaments et de microbulles gazeuses dans le sang. Un deuxième groupe recevra ces mêmes stimulations, mais aussi une stimulation plus traditionnelle et invasive appelée stimulation cérébrale profonde (DBS, pour comparaison, toujours sous anesthésie. Les sessions prévues auront même durée (1h à 6h) et seront au plus 40 par animal. Les mesures des effets seront également obtenues par EEG et IRM. Les animaux de ce groupe subiront une chirurgie (4 à 8 h) pour installer l’équipement intracrânien. Un troisième groupe recevra les mêmes stimulations non invasives du premier groupe (au plus 20 sessions de 1h à 6h par sujet), mais réalisera aussi des sessions à l’état éveillé, et sans stimulation, comme contrôle. Ces animaux devront être entraînés par des sessions quotidiennes à rester calmes et le plus immobiles possible pendant ces sessions, à l’aide de récompenses alimentaires ; à la fin de cet entrainement les sessions de test seront acquises (jusqu’à 80 sessions de 1h à 2h, entrainement et test confondus). Les animaux de ce groupe devront avoir une chirurgie (3 à 6 h) pour recevoir un équipement extracrânien qui permet de garder leur tête immobile dans le scanner IRM.

Impact sur les animaux

● L’anesthésie peut causer des effets indésirables bien connus , Les nausées/vomissements , les lésions de la gorge/trachée dues à l’intubation , le maintien prolongé dans la même position peut causer des douleurs musculaires. Les effets indésirables graves et la mortalité restent extrêmement rares dans une anesthésie contrôlée de ce type. ● L’usage de l’agent de contraste utilisé peut causer une accumulation de fer dans les tissus, mais cela n’a pas d’impact appréciable sur la santé des animaux. ● Des stimulations trop intenses par FUS peuvent produire des lésions, donc nous en allons contrôler attentivement l’intensité. ● La DBS ne cause pas d’effets négatifs au moment de la stimulation, mais elle requiert la pose chirurgicale d’un implant permanent intracrânien. Cela entraîne des risques d’infection et d’hémorragie. Un suivi adapté est spécifiquement mis en place en post-opératoire. La chirurgie peut causer de la douleur post-opératoire. Sur le long terme, la présence de l’implant cause un inconfort minimal chez l’animal. ● L’implant extracrânien implique des effets différents. La chirurgie est moins invasive, donc le risque d’hémorragie est moindre. il peut occasionnellement produire une infection.. Si le singe exerce trop de force quand il est fixé, cela peut fragiliser l’implant et conduire à son détachement ou le casser. ● L’entraînement et l’IRM vigiles peuvent causer de l’inconfort voire du stress à l’animal à cause de la fixation de la tête, du bruit et des protections auditives, de l’espace restreint.

Devenir

Les animaux sont gardés en vie en fin de procédure, car il n’y a pas d’éléments scientifiques dans ce projet qui nécessitent une mise à mort. Les animaux pourront être réutilisés pour d’autres projets selon la décision du vétérinaire.

Remplacement

Une procédure médicale comme la neuromodulation pour la restauration de la conscience doit être testée sur des organismes vivants avant d’être appliquée à l’homme. Il existe des modèles informatiques de la conscience, mais ces modèles ne sont absolument pas réalistes au point de pouvoir remplacer des études biologiques, parce que le cerveau est extrêmement complexe, et la conscience est une des facultés les plus sophistiquées du cerveau et encore très mal comprise. Au contraire, les mesures expérimentales que nous recueillerons dans ce projet pourront être utilisées pour perfectionner ces modèles informatiques. Il ne serait par ailleurs pas admissible d’appliquer directement sur des patients des techniques non testées, d’autant plus que cette population avec des troubles de conscience ne peut pas exprimer un consentement informé à la participation à une étude expérimentale. L’usage d’animaux pour cette recherche à visée médicale reste donc le choix privilégié.

Réduction

Le nombre d’animaux choisi est basé sur la littérature scientifique et nos propres expériences précédentes. Il n'y a donc pas eu d'approche statistique necessaire. Nous testerons les trois types d’interventions sur un premier groupe de 6 sujets. Cette recherche demande de nombreuses sessions sous anesthésie, nous avons donc choisi 6 sujets pour trouver un équilibre entre le nombre d’animaux, le plus petit possible, et le fait que le nombre total et la fréquence des anesthésies par animal ne soient pas trop importants. Le groupe 2, recevant une intervention chirurgicale invasive est réduit au strict minimum de 2 sujets. Le groupe 3, utilisé comme contrôle pour effectuer des sessions « éveillées » comprend 3 sujets. Ce nombre a été choisi pour être également le plus petit possible, mais à cause des contraintes dues à l’entraînement, il devra être légèrement plus large que le groupe 2. Chaque session IRM sera analysée avant d’être répétée, afin d’estimer la qualité des données et la force des résultats, pour limiter le nombre d’examens par animal au minimum nécessaire.

Raffinement

Toute mesure sera prise pour améliorer le bien-être des animaux et réduire leur souffrance. La plus grande partie des étapes de ce projet sera réalisée sous anesthésie générale. Néanmoins il est nécessaire d’avoir des sessions de contrôle dans un état éveillé, pour juger de l’efficacité des interventions expérimentales. Anesthésie - Médicament pour protéger les oreilles en cas d’utilisation d’un support de la tête incluant des barres d’oreilles. - Anesthésie locale de la glotte avant intubation de l'animal. - Surveillance en continu des paramètres physiologiques pendant toute la durée de l’anesthésie. Couverture chauffante pour le maintien de la température corporelle. Hydratation intraveineuse. - Surveillance au moment du réveil jusqu’à que l’animal se lève et isolement des partenaires jusqu’à la reprise des forces, nécessaire pour éviter des combats pour la hiérarchie. Traitement anti-douleur - Lors des chirurgies, la douleur est prise en charge par un traitement pré-, per- et post-opératoire adapté. Comportement - Différents types d’enrichissement sont utilisés - L’entraînement à tolérer des sessions dans un état éveillé dans le scanner IRM est graduel et minimise le stress. - L’entraînement se fera sur la base du renforcement positif, donc avec des récompenses alimentaires (par exemple jus de fruit ou compote) et sans punitions. IRM - Usage de protections auditives. - La durée des sessions IRM vigiles sera réduite au minimum (on vise 1h et sans jamais dépasser les 2h). Neurostimulation - Les paramètres de stimulation seront calculés de manière à éviter tout effet indésirable Surveillance L’état général de chaque animal est évalué au quotidien dans sa propre cage par les expérimentateurs ou techniciens. Sont alors vérifiés l’apparence physique, la réactivité, le comportement (changement de l’attitude). Les courbes de poids des primates sont informatisées et surveillés de prêt afin de détecter des variations du poids. Mise en place de points limite adaptés.

Choix des espèces

Le macaque est le meilleur compromis pour avoir une espèce suffisamment proche de l’être humain, adaptable aux conditions de laboratoire, sans devoir travailler directement chez l’humain. Dans ce projet nous étudions les bases neurales de la conscience et la possibilité de la restaurer en cas de perte de conscience. Or des animaux évolutivement plus éloignés de nous, comme les souris ou les non-mammifères, ont une structure cérébrale considérablement différente, en particulier en ce qui concerne la conscience, car la conscience humaine dépend des parties évolutivement plus récentes du cerveau. Pour cette raison, une technique qui affecte l’état d’éveil chez un animal qui n’est pas un primate, ne va pas forcément être efficace pour restaurer la conscience d’un être humain. Le macaque est actuellement le modèle primate non-humain le plus utilisé au monde dans le domaine des neurosciences, précisément parce qu’il correspond au mieux à tous ces critères, et il est particulièrement approprié pour une étude préclinique sur la conscience. Nous allons utiliser des primates adultes pour que le développement du cerveau soit complet avec pour but ultime de traiter les troubles de la conscience chez les patients humains adultes. Nous n’aborderons pas ici des thématiques pédiatriques.

Anesthésiées pour recevoir dans le cerveau une injection de cellules de glioblastome humain, parfois accompagnée de la pose d'un implant lors d'une intervention d'une heure trente, 580 souris immunodéficientes sont ensuite suivies chaque semaine par IRM. Une partie est transportée sur 95 kilomètres, une heure à l'aller et autant au retour, pour une séance de radiothérapie externe, avant de revenir subir jusqu'à deux actes intracérébraux. Les procédures relèvent d'un niveau de souffrance modéré et le porteur attend fatigue, stress, mauvaise cicatrisation, perte de poids et prostration. Toutes sont tuées, au motif d'éviter la souffrance liée à la pousse du glioblastome qu'il leur a lui-même implanté.

Objectifs

L’identification récente de nouvelles "cibles", pouvant constituer de véritables moteurs de la maladie cancéreuse fait naitre de nouveaux espoirs de prise en charge du glioblastome (GB), tumeur du cerveau la plus fréquente et la plus agressive chez l’homme. L'objectif de ce projet est : - dans un premier temps d'étudier la tumorigénicité et la radiorésistance, en utilisant la radiothérapie externe aux rayons X en tant que traitement de référence, des cellules de Glioblastome humaines exprimant ces "cibles" et en parrallèle, de concevoir des thérapies spécifiques dirigés contre ces "cibles" - dans un second temps d'appliquer ces thérapies dans le GB pour anéantir la fonction tumorigénique de ces "cibles". Deux modalités d’administration locorégionale sont envisagées : l’injection directe sur la tumeur en place et l’application d'implants pour une délivrance « long terme » au sein des cavités de résection. Ce projet permettra d’explorer davantage ces "cibles" dans le GB et de qualifier de nouveaux outils afin si possible d’ouvrir la voie à des essais chez l’homme. Le projet se déroulera dans deux établissements utilisateurs (ici référencés EU1 et EU2).

Bénéfices attendus

Le bénéfice attendu est l'innovation thérapeutique par le ciblage de nouvelles cibles thérapeutiques sur une tumeur en place. Mais également une meilleure compréhension des effets d'implants interventionnels au sein des cavités d'éxérèse dans le glioblastome en synergie avec d'autres thérapeutiques pour une amélioration de la prise en charge de ces tumeurs ultérieurement chez l'homme.

Procédures

Les animaux seront anesthésiés et soumis à des actes expérimentaux modérées telles que : - l'injection intracérébrale de cellules tumorales (durée d'environ 30 minutes) réalisée à l'EU1 - l'injection intracérébrale de cellules tumorales associée à la pose d'implants (durée d'environ 1h30) réalsiée à l'EU1 - l'injection intracérébrale de thérapies spécifiques (durée d'environ 30 minutes) réalisée à l'EU1. En fonction de la procédure concernée un animal peut subir d'un seul acte jusqu'à 2. Pour toutes les procédures, les suivis IRM (durée d'environ 30 minutes) sont réalisés de manière hebdomadaire à l'EU1. L'un des actes, la radiothérapie externe sera réalisé à l'EU2 et inclut un transport d'environ 95 kilomètres (soit environ 1 heure) pour aller à de l'EU1 à l'EU2 et la même durée pour revenir à l'EU1.

Impact sur les animaux

Les effets indésirables prévus par les procédures chirurgicales peuvent être comportementales et physiques, exemples : fatigue, stress, réponses au stimulus altérés, mauvaise cicatrisation, perte de poids, prostration... Ces effets indésirables peuvent être présents, plus ou moins prononcés ou même absents selon les procédures subies et les animaux eux-mêmes. L'effet attendu de l'implantation des cellules tumorales est le volume de la tumeur qui peut être plus ou moins important selon les traitements appliqués par la suite aux animaux. Pour plus de détails, voir le tableau des points limites adaptés en annexe 1. En ce qui concerne le transport, celui-ci peut induire une fatigue et un stress nécessitant pour les animaux du repos.

Devenir

Tous les animaux du projet sont mis à mort pour éviter toute souffrance liée à la pousse du glioblastome.

Remplacement

Le projet ici proposé a pour but l’étude de "cibles" et leur ciblage par une thérapeutique innovantes sur tumeur en place et au travers de bio-implants polymères sur cavité d'exérèse pour l’éradication de tumeurs cérébrales. Si sa mise en place nécessite l’utilisation d’animaux dans des modèles dédiés pour valider les étapes finales de caractérisation des "cibles" (tumorigénicité, radiorésistance des lignées) et celle d’élimination (au travers de l’application de procédures de traitement par SiRNA et ASOs sur tumeur en place et sur la cavité d'exérèse), alors de nombreuses étapes amont, ont été réalisées in vitro sur des modèles cellulaires pour répondre aux normes de remplacement. Des études protéomiques et la modélisation informatique de ces données ont été faites sur des cellules hors du contexte animal. Par ailleurs justement pour ces dernière validation dans le contexte réel, il n'y a pas d'alternatives ni d'explants, ni d'organoides, ou coupes organotypiques sur lesquelles nous pourrions répondre à nos questions de tumorigénicité et de réponse au traitement dans le contexte global.

Réduction

En amont de ces expériences chez l'animal, divers essais sur ces lignées cellulaires contrôles et exprimant les "cibles" ont été réalisés limitant aux seuls prototypes utiles alors implantés chez l'animal la réalisation de cette étude. Le nombre d'animaux utilisés a été défini pour pouvoir générer des données statistiquement interprétables.

Raffinement

Les mesures spécifiques pour réduire les nuisances sur le bien-être animal dans les procédures expérimentales incluent : une surveillance accrue, des soins pré et post-opératoires, des mesures de gestion de la douleur, de bonnes conditions d'hébergement, l'enrichissement du milieu. Les mesures de raffinement pour le transport des animaux incluent : l’évaluation de la santé des animaux pour ne transporter que les animaux en bonne santé, le choix des contenants appropriés, la température et humidité contrôlées (véhicules climatisés), l’alimentation et hydratation, la minimisation du stress et la planification de l’arrivée.

Choix des espèces

Nous étudions la tumorigénicité de "cibles" d'intérêts dans des lignées cellulaires humaines qui nécessite donc que ce modèle soit utilisé chez la souris CB17-SCID. Les souris seront utilisés à 8 semaines car elles seront, à ce stade, de jeunes adultes matures.

Une chirurgie stéréotaxique du cerveau pouvant durer une heure trente, puis sept prélèvements de sang à la queue en deux heures pour une partie des animaux : 1 280 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées ensuite pour prélèvement du cerveau. Le porteur, qui cherche à savoir comment les odeurs de nourriture modulent deux populations de neurones de l'hypothalamus, résume les nuisances attendues en une phrase et affirme que toutes les précautions seront prises. Sa grille de points limites décrit pourtant des souris prostrées, au poil hérissé, présentant des signes neurologiques ou perdant jusqu'à 20 % de leur poids, mises à mort par dislocation cervicale si le score persiste plus de quarante-huit heures. Il indique aussi s'entraîner aux gestes chirurgicaux sur des souris nées de croisements sans le génotype recherché, qu'il désigne comme des animaux "produits mais non utilisés".

Objectifs

Dans ce projet nous nous intéressons à la modulation de la régulation de la prise alimentaire par les odeurs. Cette régulation implique notamment un réseau de neurones situé dans le noyau arqué de l’hypothalamus. Les expériences menées dans ce projet porteront sur 2 populations de neurones, les neurones sécrétant la pro-opiomélanocortine (POMC) ayant pour action supposée de limiter la prise alimentaire et les neurones exprimant la protéine liée à l'agouti (AgRP) ayant une action opposée. Les premiers s’activent au cours des repas et diminuent leur activité lorsque les réserves énergétiques baissent. Les neurones AgRp auraient une réponse opposée. De précédentes études réalisées sur des souris ont révélé la capacité de ces neurones à répondre non seulement lorsque le cerveau détecte la présence de nutriments en quantité mais également à des signaux sensoriels associés à la présence de nourriture. Ainsi les neurones de ce réseau peuvent être modulés par l’odeur de nourriture avant même qu’un aliment ne soit ingéré. Le présent projet propose de caractériser les mécanismes à l’origine de cette modulation par les odeurs de nourriture chez la souris. Différentes odeurs présentes dans des nourritures palatables seront utilisées pour tester leur capacité à moduler la physiologie des neurones POMC et AgRP. Des aires cérébrales impliquées dans le traitement des informations olfactives, l’amygdale médiale et le cortex piriforme postérieur seront inactivées par une approche chémogénétique pour étudier leur rôle dans cette modulation olfactive de l’hypothalamus.

Bénéfices attendus

Les expériences proposées permettront une meilleure compréhension des mécanismes neurobiologiques de la régulation de la prise alimentaire. Dans le contexte de l’augmentation forte du nombre de personnes en surpoids ou obèses dans le monde, ces résultats pourraient ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques pour le contrôle de la prise alimentaire par le système olfactif.

Procédures

Une partie des animaux seront soumis à une chirurgie stéréotaxique d'une durée maximale de 1h et 7 prélèvements sanguins seront réalisés à la queue en 2h en fin de procédure. Une autre partie des animaux seront soumis à une chirurgie stéréotaxique d'une durée maximale de 1h30.

Impact sur les animaux

Les nuisances attendues seront principalement dues à la chirurgie stéréotaxique mais toutes les précautions seront prises pour réduire la douleur ou les infections.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin des procédures pour prélèvement des cerveaux dans le but soit de réaliser les expériences d'électrophysiologie ex vivo soit de vérifier la bonne implantation des fibres optiques.

Remplacement

L’objectif général du projet vise à comprendre chez l’animal l’effet d’odeurs sur le réseau de neurones hypothalamiques impliqués dans le contrôle de la prise alimentaire. Dans ce contexte de recherche, le recours à des modèles animaux pertinents et adaptés à l’étude du comportement de recherche de nourriture et de prise alimentaire reste donc une nécessité expérimentale afin d’appréhender la réalité physiologique de nos résultats. Une recherche d’alternatives et d’autres méthodes dans des bases de données démontre par ailleurs que les solutions de rechange appropriées à ces procédures ne sont pas disponibles ou applicables.

Réduction

Pour réduire le nombre d'animaux, nous effectuons plusieurs mesures sur le même animal dans un ordre précis afin qu'une première mesure n'influence pas la seconde. Pour les chirurgies, nous nous entrainons sur des animaux produits mais non utilisés (par exemple souris récupérées de croisements de souris transgéniques n'ayant pas le génotype désiré) afin de parfaire les gestes chirurgicaux et réduire les pertes pour la réalisation des expérimentations. Aucun dupliqua du travail proposé n’est aujourd’hui identifié. Le nombre d'animaux nécessaires est basé sur des expériences précédemment effectuées au laboratoire permettant de révéler des différences statistiques entre groupes (Analyses de Variance et test posthocs paramétriques).

Raffinement

En accord avec la structure chargée du bien-être animal au sein du laboratoire, nous avons défini les meilleures conditions d'hébergement possibles ainsi que les points limites. Dans ce projet, nous avons 5 à 10 souris par cage (excepté après chirurgie où les souris implantées sont 2 à 3 par cage pour diminuer le risque d'arrachement des implantations par bagarre), présence de différents enrichissements (igloo, bâtons à ronger et lanières de papier), surveillance quotidienne et soins apportés rapidement si nécessaire. Le nombre d'animaux utilisé est calculé afin d'avoir des tests statistiques robustes n'obligeant pas à répéter l'expérience. Nous rédigeons un protocole pour chaque expérimentation, soumis à l'équipe animalerie qui doit le valider avant de démarrer afin d'assurer de bonnes conditions d'expérimentation. Concernant la chirurgie stéréotaxique, des analgésiques et anesthésiques seront administrés. Les animaux seront observés jusqu'au réveil puis 2 fois par jour pendant 3 jours. Les points limites seront évalués à l'aide d'une grille basée sur des scores de 0 à 3 et seront consignés sur une fiche de scorage: - Perte de poids anormale (15% score 1, 15-20% score 2) -Comportements anormaux (poil hérissé, prostration,...) score 3 - Signes neurologiques score 2. Si un score entre 9 et 12 persiste pendant plus de 48h, les animaux seront mis à mort par dislocation cervicale. Dans tous les cas, si des blessures apparaissent, elles seront immédiatement soignées et les animaux seront surveillés 2 fois par jour. Si un animal présente un comportement anormal traduisant un état de mal-être il sera immédiatement isolé et surveillé. Si l'animal ne montre pas d'amélioration significative il sera mis à mort dans les 48h.

Choix des espèces

Le projet proposé porte sur l’étude de 2 populations particulières de neurones hypothalamiques ayant un rôle clé dans le contrôle de la prise alimentaire. Les expérimentations seront réalisées sur des souris transgéniques nous permettant de cibler ces populations neuronales afin d’en comprendre le fonctionnement. La souris est le seul modèle animal permettant les modifications transgéniques nécessaires à la transformation ou à la visualisation des populations neuronales étudiées dans ce projet. D’autre part, la souris est un animal à l’odorat très développé qui utilise les odeurs dans son comportement alimentaire (comme l’humain). Enfin, sa physiologie générale est suffisamment proche de celle de l’être humain pour que les informations obtenues servent les explorations thérapeutiques chez l’humain. Le présent projet s'intéresse aux effets des odeurs sur le cerveau mature. Néanmoins, les expériences d'électrophysiologie fonctionnent mieux avec des souris jeunes. Les procédures expérimentales débuteront donc à l’âge de 5 semaines (mise sous régime gras sucré). Les mesures neurophysiologiques et comportementales seront réalisées chez l'adulte après la 13ème semaine de vie (pour tenir compte des 8 semaines d'exposition au régime alimentaire hypercalorique).

Opérées pendant environ quarante minutes pour se voir implanter une fibre optique dans le cerveau, puis soumises à quatre injections quotidiennes de tamoxifène sans anesthésie, 100 souris subissent une lésion du nerf sciatique ou une injection d'adjuvant de Freund destinée à provoquer une douleur chronique. Elles passent quatre à onze semaines en enregistrement par photométrie, à raison de séances d'environ trois heures, et subissent deux jours de tests comportementaux par semaine, dont le porteur ne précise pas la nature. Les procédures relèvent d'un niveau de souffrance modéré, la lésion nerveuse entraînant selon lui une douleur et des comorbidités anxiodépressives pendant environ six semaines. Toutes sont tuées à la fin du projet pour prélever leur cerveau, une mise à mort qu'il présente comme un moyen de leur éviter toute souffrance inutile.

Objectifs

Avenant : nos résultats préliminaires montrent que la douleur est encodée différement au niveau du cortex cingulaire antérieur (ACC) en fonction du stimulus douloureux appliqué (mécanique ou thermique) mais également en fonction de l'évolution de la pathologie dans le temps. Afin de rafiner notre analyse, nous souhaitons enregistrer sélectivement les neurones pyramidaux de ce cortex, notamment ceux exprimant l'isoforme gamma de la protéine kinase C.

Bénéfices attendus

Ce projet devrait permettre de comprendre comment les neurones pyramidaux du cortex cingulaire antérieur (ACC) sont impliqués dans les douleurs neuropathiques et inflammatoires selon les modalités sensorielles mobilisées.

Procédures

Tous les animaux (n=100) subieront une procédure chirgicale afin d'implanter dans le cerveau une fibre optique. Cet acte dure environ 40 minutes. Ils recevront également tous 4 injections consécutives de tamoxifen, 1 fois par jour. Cet acte maîtrisé par le laboratoire est réalisé sans anesthésie et dure moins d'une minute. Les animaux seront ensuites analysés par photométrie pendant toute l'expérimentation afin d'évaluer les changements d'activités neuronales au cours du temps, sur une période de 4 à 11 semaines, chaque séance durant environ 3h. L'ensemble de ces animaux seront également testés pendant 2 jours chaque semaine pour étudier leur comportement avant et après induction des modèles de douleur. L'induction des modèles de douleur se fera sous anesthésie générale

Impact sur les animaux

La chirurgie Spared Nerve Injury (SNI) consiste à réaliser une lésion nerveuse du nerf sciatique et entraine une douleur modérée et des comorbidités anxiodépressives durant environ 6 semaines. L'injection d'Adjuvant Complet de Freund (CFA) entraine une inflammation cutanée et une douleur modérée et des comorbidités anxiodépressives durant environ 1 semaine. L'implantation des canules induit une douleur modérée pendant environ 24h. L'injection intrapéritonéale de tamoxifen entraine une douleur légère de courte durée.

Devenir

Les souris douloureuses chroniques seront euthanasiées à la fin de la procédure afin de leur éviter toute souffrance inutile.

Remplacement

Aucune méthode alternative n'existe pour prévenir l'utilisation d'animaux dans ce protocole : en effet, il est nécessaire de réaliser ces études chez l'animal car l’intégration du toucher et de la douleur implique de nombreux neurones organisés en réseaux complexes et méconnus du système nerveux central et périphérique. Seuls des animaux génétiquement modifiés permettent de visualiser l'activité cérébrale en temps réel par photométrie.

Réduction

Le nombre de souris par groupe (n=20) est réduit au maximum tout en permettant de discriminer un effet significatif entre les traitements, et calculé par des tests statistiques adaptés.

Raffinement

Les animaux seront reproduits au sein de notre animalerie. Dans ce but, le laboratoire est titulaire d'un agrément d'utilisation d'organismes génétiquement modifiés en milieu confiné à des fins de recherche, de développement et d'enseignement, en accord avec le décret n° 2011-1177 du 23 septembre 2011 relatif à l'utilisation confinée d'organismes génétiquement modifiés. Nous utiliserons une pièce réservée pour la stabulation de souris transgéniques. Les animaux seront hebergés en milieu enrichi (social et environemental) afin de respecter au mieux leur confort et leur niveau de stress. Les tests comportementaux à la douleur seront réduits au minimum (fréquence et intensité des tests) et réalisés selon des protocoles expérimentaux établis et acceptés par la communauté scientifique de la Recherche sur la douleur. Les expérimentations seront réalisées au sein du laboratoire ayant une expérience reconnu dans les approches décrites dans ce projet. Aucun des modèles de douleurs décrits dans ce projet n'induit de déficit locomoteur sévère pouvant influer sur les besoins physiologiques de l'animal.

Choix des espèces

Limplantation de fibres optiques permettant de mesurer l'activité du cerveau est proscrite chez l'homme nécessitant de faire cette étude chez l'animal, nous utiliserons le modéle souris en lien avec les données préliminaire obtenue au laboratoire. Adultes (P21-100) pour comparaison avec les autres données de la littérature