Système musculosquelettique

Produire du cartilage articulaire dans le corps d'un animal avant de le réimplanter sur une articulation abîmée : 10 lapins adultes vont être utilisés pour cette preuve de concept, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun subit une anesthésie par injection dans le muscle, la pose d'un cathéter dans l'oreille et une chirurgie d'une heure trente pour prélever un greffon de périoste et l'associer à un implant placé sous la peau. Pendant les vingt-huit jours suivants, ils sont contenus plusieurs fois par jour pour que l'on mobilise les platines de l'implant, source de stress que le porteur reconnaît, et une grille d'observation fixe les seuils au-delà desquels ils seront mis à mort. Récupérer l'implant demande de rouvrir la cicatrice et les muscles : les lapins seront tués, ce que le porteur présente comme un moyen de leur éviter les séquelles de cette seconde intervention.

Objectifs

L'arthrose est une maladie courante qui affecte les articulations en provoquant une détérioration du cartilage. Cela peut entraîner des douleurs et une réduction de la mobilité, en particulier chez les personnes âgées. La recherche se concentre actuellement sur la régénération du cartilage articulaire en utilisant des greffons de périoste, une membrane fibreuse qui peut être prélevée plus facilement que le cartilage lui-même. Le projet a pour objectif de développer un processus chirurgical de régénération du cartilage chez le lapin, en utilisant un implant chirurgical en biomatériaux associé à un greffon de périoste. L'objectif est de réimplanter le cartilage régénéré sur une perte de substance cartilagineuse articulaire et d'évaluer sa durabilité.

Bénéfices attendus

L'arthrose est une maladie articulaire caractérisée par la détérioration progressive du cartilage qui recouvre les extrémités osseuses dans les articulations. Cette détérioration entraîne des douleurs et une diminution de la mobilité chez les personnes touchées, en particulier dans les populations vieillissantes où la fréquence de la maladie est en augmentation. En conséquence, l'arthrose est considérée comme un problème de santé publique en raison de son impact négatif sur la qualité de vie des individus affectés et des coûts associés aux soins de santé pour traiter cette maladie. L’approche chirurgicale décrite dans ce projet pourrait être utilisée pour traiter l'arthrose en permettant la réimplantation d'un nouveau cartilage sur une zone où il est détérioré, de façon similaire à ce qui est pratiqué en chirurgie humaine lors d'interventions appelées "mosaïcplasties". Il s’agit d’interventions chirurgicales où de petits morceaux de cartilage sain sont prélevés dans une zone de l'articulation non porteuse de poids et réimplantés dans les zones endommagées du cartilage, mais sur des surfaces limitées (1 à 4 cm2), en particulier du fait d’un nombre réduit de sites donneurs. Cette nouvelle technique offrirait l'avantage de pouvoir traiter des zones plus importantes de perte de cartilage, avec un bénéfice non négligeable sur la qualité des patients.

Procédures

Dans le cadre de ce projet, les animaux participeront à une seule procédure expérimentale, comprenant une anesthésie générale par injection intramusculaire (15 min), la pose d'un cathéter intraveineux au niveau de l'oreille (2 min), une intervention chirurgicale (environ 1h30) au cours de laquelle la douleur sera contrôlée par injection médicamenteuse. Au cours du suivi post-opératoire pendant 28 jours, ils seront manipulés quotidiennement pour recueillir des données mais sans geste invasif (pesée, vérification de l'implant...).

Impact sur les animaux

Dans le cadre de ce projet, trois types de nuisances ont été identifiées. Le premier est lié à l’intervention chirurgicale, nécessaire pour le prélèvement du greffon de périoste pour laquelle l'anesthésie nécessitera des injections par voie intra-musculaire, puis la pose d'un cathéter intraveineux au niveau de l'oreille. La présence d'une plaie chirurgicale pourra générer de la douleur après le réveil. Le deuxième type de nuisances est lié à l’implant lui-même, situé sous la peau, ce qui pourrait entraîner une gêne. Enfin, les manipulations quotidiennes pour la mobilisation des platines nécessiteront une contention légère des animaux mais répétée plusieurs fois par jour sur toute la durée de l’étude, cela pouvant induire un stress.

Devenir

L'implant devant être récupéré pour réaliser des analyses tissulaires, il sera nécessaire de rouvrir la cicatrice et les muscles. Les animaux seront euthanasiés pour leur éviter toute séquelle liée à ces gestes.

Remplacement

Dans le cadre de la croissance et de la régénération des os et du cartilage, l’ensemble des processus biologiques impliqués est complexe. Plusieurs équipes ont notamment démontré qu’il existe une interaction très active entre le muscle strié et l’os au cours de la réparation osseuse. Cet aspect d’interaction positive entre le muscle et l’os est aussi retrouvée au plan clinique orthopédique où l’importance d’un environnement musculaire de qualité pour la réparation osseuse est constatée quotidiennement. C’est pourquoi l’utilisation d’un environnement tissulaire de type muscle strié squelettique autour du greffon de périoste est nécessaire pour ce projet de développement d’un dispositif innovant. En l’état des connaissances actuelles, Il n’existe pas de système alternatif “in vitro” susceptible de reproduire un environnement aussi riche en faveur d’un processus de construction tissulaire ostéocartilagineuse, d’où la nécessité de passer par un modèle animal.

Réduction

Une étude préalable sur cadavre sera réalisée pour vérifier la faisabilité de l’implantation. S’il s’avérait que des difficultés apparaissent, alors la procédure serait revue avant de débuter les essais sur animaux vivants. De plus il s’agit d’une étude très préliminaire pour « preuve de concept ». L’identification histologique de la production d’un cartilage de qualité spécifiquement articulaire sera l’élément essentiel de validation de la procédure mais ne donnera pas lieu à une étude statistique particulière. Un nombre limité de 10 animaux est donc envisagé dans cette première étude.

Raffinement

Les animaux seront hébergés par deux. Après l’intervention, l’animal est transféré dans une cage dédiée, où lui seront proposés de l’eau et de la nourriture dès son réveil afin de permettre une reprise alimentaire rapide. Le fond de cage sera matelassé pour réduire les risques d’hypothermie et éviter que le lapin ne se blesse en faisant un faux mouvement pendant son réveil. Une alèse chirurgicale permettra d’absorber les urines. Les animaux resteront sous surveillance en isolement, mais avec un contact visuel avec leur congénère, pendant les 24 premières heures. Si leur état clinique le permet, ils seront remis en espace libre dès le lendemain de l’intervention. Au cours des étapes suivantes, l’état clinique des animaux sera vérifié quotidiennement et évalué le cas échéant à l'aide d'une grille d'observation permettant d'établir des points limites et les actions à mener (surveillance accrue, administration d'antidouleurs, mise à mort) en fonction du score obtenu.

Choix des espèces

Le lapin est un des modèle animaux très couramment utilisé pour la recherche sur le cartilage articulaire. Des adultes de 3 à 3,5 kg ont été choisis car leur taille est suffisante pour implanter le dispositif médical. De plus, l’équipe initiatrice du projet a déjà une expérience sur cette espèce, dont les travaux précédents avaient montré qu’il serait possible de produire du cartilage articulaire à partir de greffons de périoste, ce qui a donné lieu à ce nouveau projet.

3 612 souris vont être utilisées, toutes tuées, chacune subissant après sa mort un prélèvement de sang, de colonne vertébrale, des quatre pattes, de la trachée, des poumons et de l'aorte. À dix semaines de vie, elles subissent une chirurgie du genou droit qui déstabilise un ménisque pour provoquer une arthrose, puis des injections intrapéritonéales quotidiennes pendant cinq jours. Le porteur décrit une prostration possible pendant trois jours, un isolement du groupe, l'arrêt du toilettage social, un risque d'infection des sutures et de péritonite. Les bénéfices annoncés se chiffrent en centaines de milliards d'euros d'économies européennes, quand le projet cherche d'abord à documenter, pour la première fois, le rôle d'une interaction moléculaire dans l'invasion vasculaire du cartilage.

Objectifs

L’arthrose, la plus répandue des maladies rhumatismales, impacte plus de 500 millions de personnes dans le monde. A ce jour, il n’existe pas de traitements qui permettent de soigner ou ralentir la maladie, les traitements disponibles sont uniquement palliatifs. Notre projet s’intéresse particulièrement aux mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de la dégradation du cartilage articulaire lors de l’arthrose. L’une des étapes clé de cette dégradation correspond à une augmentation anormale du volume (i.e. hypertrophie) des cellules du cartilage (chondrocytes). A un stade plus avancé de la maladie, une invasion pathologique du cartilage articulaire par des vaisseaux sanguins nouvellement formés se met en place, via un mécanisme nommé « angiogenèse ». Cette invasion vasculaire accélère fortement la dégradation du cartilage. Nous proposons l’hypothèse que les chondrocytes hypertrophiques, joueraient un rôle fondamental dans l’invasion vasculaire du cartilage arthrosique. Nos premiers résultats indiquent qu’une protéine ligand est spécifiquement produite par les chondrocytes hypertrophiques et que l’interaction avec son récepteur, présent à la surface des cellules endothéliales vasculaire, favorise l’angiogenèse. C’est dans ce contexte, que notre projet, se propose, pour la toute première fois, de documenter le rôle de l’interaction entre cette protéine ligand et son récepteur dans l’invasion vasculaire du cartilage arthrosique. Pour ce faire, nous utiliser une lignée de souris génétiquement modifiées, permettant à la fois d’induire une invalidation du gène codant pour le récepteur spécifiquement au niveau des cellules endothéliales vasculaires mais aussi de visualiser cette population cellulaire grâce à une protéine fluorescente. Une arthrose sera induite chirurgicalement chez ces souris et l’invasion vasculaire du cartilage articulaire sera suivie au cours du temps. Par la suite, ces expérimentations nous permettrons de définir le moment idéal pour mettre en place des stratégies thérapeutiques anti-arthrose qui ciblent spécifiquement l’interaction entre la protéine d’intérêt et son récepteur.

Bénéfices attendus

Notre projet comporte plusieurs bénéfices attendus. Dans un premier temps, notre projet va permettre d’approfondir, de manière générale, les connaissances de la communauté scientifique sur les mécanismes cellulaires/moléculaires impliqués dans l’apparition de l’arthrose et plus précisément, sur le rôle de l’invasion vasculaire du cartilage dans le développement de cette maladie. Dans un second temps, les résultats obtenus, nous permettront d’évaluer l’intérêt de cibler l’étape d’invasion vasculaire du cartilage pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques contre l’arthrose. Enfin, il faut prendre en compte que l’arthrose est une maladie chronique douloureuse et extrêmement répandue au sein de la population (40% des personnes de plus de 70 ans développe de l’arthrose), qui, de fait, exerce une pression importante sur le milieu médical. De manière connexe, l’arthrose de la hanche et du genou représente des poids financiers conséquents pour les pays européens, en effet, ils sont estimés entre 408-817 milliards d’euros et 350-700 milliards d'euros/an respectivement. Ainsi, au travers de l’étude de nouvelles cibles thérapeutiques, notre projet s’inscrit dans une démarche visant à améliorer la qualité de vie des patients (amélioration de la mobilité et de l’autonomie des patients, diminution des douleurs chroniques et de comorbidités associées) et à réduire les coûts socio-économiques (limitation de dépenses liées aux arrêts de travail prolongé et aux intervention) exercées par l’arthrose sur notre société.

Procédures

A l’âge de 10 semaines de vie post-natale, les animaux seront soumis à une chirurgie d’environ 15 minutes consistant en une déstabilisation d’un ménisque (cartilage servant de cales et d’amortisseurs de l’articulation) du genou droit. Les animaux âgés de 12 semaines recevront des injections intrapéritonéales du composé d’intérêt quotidienne de quelques secondes sur une période de 5 jours. Un site différent sera choisi pour chaque injection afin de limiter les risques d’irritation pour l’animal.

Impact sur les animaux

Dans les trois premiers jours suivant la chirurgie, si des douleurs sont ressenties par l’animal, celui-ci peut entrer dans un état de prostration, s’isoler des autres animaux de la cage et cesser les interactions comme par exemple le toilettage social. Cette douleur pourrait notamment être causée par une dilacération du tissu cutané supplémentaire, inopinée et indépendante de l’incision initiale pendant les chirurgies. De plus, une infection pourrait survenir au niveau des sutures post-chirurgicales. Les injections intrapéritonéales, bien que ne durant que quelques secondes, peuvent entraîner une irritation au niveau du site d’injection. De même, les injections de tamoxifène et plus généralement la technique d’injection intrapéritonéale en elle-même peuvent entrainer des nuisances chez l’animal : stress/anxiété, perte d’appétit, inflammation du péritoine (péritonite), injection mal placée conduisant à l’accumulation du produit au niveau d’un site non ciblé (i.e. organes présents dans le péritoine) avec conséquences potentielles multiples

Devenir

L’ensemble des animaux de ce projet seront utilisés afin de réaliser des prélèvements multi-organes post-mortem. Ces prélèvements sont indispensables pour la validation de notre modèle murin génétiquement modifié et pour mener à bien notre étude visant à déterminer l’intérêt de nouvelles cibles thérapeutiques contre le développement de l’arthrose.

Remplacement

Des modèles in vitro/ex vivo permettent d’étudier la formation de nouveaux vaisseaux sanguins et sont utilisés en amont de la présente étude pour remplacer au maximum le recours aux expérimentations animales. Ces modèles impliquent l’utilisation de cellules endothéliales d’origine humaine pour des tests de formation de tubes ou de migration cellulaires. Lors de ces tests il est possible de faire varier plusieurs paramètres et d’évaluer l’effet de communication cellulaires d’intérêt. Cependant l’utilisation de ces modèles reste limitée par le fait que les cellules endothéliales nécessitent un milieu de culture spécifique, peu compatible avec de nombreux autres types cellulaires. Or, dans le cadre de l’arthrose, l’environnement articulaire se compose de différents tissus et types cellulaires ainsi que d’un liquide synovial trop complexes à prendre en compte dans la mise en place de modèles in vitro ou informatiques, ni même dans un modèle d’animal invertébré. D’autre part, l’arthrose est une pathologie aux causes et conséquences multiples difficilement reproductibles dans un système in vitro non intégré. C’est pourquoi, aujourd’hui, aucun autre modèle substituable aux modèles animaux ne nous permet d’évaluer les processus impliqués dans le développement de l’arthrose ni l’intérêt de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.

Réduction

Dans le cadre du respect des 3Rs en éthique animale, le nombre d’animaux utilisés dans les procédures a été réduit au strict minimum. Pour ce projet scientfique, les nombre de 9 et 35 animaux de chaque sexe par groupe a été calculé par un test reconnu de puissance statistique, afin de s’assurer de pouvoir conclure sur une différence significative. Pour l’analyse des résultats, le test statistique le plus adapté sera utilisé pour pouvoir comparer toutes les conditions. Il est également important de souligner que chaque souris fera l’objet de prélèvement multi-organes (prélèvement de sang, colonne vertébrale, pattes avant et arrières, trachée et poumons, artère aorte). Cette approche présente l’avantage de rassembler une collection d’échantillons suffisante sur un nombre restreint d’animaux. Enfin, notre projet comprend l’utilisation de techniques d’analyses très haut débit qui permettent de générer un grand nombre de données pertinentes scientifiques à partir d’un faible nombre d’échantillons.

Raffinement

Pour le protocole d’induction de l’arthrose, une analgésie est assurée en avant et après l’opération. Les souris sont anesthésiées par inhalation d’un gaz durant toute la procédure. La chirurgie, même si celle-ci ne dure pas plus de 15 minutes, sera effectuée sur tapis chauffant afin d’écarter tout risque d’hypothermie. Les souris seront ensuite transférées dans une cage de réveil également disposée sur tapis chauffant le temps de récupérer. Après 6h et 24h post-chirurgie, un traitement antalgique est administré aux animaux dans un souci de raffiner la prise en charge de la douleur ressentie par ces derniers. Les animaux sont observés quotidiennement pendant les 3 premiers jours post chirurgie puis 2 fois par semaine. Des grilles de points limites ont été définies pour chacune des procédures et permettront une gestion de la douleur adaptée selon le nombre et la sévérité des signes cliniques observés.

Choix des espèces

Le choix de la souris comme modèle animal dans ce projet est fondé sur plusieurs critères. La souris est tout d’abord un modèle de référence pour la recherche fondamentale ainsi que pour les études pré-cliniques, car de nombreux outils de laboratoires sont développés et optimisés pour cette espèce. Notre projet est basé sur l’utilisation d’animaux génétiquement modifiés qui permettent des études précises et pertinentes dans les tissus squelettiques d’intérêt pour la recherche thérapeutique sur l’arthrose. Ces lignées de souris génétiquement modifiées sont déjà développées et disponibles. Le modèle de souris d’arthrose post-traumatique par déstabilisation du ménisque médian est le plus décrit dans la littérature et fait ainsi office de référence pour l’étude de cette pathologie. Le choix de l’espèce souris s’explique également par la nécessité de travailler sur des animaux arrivés à maturité squelettique. Les animaux inclus dans cette étude seront à maturité squelettique et âgés de 10 à 22 semaines. La procédure chirurgicale sera réalisée à 10 semaines de vie, il s’agit du stade de développement consensus dans la littérature pour l’induction de l’arthrose post-traumatique par déstabilisation du ménisque médial

Pour tester des composés candidats contre l'arthrite rhumatoïde et l'arthrite psoriasique, 434 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour analyse des tissus. L'inflammation articulaire est provoquée par une injection intra-péritonéale ou par deux injections intradermiques espacées de dix-huit jours, suivies de traitements administrés par voie intraveineuse, sous-cutanée, orale ou topique, avec dépilation sous anesthésie. Raideur articulaire et douleur à la mobilisation sont attendues, et de la nourriture en gel est déposée dans la cage pour limiter les déplacements des souris arthritiques. Aucun antalgique ne leur sera administré, le porteur indiquant qu'il interférerait avec l'effet attendu des composés testés, la souffrance restant encadrée par une grille de score et un point limite.

Objectifs

Les maladies inflammatoires ostéo-articulaires sont parmi les pathologies douloureuses et invalidantes les plus courantes et les plus répandues dans le monde, dont la prévalence devrait augmenter principalement en raison de l'augmentation de l'espérance de vie. Ces pathologies sont le plus souvent difficiles à repérer, mais peuvent avoir des répercussions sur l’état psychologique des personnes affectées par les douleurs chroniques qu’elles engendrent, et à plus long terme sur la vie professionnelle. On estime que 25 % des personnes atteintes d’ostéo-arthrite sont incapables d'accomplir leurs activités quotidiennes. De plus en plus de références indiquent maintenant que l'inflammation, locale et systémique, est à l'origine de dommages aux articulations et aux os. L'objectif du projet est d'évaluer la pharmacocinétique et l'efficacité thérapeutique de nouvelles thérapies dans le domaine des maladies inflammatoires ostéo-articulaires telles que l'arthrite psoriatique ou l'arthrite rhumatoide. Les propriétés immunomodulatrices, anti-inflammatoires et anti-fibrotiques de ces nouveaux composés seront évalués afin de pouvoir les considérer comme nouvelles modalités de thérapies dans le traitement des maladies inflammatoires ostéo-articulaires.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à évaluer l'efficacité de nouveaux outils thérapeutiques dans le contexte des pathologies inflammatoires ostéo-articulaires, telles que la polyarthrite rhumatoide ou la spondylarthrite ankylosante. L'objectif est d'analyser les effets des traitements candidats dans la résolution de la pathologie. Les résultats attendus pourraient avoir un impact direct sur la prise en charge des patients en offrant de nouvelles options thérapeutiques. Ces traitements pourraient non seulement réduire la douleur et l’inflammation, mais également prévenir la progression des lésions articulaires, améliorant ainsi la qualité de vie des patients. L’identification de traitements plus efficaces permettrait également de limiter la dépendance des patients aux traitements traditionnels, souvent lourds et invasifs.

Procédures

Les souris recevront une injection intra-péritonéale pour induire le modèle sur souris vigile (

Impact sur les animaux

Ce projet, bien que conçu pour minimiser l'impact sur les animaux entraine des nuisances ou effets indésirables inhérents à la mise en œuvre de modèles d'arthrite psoriatique ou d'arthrite rhumatoide. Ces modèles peuvent entraîner une inflammation articulaire et des douleurs au niveau des membres. Les symptômes comprennent des signes cliniques dans ces modèles tels que la raideur articulaire et une douleur à la mobilisation. Chaque animal sera étroitement surveillé quotidiennement en aveugle tout au long de l'étude et leur état sera évalué d’après une grille de scores, selon des paramètres physiologiques, des critères d’apparence physique et de comportement général, afin d’intervenir tôt dans la prise de décision de la poursuite du protocole. Une grille de score est établie pour les deux modèles incluant un point limite pour chaque modèle. L’utilisation d’antalgiques n’est pas envisageable, elle interférerait avec l’effet attendu des outils thérapeutiques. Chez l’animal arthritique, nourriture et boisson seront apportées sous forme de gels placés dans la cage en cas de nécessité, afin de limiter les déplacements.

Devenir

A l'issue de chaque procédure, les animaux seront mis à mort afin de prélever les tissus et réaliser des analyses ex vivo.

Remplacement

La recherche menée dans ce projet vise à développer des approches thérapeutiques innovantes pour traiter l'arthrite psoriatique et l'arthrite rhumatoïde. Les modèles in vitro et les simulations informatiques constituent des alternatives précieuses et seront exploitées dans les phases préliminaires. Ces méthodes contribueront à réduire le nombre d’animaux nécessaires en éliminant en amont les composés inefficaces ou potentiellement toxiques. Cependant, ces approches ne peuvent pas reproduire les processus biologiques complexes d’un organisme vivant, tels que les interactions immunologique ou l'inflammation ostéo-articulaire. Ce niveau de précision est indispensable pour garantir la robustesse et la transposabilité des résultats à un contexte clinique. Tous les efforts seront faits pour réduire leur nombre au strict minimum nécessaire et pour limiter leur inconfort par des soins appropriés et des critères d’arrêt clairs.

Réduction

Le nombre d’animaux prévu pour ce projet a été déterminé sur la base d’analyses statistiques rigoureuses. Le nombre d’animaux sera de 8 par groupe de traitement. Des pratiques spécifiques seront mises en œuvre tout au long du projet pour limiter le nombre d’animaux utilisés, sans compromettre les objectifs scientifiques : 1/ Études pilotes : Des expériences préliminaires seront réalisées sur un petit nombre d’animaux (24 pour la détermination des paramètres d’induction des modèles et 32 en incluant un traitement de référence pour chaque modèle) afin de tester la faisabilité des protocoles, valider les doses initiales des molécules et affiner les paramètres expérimentaux. Cela permettra d’optimiser les protocoles avant leur mise en œuvre à plus grande échelle. 2/ Modélisation informatique et études in vitro : Avant toute expérimentation in vivo, des approches in silico et des cultures cellulaires seront utilisées pour sélectionner les molécules ou formulations les plus prometteuses. Cette étape éliminera les composés inefficaces ou trop toxiques, réduisant ainsi les tests inutiles sur les animaux. 3/ Partage et réutilisation des tissus : Les prélèvements biologiques (sang, tissus, etc.) seront maximisés pour chaque animal afin de réaliser plusieurs analyses complémentaires. De plus, lorsque possible, les tissus prélevés pourront être partagés entre différentes études ou projets collaboratifs. 4/ Suivi longitudinal grâce à des techniques non invasives : L’utilisation de l’imagerie in vivo (bioluminescence, fluorescence) permettra de suivre l'inflammation au fil du temps, limitant la nécessité d’euthanasier des animaux à des points intermédiaires pour des analyses sanguines et histologiques. Les études seront conçues pour maximiser la qualité des données tout en limitant le nombre d’animaux : Les expériences pourront inclure des groupes de contrôle négatifs et positifs réduits, mais suffisamment représentatifs pour des comparaisons statistiquement valables. Une randomisation stricte des animaux dans les différents groupes sera appliquée pour minimiser les biais expérimentaux.

Raffinement

Les animaux seront observés quotidiennement afin de s'assurer de leur bien être (alimentation, boisson, comportement général, grille de scores spécifiques au protocole...). Un enrichissement dans la cage (igloo et carrés de coton) permettra d'améliorer leur environnement et leur confort d'hébergement. Dans le cadre de l’évaluation des seuils tactiles ou thermiques, les animaux seront apportés dans la salle d’expérimentation pour des séances d’habituation, se déroulant sur les deux journées consécutives précédent le début de la procédure. Durant ces sessions, les animaux seront mis en présence de l’expérimentateur et du matériel utilisé afin de les familiariser à cet environnement. Dans la mesure du possible, la même salle d’expérimentation sera utilisée tout au long de la procédure expérimentale. Leur poids sera évalué régulièrement, au minimum 3 fois/semaine, cette mesure aidera à déceler une quelconque souffrance et/ou détresse. L'utilisation d'analgésiques n'est pas réalisable sur ces modèles car apporterait un biais expérimental mais des points limites ont été définis afin de limiter la souffrance des animaux. Afin de limiter le stress et la douleur des animaux, les injections seront effectuées sur animaux anesthésiés. Approches de fin d’étude respectueuses : Utilisation de méthodes approuvées pour garantir une euthanasie rapide et sans douleur avec vérification systématique de l’absence de conscience avant toute analyse post-mortem. Maximisation des données par animal : Réalisation de multiples analyses sur les tissus collectés pour limiter le recours à des animaux supplémentaires. Tous les intervenants sont formés à l'expérimentation animale et aux techniques d’imagerie et standardisation des procédures pour garantir la reproductibilité des résultats et minimiser les variations entre opérateurs. Cette stratégie de raffinement vise à améliorer le bien-être animal à chaque étape du projet, tout en maximisant et fiabilisant les données obtenues par animal. Elle repose sur des techniques avancées, une gestion rigoureuse des conditions expérimentales, et une surveillance constante du bien-être des animaux.

Choix des espèces

Les souris sont un modèle expérimental de choix pour l'étude des maladies inflammatoires comme l'arthrite rhumatoïde et psoriasique. Les souris possèdent un système immunitaire bien caractérisé et similaire à celui des humains, permettant une extrapolation pertinente des mécanismes immunologiques étudiés. La disponibilité de lignées consanguines facilite l’exploration des réponses immunitaires spécifiques et des mécanismes d’action des traitements testés. Elles permettent de reproduire les caractéristiques cliniques, histopathologiques et immunologiques de ces pathologies, facilitant l’étude des mécanismes sous-jacents et l’évaluation de traitements thérapeutiques. Les animaux seront utilisés au stade de jeunes adultes (~7-12 semaines) car il s'agit du stade auquel ils sont les plus susceptibles de fournir des résultats satisfaisants. En effet, il est bien établi dans la littérature que l'induction d’une inflammation menant au développement de maladies ostéo-articulaires chez des animaux jeunes adultes est efficace, fiable et reproductible. Dans le cas de notre étude, ce stade de développement est en parfaite adéquation avec la pathologie humaine, notamment en lien avec ses similarités physiologiques et moléculaires. De plus, il permet d'allier à la fois maturité sexuelle, hormonale et immunitaire. Ces modèles animaux sont ainsi adaptés aux études d'efficacité de nouveaux outils thérapeutiques. Il s'agit également du stade auquel les animaux sont les moins susceptibles de subir des dommages durables dans les conditions de la procédure expérimentale.

Ligature de l'artère fémorale, injection d'une toxine dans le muscle de la patte, irradiation des pattes postérieures sous anesthésie : 180 souris subissent ces interventions, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent aussi une injection de cellules souches musculaires humaines, associées ou non à un biomatériau, pour évaluer une thérapie cellulaire de l'ischémie chronique des membres inférieurs. Les atteintes décrites comprennent une perte de poids de 10 %, un poil ébouriffé, une paupière fermée, une posture anormale et une mobilité réduite dans les vingt-quatre heures. Le porteur affirme pourtant qu'aucun signe de souffrance n'est observé après l'irradiation des pattes postérieures, la moelle osseuse étant selon lui parfaitement conservée.

Objectifs

L’ischémie chronique des membres inférieurs est la forme la plus grave de maladie vasculaires périphérique.s Elle est associée à une faiblesse et des douleurs musculaires qui ne peuvent s'expliquer uniquement par une réduction du flux sanguin. Le muscle squelettique adulte possède une forte capacité de régénération grâce à des cellules souches musculaires résidentes. Leur fonction réparatrice est étroitement régulée par leur environnement. Plusieurs études ont montré l’existence d’interactions entre les cellules souches musculaires et les cellules vasculaires environnantes lors de la réparation du muscle squelettique. Les signaux contrôlant ces interactions dans le contexte de l'ischémie des membres inférieurs ne sont pas connus. De même, les mécanismes du remodelage tissulaire et la contribution des cellules souches musculaires au développement des lésions musculaires post-ischémiques restent peu explorés. Nous avons observé qu’une exposition chronique à un faible taux d’oxygène altère la fonction des cellules souches musculaires et par conséquent la régénération musculaire chez la souris. Étant donné l'importance du tissu musculaire comme support biomécanique et biologique de la revascularisation, une altération fonctionnelle des cellules souches musculaires pourrait participer à l'aggravation des lésions musculaires et au défaut de perfusion des membres inférieurs chez les patients atteints d’ischémie des membres inférieurs. Dans ce contexte, nos objectifs sont 1) de caractériser l’altération des propriétés cicatricielles des cellules souches musculaires issues de patients atteints d'ischémie des membres inférieurs in vivo, et 2) d’évaluer le bénéfice thérapeutique de la restauration d’un tissu musculaire viable par des approches de thérapie cellulaire associant des cellules souches musculaires humaines de muscle sain et des biomatériaux innovants, sur la revascularisation et la régénération des membres ischémiés in vivo.

Bénéfices attendus

Ce travail offrira une meilleure compréhension des mécanismes responsables des lésions musculaires post-ischémiques chez les patients et offrira une nouvelle approche de thérapie cellulaire innovante pour le traitement de l'ischémie des membres inférieurs, en fournissant un support biomécanique favorable à la revascularisation des muscles ischémiés chez les patients.

Procédures

Les procédures invasives sur animal anesthésié sont au nombre de quatre : 1. Injection d'une toxine dans le muscle de la patte sur animal anesthésié (1 fois, durée : 10 min) 2. Modèle de lésion musculaire par injection d'une toxine dans le Tibialis Anterior sur animal anesthésié (1 fois, durée : 10 min) 3. Modèle de lésion musculaire par ligature de l'artère fémorale (modèle d’ischémie des membres inférieurs) sur animal anesthésié (1 fois, durée : 20 min) 4. Injection de cellules souches musculaires humaines associées ou non à un biomatériaux dans le Tibialis Anterior sur animal anesthésié (1 fois, durée : 10 min). Les procédures non invasives sur animal anesthésié sont au nombre de une : irradiation des pattes postérieures de la souris sur animal anesthésié (1 fois, durée : 20 min)

Impact sur les animaux

Les nuisances et effets indésirables sont ceux liés à la contention/manipulation des animaux pouvant engendrer du stress ou ceux liés à la récupération post-irradiation ou post-chirurgie (modèle de lésion musculaire) ; pouvant conduire à une perte de poids dans les 24 premières heures (10%), une altération de leur apparence physique (manque de toilettage, poil ébouriffé, paupière fermée, posture anormale) ou un comportement anormal (mobilité réduite). De notre expérience, les signes de souffrance interviennent dans les 24h suivant l’induction des lésions musculaires (que ce soit par un agent chimique ou à la suite de la ligature de l’artère fémorale) mais ne perdurent généralement pas au-delà. De même, aucun signe de souffrance n'est observé chez des animaux qui ont subi une irradiation que des pattes postérieures (la moelle osseuse étant parfaitement conservée).

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin des deux procédures afin de permettre les analyses histologiques et moléculaires nécessaires pour répondre à notre question biologique.

Remplacement

Afin de caractériser l’atteinte des capacités régénératrices des cellules souches musculaires (MuSCs) issues de patients atteints d’ischémie critique des membres inférieurs (ICMI) comparativement à des patients contrôles, des expériences de culture cellulaire seront menées indépendamment, afin de tester in vitro leur capacité de prolifération, de différenciation et de fusion. Mais pour répondre à notre question biologique, le remplacement total par de la culture cellulaire n'est pas envisageable. En effet, les modèles in vitro ne rendent pas compte de l'immense complexité des interactions physiopathologiques qui existent entre les populations cellulaires au sein d’un organisme ou d’un tissu entier et notamment entre les MuSCs et les cellules vasculaires. Notamment, l'utilisation de modèles animaux reste essentielle pour mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l’ICMI et pour tester de nouvelles approches thérapeutiques innovantes dans le muscle ischémié. Enfin, la souris est le modèle de choix en raison des similitudes des systèmes de réparation du muscle squelettique humain. Ainsi, le modèle de ligature de l’artère fémorale permet de reproduire les lésions ischémiques retrouvées chez les patients atteints d’ICMI, offrant une pertinence clinique pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans cette pathologie.

Réduction

Nous allons réduire le nombre d'animaux grâce à l'utilisation de tests statistiques appropriés et grâce à l’utilisation de la patte opposée non injectée que nous utiliserons comme contrôle sans lésion. Nos expériences dans le laboratoire ont démontré que des groupes de n=10 animaux par groupe expérimental et par temps sont nécessaires pour les analyses histologiques et moléculaires compte tenu de la variabilité inter-individuelle dans nos deux modèles chirurgicaux de régénération musculaire.

Raffinement

Les animaux importés qui arriveront de la zone d’élevage à la zone expérimentale sont laissés en acclimatation une semaine avant toute manipulation. Pour raffiner, la souffrance des souris sera réduite en utilisant des sédatifs et analgésiques. Pour les modèles chirurgicaux, les souris seront anesthésiées et des injections d’antidouleurs seront faites en pré- et post-opératoire afin de limiter la douleur. Les animaux seront examinés de façon biquotidienne pendant les 5 premières jours suivant la lésion musculaire afin de vérifier leur état général de santé et établir la grille de score des points limites. En cas des signes de souffrance déinfis par la grille de score des points limites, des mesures graduées et adaptées (analgésie, mise à mort compassionnelle, ...) seront prises. La qualité de l'élevage est améliorée en enrichissant les cages expérimentales avec des bâtons à ronger, des éléments permettant la nidification (papiers, maison en carton) ainsi qu’un accès illimité à la nourriture et à l’eau de boisson.

Choix des espèces

La souris est un modèle de choix car la physiologie et la réparation post-lésionnelle du muscle squelettique est proche de celle de l’Homme. Elle a également l’avantage indéniable de permettre l’utilisation des souris génétiquement modifiées rendant possible la greffe de cellules d’origine humaine et permettant en déplétant les MuSCs de l’hôte de tester l’efficacité d’une thérapie cellulaire à base de MuSCs humaines sur la revascularisation et la réparation musculaire dans un modèle murin d’ICMI. La souris offre également l'avantage d'être de petite taille et de limiter ainsi le nombre de cellules humaines à greffer in vivo. Nous utiliserons des animaux jeunes adultes de 7 à 10 semaines. A ce stade, les muscles sont parfaitement formés et les cellules souches musculaires résident en périphérie de la fibre musculaire à l’état de repos. Nous maitrisons les modèles chirurgicaux de lésion musculaire pour lesquels nous n’avons aucune mortalité post-opératoire. Enfin, nous maitrisons les outils permettant les évaluations structurelles et moléculaires du muscle squelettique et le suivi des MuSCs humaines greffées chez la souris.

Nées avec une mutation qui réduit leur poids dès le sevrage, des souris modèles d'une maladie mitochondriale deviennent apathiques entre un mois et un mois et demi, et certaines perdent brutalement du poids puis s'isolent entre quatre et sept mois. Une échographie cardiaque sous anesthésie générale, un test sur tapis roulant et cylindre rotatif, une IRM cérébrale de trente à soixante minutes, deux administrations orales par jour pendant deux mois et trois prélèvements de sang à la veine submandibulaire jalonnent le protocole appliqué à 2 720 animaux, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Le porteur range en sévérité modérée les seules nuisances liées aux gestes expérimentaux et décrit à part la dégradation due à la mutation, tout animal isolé dans sa cage ou ayant perdu plus de 20 % de son poids étant mis à mort. Les reproducteurs sont gardés pendant leur phase reproductive, de deux à six mois, puis tués comme tous les autres.

Objectifs

Les mitochondries jouent le rôle essentiel de centrale énergétique dans nos cellules. Les maladies mitochondriales regroupent de nombreuses pathologies héréditaires qui résultent d'un dysfonctionnement du métabolisme énergétique mitochondrial. Ces pathologies ont été associées à de nombreux symptômes incluant désordres du mouvement, cécité, surdité, épilepsie, accidents vasculaires, atteintes cardiaques ou encore neurodégénérescence. Les maladies mitochondriales peuvent débuter à tout âge, de la naissance, dans l'enfance et chez l’adulte jeune. A ce jour il n’existe pas de traitement curatif pour ces maladies. De ce fait, la recherche dans ce domaine des thérapies pour ces maladies mitochondriales est capitale. Nous avons identifié des médicaments candidats pouvant améliorer le fonctionnement des mitochondries. Certaines de ces molécules prometteuses ont été ensuite testées sur des cellules de peau de patients de maladies mitochondriales. Afin de tester les effets bénéfiques de ces médicaments sur un modèle in vivo, nous avons généré des souris présentant une mutation retrouvée chez des patients humains. Notre objectif principal pour ce projet est donc de caractériser en profondeur la pathologie de ces souris et valider l'efficacité des médicaments candidats identifiés, qui pourront ensuite être testés chez l’homme.

Bénéfices attendus

Ce projet est justifié d'un point de vue scientifique, car il propose d'étudier les effets de médicaments candidats dans les maladies mitochondriales, maladies qui ne bénéficient pas actuellement de traitements curatifs. Le développement d’une médecine mitochondriale est fortement compromis par l’absence de thérapies efficaces avec un nombre limité d'essais cliniques à ce jour. Raison pour laquelle la recherche sur les pathologies mitochondriales humaines s’oriente aujourd'hui résolument vers la thérapeutique. La présence de mutations pathogènes mitochondriales est responsable de maladies mitochondriales sévères et souvent fatales. Ainsi, déterminer l’impact de plusieurs médicaments pourrait permettre de restaurer le fonctionnement mitochondrial, apparaissant comme un objectif important, qui pourrait déboucher sur des essais cliniques pour les patients souffrant de maladies mitochondriales.

Procédures

Les animaux seront soumis aux interventions suivantes: Echographie cardiaque sous anesthésie générale (30 minutes, 1 fois); Test de la fonction motrice sur tapis roulant et cylindre rotatif (durée variable en fonction des performances des animaux); Imagerie par Résonance Magnétique du cerveau (sous anesthésie, durée 30 à 60 minutes, 1 fois); Administration par voie orale par pipette du médicament supplémenté d’une solution appétante ayant pour but que les souris viennent spontanément prendre le médicament (gavage si nécessaire à l'aide d'une sonde adaptée dans le cas où il serait difficile de délivrer le médicament par la technique d’administration orale par pipette ou si la solution appétante ne faciliterait pas le processus) (2 fois par jour pendant 2 mois) et un prélèvement sanguin au niveau de la veine faciale submandibulaire (5 minutes maximum) à 1.5 mois, 2.5 mois et 3.5 mois (1 fois à chaque temps).

Impact sur les animaux

Les souris des deux modèles, présentant une mutation que nous allons utiliser, sont de nouveaux modèles murins pour lesquels nous décrivons un phénotype pour la première fois. Les effets indésirables de cette mutation sur le modèle se traduit par un poids plus faible dès le sevrage et un comportement apathique qui apparaît entre 1 et 1,5 mois pour le modèle KI/KO et entre 2,5 et 4 mois pour le modèle KI/KI. Nous avons observé qu'entre l'âge de 4 mois et 7 mois, certains animaux présentent une perte de poids brutale et un isolement dans la cage. Les jeunes souris peuvent également parfois présenter une dépilation transitoire. Les nuisances/effets indésirables causés par les expérimentations (manipulations/gestes expérimentaux sur l'animal) sont classées de sévérité modéré. Les prélèvements sanguins au niveau de la veine faciale submandibulaire sur souris vivantes nécessitent une anesthésie mais n'induisent pas de conséquences sur le bien être de l'animal. Dans le cas où il serait difficile de délivrer le médicament par administration par voie orale par pipette, le gavage remplacera cette technique. Celle-ci, si utilisée régulièrement, pourrait entraîner un stress chez l'animal, lié au geste de contention et du geste de gavage, et une irritation de l’œsophage lié à la répétition de l'administration.

Devenir

Les reproducteurs seront utilisés pendant leur phase reproductive (2 à 6 mois) puis mis à mort. Pour toutes les autres expériences prévues, tous les animaux seront mis à mort en fin de procédure.

Remplacement

Nous utilisons des modèles cellulaires humains tels que les fibroblastes de peau pour répondre à certaines questions scientifiques. Cependant ces méthodes alternatives restent incomplètes pour l’étude de phénomènes physiologiques aussi complexes que les mécanismes impliqués dans les maladies mitochondriales, puisqu'elles ne tiennent pas compte l’ensemble des interactions biologiques existantes au sein d’un organisme tout entier. L'utilisation du modèle animal est donc une nécessité pour compléter nos résultats in vitro mais également pour la suite du programme de recherche et pouvoir valider et passer aux essais cliniques chez l'homme.

Réduction

Aucune expérience inutile ne sera menée. Nous réduisons au maximum le nombre d'animaux à utiliser pour obtenir des résultats exploitables au niveau statistique. Ainsi, nos expériences solides des méthodes Omics nous impose d'utiliser au minimum 15 souris/groupe expérimental par sexe pour la métabolomique. Pour la biologie moléculaire et l'histologie, des groupes de 8 animaux/génotype sont prévus, ce qui permet de réduire au maximum le nombre d'animaux sans compromettre l'obtention de résultats statistiquement valides.

Raffinement

Nous raffinons nos conditions d'expérimentation et d'hébergement pour le bien-être de nos animaux. En concertation avec la Structure de Bien-Etre Animal, les animaux sont hébergés dans des cages aux normes (au minimum par 2 et au maximum par 5) suivant l’âge et le poids des animaux. De plus les cages sont enrichies par des jouets (maisons, copeaux, papier…). Les animaux sont surveillés quotidiennement par le personnel compétent, et seront pris en charge selon la grille de points limites suivante: Perte de poids 20% = 3 points Diminution de la mobilité: légère = 1 point; modérée = 2 points; sévère = 3 points Isolement: 3 points. A partir de 1 point, un signalement sur la cage avec le numéro de l’animal concerné sera apposé, de telle sorte à ce qu’il y ait une attention particulière lors du contrôle quotidien pour déceler rapidement toute évolution négative, 2 points, surveillance bi-quotidienne de l'animal concerné, 3 points, l’animal est mis à mort en point limite. Pour les procédures de traitements des animaux, nous utiliserons au maximum, à la place du gavage, la technique dite MDA (micropipette-drug administration) qui consiste à donner oralement par pipette le médicament supplémentée d’une solution appétant pour habituer les souris à venir boire spontanément d’elle-même le médicament. En utilisant cette technique, nous évitons le stress et les irritations possibles par le gavage au niveau œsophage.

Choix des espèces

La souris est un excellent modèle pour les maladies humaines, car l'organisation de son ADN et l'expression de ses gènes sont très similaires à celles de l'homme. De plus, la disponibilité de souris génétiquement modifiées permet d'étudier finement les mécanismes sous-tendant la pathogenèse de ces maladies mitochondriales. Dans le présent projet, la souris que nous utilisons est un modèle de maladie mitochondriale unique, le seul qui permette d'étudier l'impact des médicaments candidats sur les fonctions mitochondriales dans les tissus habituellement affectés dans ces pathologies, que sont le cerveau, les muscles squelettiques et les coeur. Les animaux utilisés pour la mise en place de l'élevage le seront dans leur phase reproductive (2 mois à 6 mois). Pour la caractérisation de la maladie, les animaux seront utilisés entre les âges de 2 mois et 12 mois. De plus, nous traiterons les souris avec des médicaments candidats de l'âge de 1.5 mois à 4 mois dans la phase d'expérimentation de traitements potentiels.