Système musculosquelettique

Pour comparer la digestibilité de protéines végétales fermentées ou germées à celle de la caséine, 50 rats en croissance vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun est hébergé seul pendant les 38 jours du protocole, un isolement dont le porteur reconnaît qu'il induit chez ces animaux sociaux une détresse chronique. Les quatre derniers jours se passent en cage métabolique, plus petite, au sol grillagé. Les mesures de force et de coordination sont présentées comme faites sur la base du "volontariat", et une décision sera prise sur l'animal dès qu'il présentera trois points limites notables ou un point sévère.

Objectifs

La transition vers un régime plus végétal et durable fait partie des grandes évolutions de l’alimentation. Augmenter la consommation de sources protéiques végétales telles que les légumineuses et les céréales complètes devient un enjeu majeur. Ces sources végétales sont des vecteurs de fibres et de micronutriments dont la consommation est associée à une prévention des maladies chroniques. Cependant, la qualité nutritionnelle moindre des protéines végétales est à prendre en compte pour proposer des produits adaptés aux besoins de la population. Les protéines végétales issues des céréales et légumineuses ont souvent des profils en acides aminés incomplets par comparaison avec les protéines d’origine animale. De plus, ces protéines végétales contiennent des facteurs antinutritionnels interférant avec l’absorption des micronutriments et réduisant la digestibilité des protéines. Aussi, l’utilisation de bioprocédés tels que la fermentation et la germination permettrait de lever ce verrou tout en respectant le concept de « Naturalité » inscrit dans la transition alimentaire actuelle. Il est apparu récemment un intérêt pour la combinaison de ces deux procédés afin de parfaire la digestibilité protéique des aliments végétaux et d’optimiser la biodisponibilité de micronutriments. Alors que la germination est un processus biologique commençant à l’imbibition d’une graine quiescente et s’achevant au moment de la percée de la radicule, la fermentation résulte de l’action spontanée ou dirigée de communautés microbiennes endogènes, et/ou ajoutées, sur des matières premières d’origine animale ou végétale. Les aliments résultant de ces procédés sont profondément modifiés sur le plan biochimique et contiennent une biomasse microbienne élevée, le plus souvent vivante. La fermentation est bien maîtrisée sur les matrices liquides animales mais elle reste exploratoire et complexe sur les matrices solides végétales. De plus, l’utilisation de ce type de fermentation sur des graines germées n’a, à notre connaissance, jamais été investiguée pour l’alimentation humaine. Aussi, l’efficacité alimentaire de matrices végétales ainsi traitées doit être absolument évaluée chez l’animal avant toute consommation par l’Homme. Le projet a pour but d’évaluer l’impact de la fermentation solide sur la digestibilité protéique et les effets santé de différents prototypes d’aliments germés ou non germés à base de céréales et de légumineuses chez le rat en croissance.

Bénéfices attendus

A court terme, du fait de la composition équilibrée en acides aminés indispensables dans le mélange orge et pois chiche, comparable à celle de protéines animales, et de l’utilisation de façon associée de la fermentation et la germination pour limiter les facteurs antinutritionnels, nous postulons que le régime à base de protéines végétales issues de graines traitées par germination puis fermentation présentera une efficacité métabolique similaire au régime contenant la caséine en termes de croissance, d’accrétion protéique corporelle et de régulation du métabolisme protéique chez le rat jeune. A plus long terme, le projet aura un impact positif sur le plan environnemental et sociétal et contribuera à l’élaboration de nouveaux aliments à forte valeur ajoutée, grâce à l’optimisation des conditions de fermentation solide adaptés au contexte végétal combiné à la germination. Ses bioprocédés répondent pleinement aux attentes actuelles des consommateurs : naturalité, absence de conservateurs et potentiels bénéfices santé. Par ailleurs, la maîtrise croissante des communautés microbiennes et la possibilité de créer et optimiser des consortiums à fonctionnalités ciblées font de ces aliments une mine d’innovations pour l’avenir face aux défis qui attendent nos systèmes alimentaires. Les bénéfices attendus du projet devraient répondre à la fois à des enjeux environnementaux mais aussi de santé publique. En effet, ce projet devrait permettre d’augmenter la part des végétaux dans l’alimentation afin de contribuer à un rééquilibrage de la consommation de protéines animales versus protéines végétales dans le but d’aller vers un modèle alimentaire plus vertueux d’un point de vue nutritionnel et environnemental. Ceci permettra de diversifier l’alimentation et de prévenir les carences nutritionnelles. De plus, le développement de produits de bonne qualité nutritionnelle et sources de protéines pourrait prévenir le risque de dénutrition de populations spécifiques comme les personnes âgées en leur apportant des produits digestibles, ayant des goûts/textures adaptés et répondant à leurs besoins nutritionnels. De plus, ces nouveaux aliments pourraient également prévenir l’apparition de dysbioses intestinales via la consommation d’aliments vecteurs de microorganismes « positifs ». Pour finir, la valorisation par fermentation solide pour l’alimentation humaine permet une nette réduction des émissions de gaz à effet de serre ainsi qu’une sauvegarde des ressources en eau douce.

Procédures

Les rats seront hébergés en cage individuelle pour contrôler précisément leur consommation pendant toute la durée du protocole depuis leur arrivée à l’animalerie jusqu’à leur sacrifice soit 38 jours au total. Les animaux subiront diverses interventions au cours du protocole. Elles auront pour but de : (1) mesurer la composition corporelle sur animal vigile via une technique non invasive peu stressante réalisée 2 fois et d’une durée de 2 minutes à chaque fois. (2) mesurer la fonctionnalité musculaire de façon non invasive et sur animal vigile. Cette mesure fait intervenir 3 appareils. Ces mesures seront réalisées sur la base du « volontariat » car il est impossible d’obliger les animaux à réaliser les exercices. L’appareil 1 servira à mesurer la force et sera utilisé 2 fois pour une durée de manipulation de l’animal de 30 secondes à chaque fois. L’appareil 2 permettra d’évaluer l’équilibre et la coordination motrice et sera utilisé 2 fois. La durée dépendra de l’endurance et de la volonté du rat à réaliser l’exercice (5 minutes au maximum). Enfin, l’appareil 3 permettra d’appréhender l’activité ambulatoire totale et ne sera utilisé qu’à la fin du protocole. L’expérience dure 10 minutes et est non stressante. (3) mesurer la rétention azotée (azote ingérée – azote excrétée) au niveau corps entier. Cette mesure nécessite la récupération de la totalité des fèces et de l’urine produits. Les rats concernés hébergés dans une cage métabolique conçue pour permettre cette récupération. La durée du passage sera réduite au maximum (4 jours au total) sans compromettre les résultats du projet. (4) mesurer la synthèse protéique dans les muscles squelettiques en fin de protocole. Après avoir été mis à jeun la veille, les 50 rats subiront, le matin, une injection permettant de mesurer la synthèse protéique 50 minutes avant l’euthanasie. Tous les rats seront ensuite mis à mort sous anesthésie générale gazeuse.

Impact sur les animaux

Dès leur arrivée à l’animalerie et durant toute la durée du protocole expérimental, tous les rats (50) seront hébergés en cage individuelle. Cet isolement affectera le bien-être de ces animaux sociaux en induisant une détresse chronique. Lors de leur séjour en cage métabolique pendant les 4 derniers jours du protocole, les animaux seront soumis à un stress physique et une détresse supplémentaires par rapport à l’hébergement en cage individuelle. En effet, la taille des cages métaboliques est réduite comparativement aux cages d’hébergement standard. De plus, le sol est composé d’une grille qui affecte le bien-être des animaux.

Devenir

A la fin de la procédure, les animaux seront mis à mort afin de pouvoir réaliser les analyses sur les différents tissus prélevés qui permettront de répondre aux objectifs du projet.

Remplacement

L’utilisation d’animaux, dans ce projet, est absolument nécessaire et ne peut être remplacée par l’utilisation de systèmes de culture cellulaire ne permettant pas de mesurer simultanément la digestibilité des différentes sources de protéines, l’évolution de la fonctionnalité musculaire, de la performance et de la mobilité, le métabolisme protéique musculaire et le statut inflammatoire circulant et tissulaire. Pour l’instant, ce projet ne peut pas non plus être réalisé directement chez l’Homme. En effet, l’utilisation de la fermentation solide sur des graines germées de céréales et de légumineuses n’a, à notre connaissance, jamais été investiguée pour l’alimentation humaine et l’efficacité alimentaire de ces produits doit être absolument évaluée avant son application chez l’Homme. Les régimes alimentaires vont être confectionnés à partir de prototypes d’aliment réalisés à petite échelle spécifiquement pour le projet. Il est à noter qu’avant de réaliser les régimes fournis ensuite aux animaux les différentes farines seront analysées d’un point de vue nutritionnel et microbiologique garantissant leur innocuité.

Réduction

Les résultats d’études antérieures menées sur des rats nourris avec des farines produites à partir de protéines de différents végétaux ont permis de réduire le nombre d’animaux utilisés à son minimum sans compromettre les objectifs du projet. Le nombre total de rats nécessaires à la réalisation de ce projet est de 50. Pour analyser les résultats des différents paramètres mesurés, nous utiliserons plusieurs tests statistiques adaptés.

Raffinement

Les conditions d’élevage, d’hébergement, de soin et les méthodes utilisées seront les plus appropriées pour éviter et réduire au maximum toute douleur, souffrance, angoisse ou dommage durable que pourraient ressentir les animaux. Les rats seront hébergés individuellement dans des cages adaptées à leur poids et leur taille. Tous les animaux auront un accès illimité à leur régime et à l’eau de boisson. Quotidiennement, l’animalier observera le comportement général de chaque rat, son apparence et contrôlera la présence d’eau et de nourriture. Hebdomadairement, les animaux seront pesés et un contrôle de consommation sera réalisé. L’état général de l’animal sera noté sur le cahier de suivi et l’expérimentateur sera informé de toutes observations anormales. Si un animal présente 3 points limites notables ou 1 point sévère, il sera pris une décision adaptée afin de limiter la douleur à son maximum.

Choix des espèces

Les animaux utilisés sont des rats Wistar âgés de 4 semaines au début de la mise sous régime car ces animaux présentent un métabolisme très proche de celui de l'Homme tout particulièrement au niveau de notre métabolisme cible, le métabolisme protéique. C’est pourquoi le choix de cette espèce est préconisée par l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) pour évaluer l’efficacité nutritionnelle d’un régime. Ce modèle est bien connu du laboratoire et de récentes études menées au sein de l’équipe de recherche l’ont utilisé. L’étude vise à évaluer l’efficacité alimentaire et à caractériser l’effet d’un régime à base de protéines végétales issues d’un mélange de graines germées ou non puis ayant été soumis à une fermentation ou non, sur le métabolisme protéique musculaire chez le rat en croissance. Les animaux seront donc âgés de 4 semaines et seront de poids homogène (environ 300g) au début du protocole. Ils seront âgés de 9-10 semaine à la fin de l’étude en tenant compte des 10 jours d’acclimatation

640 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, chacune passant une semaine avec une roue d'activité, jusqu'à 45 minutes sur un tapis roulant menant à l'épuisement musculaire, et vingt à trente minutes sous anesthésie pour la mesure de la force de ses muscles. Les procédures, d'un niveau de souffrance modéré, comprennent aussi des tests de marche, de coordination et d'agrippement sur animal vigile, et l'enregistrement de l'activité électrique du nerf vers le muscle par piqûre d'aiguilles de stimulation, avec un risque de détresse respiratoire, d'hypothermie et de douleurs au réveil. Les muscles et les autres tissus sont prélevés après la mise à mort, sur des souris alors âgées de trois à neuf mois. Le porteur annonce de nouvelles cibles thérapeutiques "utilisables chez l'homme" contre la fonte musculaire, quand l'objet immédiat du projet est d'identifier des mécanismes chez la souris.

Objectifs

Le système neuromusculaire joue un rôle essentiel dans les fonctions motrices de l'organisme, incluant la respiration, la locomotion, la mastication et d'autres activités quotidiennes. Cependant, diverses situations telles que le vieillissement, les périodes d'hospitalisation prolongée, les pathologies chroniques (les maladies cardiovasculaires, le diabète, etc…), le cancer, ainsi que les maladies neuromusculaires génétiques comme par exemple la dystrophie musculaire de Duchenne, peuvent entraîner une perte de masse musculaire. Les cellules souches musculaires, nichées dans le tissu, jouent un rôle crucial dans le processus de régénération pour réparer les fibres musculaires endommagées, en réponse à l'exercice intense ou au cours de maladies neuromusculaires. La compréhension des mécanismes sous-jacents à la formation des muscles et de leurs cellules souches associées, ainsi que des processus d'appariement des nerfs (motoneurones) sur les fibres musculaires en croissance, est essentielle pour envisager des interventions thérapeutiques ciblées sur l'axe neuromusculaire. Il existe une diversité de types de fibres musculaires, chacune dotée de propriétés de contraction et d'endurance distinctes, et présentant une vulnérabilité variable dans différentes conditions pathologiques ou lors du vieillissement. La complexité de ces interactions rend difficile leur étude in vitro ou ex vivo. Cependant, l'utilisation de modèles murins génétiquement modifiés offre une opportunité précieuse pour approfondir notre compréhension des propriétés des différentes fibres musculaires et des motoneurones, ainsi que de l'interaction entre les différents types cellulaires dans l’équilibre du système neuromusculaire. L'objectif de cette étude est d'identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans le maintien de cet équilibre à la fois dans les éléments contractiles musculaires et dans les motoneurones, et pouvant potentiellement être perturbés dans diverses conditions pathologiques. Ce travail de recherche pourrait ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques visant à préserver la fonction neuromusculaire et à traiter des pathologies associées.

Bénéfices attendus

Le système neuromusculaire nous permet de nous mouvoir mais est aussi associé à des fonctions vitales comme la respiration et la déglutition. Les muscles squelettiques et les motoneurones associés s’atrophient au cours du vieillissement, lors d’hospitalisation prolongée, au cours du cancer, et dans de nombreuses myopathies d’origine génétique. La compréhension de la physiologie et de la physiopathologie neuromusculaire liée à de nouveaux acteurs, comme les protéines spécifiques étudiées dans ce projet, pourrait aboutir à la mise en évidence de nouvelles voies ou cibles thérapeutiques utilisables chez l’homme.

Procédures

Pour une première partie des animaux : L’évaluation des paramètres de la marche, de la respiration, de la coordination et de la force d’agrippement se réalisent sur animaux vigiles, elles seront faîtes 1 seule fois par animal et dure de 5 à 25 minutes. L’évaluation de la fonction musculaire des muscles fléchisseurs et l’enregistrement de l’activité électrique vers le muscle en passant par le système nerveux se réalisent sous anesthésie et analgésie adéquat, 1 fois par animal et elles durent de 10 à 20 minutes. Pour la seconde partie des animaux : Le test de l’activité volontaire s’effectue par les animaux de manière volontaire, la roue est maintenue pendant 1 semaine. Le test de tolérance à l’effort avec le tapis roulant est réalisé par les animaux eux-mêmes, 1 seule fois par animal et dure environ 45 minutes au maximum. Les mesure de force musculaire (sans réveil) s’effectuent sur animaux anesthésiés et sous analgésie adéquat, 1 fois par animal et durent 20 à 30 minutes.

Impact sur les animaux

Les principales nuisances attendues pour les tests fonctionnels sur animaux vigiles (cages à roue, tapis de course, test d'équilibre, test d'agrippement) sont le stress lié à la manipulation momentanée de l’animal par l’expérimentateur, au changement d’environnement et à l’isolement de courte durée des souris dans les appareillages de mesure. Une fatigue musculaire peut survenir pour le tapis de course. Pour certains tests, seul un léger stress dû aux changements d’environnement est à prévoir comme pour le test d’activité volontaire et l’évaluation des paramètres respiratoires. Les effets indésirables pouvant survenir pour les actes sous anesthésie sont la détresse respiratoire et l’hypothermie puis des douleurs post opératoires lors du réveil dues aux stimulations et à la contraction musculaire involontaire. . Les principales nuisances attendues pour les tests fonctionnels sur animaux vigiles (mesure de l’activité volontaire, test d’effort sur un tapis roulant, test d'équilibre, test d'agrippement) sont la peur liée à la manipulation momentanée de l’animal par l’expérimentateur, au changement d’environnement et à l’isolement des souris dans les appareillages de mesure qui peuvent générer un léger stress. Un épuisement musculaire peut survenir pour le tapis de course. L’évaluation de la marche et l'évaluation des paramètres respiratoires ne nécessitent aucune contention, les souris se déplacent librement dans les équipements. Seul un léger stress dû aux changements d’environnement est à prévoir. Les effets indésirables pouvant survenir pour l'évaluation non invasive de la fonction musculaire des muscles fléchisseurs et de l’activité électrique du système nerveux périphérique sont le réveil spontané, l’hypothermie, la détresse respiratoire, les douleurs post opératoires lors du réveil dues aux piqûres des aiguilles de stimulation et à la contraction involontaire, et du stress au réveil de l’anesthésie. Pour les mesures de force, les risques sont le réveil spontané, l’hypothermie et la détresse respiratoire.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés à la fin des procédures en suivant la réglementation en vigueur. Tous les tissus et échantillons musculaires seront prélevés pour des analyses histologiques et moléculaires réalisés ultérieurement en laboratoire de recherche.

Remplacement

Il existe une diversité de type de fibre musculaire, chacune dotée de propriétés de contraction et d'endurance distinctes, et présentant une vulnérabilité variable dans différentes conditions pathologiques ou lors du vieillissement. Malheureusement, la complexité de ces interactions rend difficile leur étude in vitro ou ex vivo. Cependant, l'utilisation de modèles murins génétiquement modifiés offre une opportunité précieuse pour approfondir notre compréhension des propriétés des différentes fibres musculaires et des motoneurones, ainsi que de l'interaction entre les différents types cellulaires dans le maintien de l'homéostasie neuromusculaire. Il est donc indispensable d’utiliser un modèle animal. Néanmoins, nous utilisons en parallèle des approches in vitro, notamment des cultures cellulaires de myoblastes et de myotubes contrôles et mutants pour étudier l’impact de la délétion des protéines d'intérêt dans la différenciation, le typage et le métabolisme des cellules musculaires, ainsi que pour l’étude les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents.

Réduction

640 animaux seront utilisés dans ce projet, la taille des effectifs a été établie grâce à un calcul de puissance et des tests statistiques seront utilisés pour une interprétation fiable des résultats. Pour limiter le nombre d’animaux, les animaux seront analysés de manière longitudinale (un même animal pour plusieurs tests et donc plusieurs résultats).

Raffinement

Lors du transport entre les deux animaleries, les animaux pourront subir du stress dû aux mouvements des cages de transport, dû au transfert dans les nouvelles cages ou encore dû au changement d’environnement et d’alimentation, une période d’acclimatation d’une semaine minimum sera réalisée. Les conditions d’hébergement et l’enrichissement du milieu sont gérées par les techniciens de l’animalerie. Elles consistent à un contrôle quotidien des cages, de la température et de l’hygrométrie. Ces pièces sont équipées de cycle jour/nuit permettant un cycle de réveil et de sommeil constant et sain pour l’animal. Le changement des cages se fait sous hotte aspirante et les cages possèdent des filtres. Les cages sont placées sur un portoir ventilé. Les animaux disposent de nourriture et d’eau ad libitum (abreuvement automatique). Pour que les animaux puissent faire leur nid, des lanières de papier kraft seront utilisées comme enrichissement ainsi que des bâtons à ronger ou des maisonnettes pour se cacher (ou équivalent) afin d’éviter le stress. Le nombre d’animaux par cage est réduit à 2 minimum et à 5 maximum. Si nécessaire, la nourriture pourra être placée sur le plancher de la cage. Afin de permettre une interprétation fiable des résultats avec le respect du bien-être animal, une surveillance quotidienne sera réalisée pour détecter tout signe d'inconfort. Des points limites suffisamment précoces et prédictifs ont été définis. En vue de réduire au maximum le stress des animaux, un exercice d’habituation sera réalisé 2 jours avant les tests. A l’exception de l’évaluation des paramètres respiratoires dont le stress doit être réduit au maximum, une session par jour pendant 5 jours sera nécessaire. Pour les actes le nécessitant les souris recevront l’anesthésie et l’analgésie adéquat afin d’éviter toute douleur et stress.

Choix des espèces

L’espèce souris Mus musculus a été choisie car elle représente un excellent modèle pour étudier la physiologie des mammifères dans une population homogène d’animaux (même fond génétique). De plus, la souris est un modèle de choix pour l'étude des dysfonctionnements musculaires car de nombreuses voies de régulation dans le système neuro-musculaire sont conservées entre souris et homme, permettant une extrapolation des résultats obtenus. De plus, l'utilisation de modèle de souris transgéniques permet une étude approfondie de de protéines d’intérêts dans la fonction neuromusculaire. Enfin, la disponibilité de données bibliographiques importantes sur la physiologie et la physiopathologie de la souris est un atout important dans l'analyse et l'interprétation de nos travaux de recherche sur ce modèle animal. Les expériences seront réalisées sur des souris adultes à partir âgées de 2 à 8 mois chez lesquelles le système neuromusculaire est complètement développé. A la fin de la procédure, les animaux seront euthanasiés et seront âgés de 3 à 9 mois environ.

180 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue pour analyse des tissus, chacune passant deux séances d'imagerie par semaine pendant six semaines, soit jusqu'à douze anesthésies, avec pose d'un cathéter dans la veine de la queue. Deux injections de collagène à trois semaines d'intervalle déclenchent chez elles une polyarthrite, puis viennent deux injections de traitement par semaine pendant trois semaines et une contention quotidienne de cinq à dix minutes. Le porteur indique que le gonflement des articulations peut gêner le déplacement et la préhension jusqu'à faire perdre du poids, et que l'irritation au point d'injection peut conduire l'animal à se gratter jusqu'à la plaie. Il attend de ces expériences l'identification d'une cible thérapeutique et le repositionnement d'un anticancéreux déjà commercialisé, bénéfices renvoyés à des étapes ultérieures quand les gonflements et les plaies, eux, sont prévus au protocole.

Objectifs

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est une maladie inflammatoire chronique, caractérisée par une atteinte articulaire, souvent bilatérale et symétrique, évoluant par poussées vers la déformation et la destruction des articulations atteintes. Il s’agit du plus fréquent rhumatisme inflammatoire chronique, touchant entre 0,5 et 1% de la population mondiale, et touchant 4 fois plus les femmes que les hommes. Les premiers symptômes se traduisent par des douleurs articulaires, des rougeurs et des gonflements des articulations, en particulier des mains et des pieds. A l’heure actuelle, il n’existe pas de traitement de la PR, seulement des moyens de soulager la douleur ou réduire l’intensité des symptômes. Il est donc nécessaire de développer des médicaments à la fois efficaces contre la progression de la maladie mais aussi ses symptômes, ainsi que de développer des moyens diagnostics précoces. Différentes études suggèrent que la modulation d’EZH2, une histone méthyltransférase, pourrait être une cible thérapeutique intéressante pour le traitement de la PR. En effet, des études in vitro et in vivo ont démontré que l’inhibition d’EZH2 permet de réduire l’inflammation dans de nombreux contextes physiopathologiques. Plus particulièrement, le laboratoire a démontré que dans des modèles murins d’arthrose, une autre pathologie articulaire inflammatoire, l’inhibition d’EZH2 par un médicament, l’EPZ-6438, permet de réduire la progression de la maladie (destruction de l’articulation), et la douleur associée. Dans la mesure où, comme dans l’arthrose, l’expression d’EZH2 est augmentée dans l’articulation des patients arthritiques, il a été proposé que l’inhibition d’EZH2 pourrait réduire la progression de la PR. Dans ce contexte, le but de cette étude est d’évaluer l’effet de l’inhibition d’EZH2 dans un modèle expérimental de PR afin de mieux comprendre les mécanismes de la maladie et d’envisager de nouvelles pistes de traitements. L'étude du rôle d'EZH2 sera effectuée in vivo grâce à l'imagerie à particules magnétiques (MPI). L'objectif est de tester un nouvel agent de contraste qui a montré une sensibilité de détection en MPI supérieure à celle en imagerie par résonnance magnétique (IRM).

Bénéfices attendus

Plusieurs laboratoires dont le nôtre ont démontré que l’inhibition d’EZH2 par l’EPZ-6438 ralentit la progression de l’arthrose en réduisant la dégradation du cartilage et l’inflammation articulaire, et améliore les fonctions motrices des souris ainsi que la douleur, ce qui suggère qu’EZH2 serait une cible thérapeutique intéressante dans le traitement de cette pathologie articulaire. Pour cette étude, nous nous attendons à des effets comparables voire plus prononcés dans la mesure où l’arthrite est une maladie articulaire à forte composante inflammatoire. Les bénéfices attendus sont donc l’identification d’une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de la PR, capable d’induire une réduction des signes cliniques (réduction du gonflement et de l’inflammation sur les pattes des animaux). L’EPZ-6438 étant un traitement déjà utilisé en médecine humaine pour le traitement de certains cancers, une stratégie de repositionnement du médicament dans cette nouvelle indication pourrait être envisagée. Par ailleurs, la mise au point du protocole d’imagerie de l’inflammation par imagerie à particules magnétiques (MPI) devrait permettre d'imager de manière ultrasensible, spécifique et précoce l'inflammation articulaire. Cette nouvelle méthode de diagnostic pourrait être extrêmement utile pour le suivi des troubles articulaires inflammatoires.

Procédures

Les animaux recevront deux injections à 21 jours d’intervalle pour induire l'arthrite ainsi que deux injections par semaine pendant 3 semaines pour le traitement. Une contention régulière afin d’observer les animaux et les signes cliniques de la maladie seront nécessaires quotidiennement (5-10 min par jour et par animal). Des examens d'imagerie auront lieu deux fois par semaine pendant 6 semaines (moins d'une heure par jour, sous anesthésie). Pour l’imagerie, la pose d’un cathéter dans la veine de la queue est nécessaire (intervention sous anesthésie, 15min environ).

Impact sur les animaux

L’induction de l’arthrite se traduit généralement par le gonflement des articulations des pattes ainsi que par l’apparition de rougeurs. Ces gonflements, s’ils atteignent un stade élevé, peuvent induire des difficultés à se déplacer et à la préhension et donc des difficultés à se nourrir et à une réduction de la mobilité. Une perte de poids significative peut donc être attendue. L'injection de collagène à la base de la queue peut générer une irritation conduisant la souris à se gratter au point d'injection et à former des plaies. Aucun effet secondaire ou mortalité n’ont été mis en évidence sur les souris après administration répétées du médicament, l'EPZ-6438, par gavage ou par injection dans la littérature. Les examens d’imagerie se dérouleront sous anesthésie générale des animaux mais la pose du cathéter veineux dans la queue pour l'administration de l'agent de contraste peut provoquer un hématome.

Devenir

Les animaux sont mis à mort à l’issue de la procédure afin de procéder à des analyses des tissus.

Remplacement

Au sein de notre projet scientifique, nous étudierons l’impact d’un traitement contre la polyarthrite rhumatoïde, une maladie inflammatoire chronique qui touchent plusieurs articulations. La physiopathologie est complexe avec l’implication de nombreuses cellules immunitaires (lymphocytes, macrophages, etc) et articulaires (chondrocytes, synoviocytes), ne permettant pas de récapituler l’ensemble des processus in vitro. Ainsi, l’impact du traitement par un inhibiteur d'EZH2, l’EPZ-6438 sur l’évolution de la maladie (notamment gonflement des pattes et rougeurs) ne peut pas être évalué sur un modèle ex vivo ou in vitro. Des tests in vitro ont été réalisés sur l'agent de contraste utilisé en imagerie à particules magnétiques et ont permis de montrer que les propriétés magnétiques des microparticules conféraient un signal spécifique en imagerie à particules magnétiques (MPI). Toutefois, les expériences in vivo ne peuvent pas être totalement remplacées par des études in vitro et il est nécessaire d'estimer l'affinité de l'agent de contraste pour les molécules d'adhésion présentes au niveau des vaisseaux sanguins exprimées en conditions inflammatoires. D'après des études pilotes, on sait que l'agent de contraste cible efficacement l'inflammation dans d'autres pathologies et l'on souhaite savoir si ce ciblage sera détectable en imagerie MPI pour révéler l'inflammation articulaire dans la polyarthrite rhumatoide. Ainsi, les procédures expérimentales décrites dans ce projet ont un caractère de stricte nécessité et ne peuvent pas être remplacées par d'autres méthodes expérimentales n'impliquant pas l'utilisation d'animaux vivants et susceptibles d'apporter le même niveau d'information.

Réduction

Dans des études précédentes, il a été montré que 10 animaux par groupe étaient suffisants pour obtenir une différence significative du signal en imagerie par résonance magnétique. Cependant, les données cliniques de l’arthrite indiquent que le sexe a une influence significative sur le développement de la pathologie et notamment la mise en place de la réponse du système immunitaire, nous souhaitons donc étudier l'effet du sexe. Nous prévoyons donc des groupes composés de males et de femelles. Deux modèles d'arthrite seront étudiés : un modèle de poussée et un modèle précoce de la maladie. L'incidence de l'arthrite dans le modèle de poussée est compris entre 80 et 100% tandis que l'incidence de l'arthrite dans le modèle précoce est compris entre 30 et 60%. Ainsi, un total de 60 animaux pour le modèle de poussée est nécessaire, mais 120 animaux seront nécessaires pour le modèle précoce de la maladie. Un total de 180 animaux sont donc nécessaire pour cette étude.

Raffinement

Les animaux seront contrôlés quotidiennement pour évaluer et réduire au maximum tout risque de douleur. Des points limites ont été definis pour chaque procédure. Les gestes susceptibles d’entraîner une douleur ou un stress seront réalisés sous anesthésie et l'administration d'un analgésique est prévu pour limiter la douleur. Les conditions de vie seront améliorées au maximum (5 souris maximum par cage, ajout de matériel de nidication et igloo en carton).

Choix des espèces

Deux souches de souris seront utilisées dans ce projet. L'injection de collagène de type II chez la souris DBA/1J entraine le développement d’arthrites sévères par réaction auto-immune, ce qui représente un bon modèle des phases de poussée de la maladie. La deuxième souche de souris mime les phases précoces de la maladie chez l’homme, avec l’apparition d’une arthrite moins sévère. Les souris utilisées sont âgées de 7 semaines, elles sont alors adultes et ont fini leur croissance.

Huit à dix heures d'anesthésie gazeuse pour une seule séance d'imagerie, après la pose chirurgicale d'une fenêtre d'observation sur le muscle : 432 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque animal reçoit quatre injections sous la peau, cinq gavages sur cinq jours, une injection intrapéritonéale et une injection de toxine dans le muscle pour le blesser. Le projet filme la réparation du muscle chez des souris normales et chez des souris porteuses de la mutation qui sert de modèle à la myopathie de Duchenne. Le porteur écrit que le réveil après cette longue anesthésie serait en théorie possible, qu'il n'a pas d'expérience sur ce point, et que toutes les souris seront donc tuées à la fin de la procédure.

Objectifs

L’ensemble du projet vise à apporter de nouvelles connaissances fondamentales visant à la compréhension des mécanismes cellulaires de la régénération musculaire normale et pathologique, afin à terme de développer de meilleurs traitements pour les patients atteints de dystrophies. Les muscles squelettiques représentent 40% de la masse corporelle et assurent des fonctions essentielles (locomotion, respiration, métabolisme, etc.). Ils ont une capacité remarquable à se régénérer après blessure, notamment via l’intervention de cellules souches spécialisées. Cependant, ces capacités de maintien et de régénération sont amoindries en cas de pathologies telles que les dystrophies musculaires, affectant grandement la qualité de vie des patients voire leur espérance de vie. Il est donc essentiel de comprendre les mécanismes qui contrôlent la prolifération, différentiation et auto-renouvèlement des cellules souches musculaires en conditions normales, ainsi que leur dérégulation en conditions pathologiques. La régénération musculaire est un processus dynamique complexe faisant intervenir de nombreux types cellulaires différents (cellule souches, cellules immunitaires, cellules interstitielles, fibres musculaires, etc.). Cependant, nos connaissances actuelles proviennent de modèles in vitro ou d’analyses statiques in vivo, qui ne reflètent que partiellement la dynamique in vivo. Notre projet vise donc à caractériser la dynamique des cellules souches musculaires et leurs interactions avec leur microenvironnement par imagerie dynamique in vivo directement chez l’animal vivant, en conditions normales et dystrophiques (modèle de myopathie de Duchenne). Pour cette étude, il est essentiel de recourir à des modèles murins génétiquement modifiés qui nous permettent de marquer et suivre spécifiquement les cellules souches et autres cellules musculaires pour comprendre leurs dynamiques et leurs interactions. Nos analyses seront réalisées in vivo car aucun système in vitro ne permet à ce jour de reproduire fidèlement les conditions dynamiques et complexes d’un tissu en cours de régénération.

Bénéfices attendus

Les capacités de maintien et de régénération des muscles squelettiques sont amoindries en cas de pathologies telles que les dystrophies musculaires, affectant grandement la qualité de vie des patients voire leur espérance de vie. Il est donc essentiel de comprendre les mécanismes qui contrôlent la prolifération, différentiation et auto-renouvèlement des cellules souches musculaires en conditions normales, ainsi que leur dérégulation en conditions pathologiques. En visant à caractériser la dynamique des cellules souches musculaires et leurs interactions avec leur microenvironnement par imagerie directement in vivo en conditions normales et dystrophiques (modèle de myopathie de Duchenne), notre projet apportera des informations nouvelles sur les mécanismes cellulaires de la régénération musculaire et de ce fait, des informations essentielles pour les thérapies à développer en cas de myopathies.

Procédures

Le projet comporte une seule procédure, qui regroupe en tout quatre injections sous-cutanées (quelques secondes), un acte chirurgical (sous anesthésie, une heure), cinq injections intragastriques (gavage, quelques secondes, une fois par jour sur 5 jours), une injection intrapéritonéale (quelques secondes), une injection intramusculaire (quelques secondes, sous anesthésie gazeuse 30 minutes), et une session d’imagerie sur animal anesthésié (anesthésie gazeuse, 8 - 10 heures) avant mise à mort.

Impact sur les animaux

Nous veillerons dans nos expériences à impacter le moins possible le bien-être des souris. À la suite de la chirurgie permettant l’installation de la fenêtre d’observation, des douleurs post-opératoires et une perte de poids peuvent apparaitre dans la semaine suivante. La blessure musculaire par injection de toxine peut induire une boiterie pendant une heure. L’imagerie en elle-même est indolore mais nécessite une anesthésie générale pour permettre la contention de l’animal.

Devenir

La procédure s’achève par une session d’imagerie longue (8 – 10 heures) sous anesthésie gazeuse profonde. Bien que le réveil des animaux soit en théorie possible, nous n’avons pas d’expérience sur ce point et ne pouvons pas anticiper leur état après réveil. Nous ne pouvons ainsi pas garantir le bien-être des animaux qui seraient ainsi réveillés. Tous les animaux seront donc mis à mort à la fin de la procédure.

Remplacement

Les cellules souches musculaires peuvent être cultivées in vitro, seules ou avec d’autres cellules musculaires. Cependant, il n’existe actuellement pas de système in vitro suffisamment élaboré pour rendre compte de la dynamique cellulaire existant in vivo lors de la régénération musculaire. Par ailleurs, les cellules souches musculaires perdent rapidement leurs capacités souches in vitro, soulignant l’importance du microenvironnement tissulaire. Ce projet vise à déterminer cette dynamique et complexité cellulaire in vivo en contextes normal et pathologique. Le recours à l’animal est donc ici essentiel et ne peut être remplacé.

Réduction

Les effectifs des groupes expérimentaux ont été ajustés : - en tenant compte de notre expérience, - en fonction de la nature de l'expérience et des paramètres mesurés, - de la variabilité de ces paramètres, - de façon à produire des résultats interprétables, permettant d'atteindre une signification statistique (tests : comparaison de deux moyennes sur données appariées). Par ailleurs, des schémas de reproduction des souris transgéniques sont réalisés afin d’obtenir efficacement les cohortes de souris appropriées.

Raffinement

Les animaux sont manipulés le moins possible et un suivi régulier des animaux inclus dans le projet selon leur état général de santé est prévu. Pour l’installation de la fenêtre d’imagerie, les animaux seront opérés dans une pièce dédiée, calme, bien éclairée, avec peu de passage. Un cocktail analgésique et antibiotique sera injecté en pré-opératoire et post-opératoire. De la nourriture gélifiée est ajoutée dans la cage pour faciliter l’accès de l’animal à la nourriture après la chirurgie. Les cages sont chauffées en post-opératoire (2 heures après réveil) pour limiter l’hypothermie éventuelle des animaux. Les animaux sont placés sur une litière douce (cellulose) pendant une semaine après la chirurgie pour limiter l’irritation de la zone opérée. L’effet local de l’injection intramusculaire de toxines peut être une paralysie transitoire du muscle injecté. Au réveil de l’anesthésie, l’animal présente une boiterie transitoire (

Choix des espèces

L’utilisation de la souris repose sur plusieurs critères : • Les souris sont des petits Mammifères. Ils partagent donc de nombreuses similarités avec l’homme. • Elles constituent un modèle très maîtrisé par l’ensemble des équipes de recherche. • Leur temps de génération est court et les effectifs des portées élevés, ce qui permet d’avoir rapidement accès à un grand nombre d’animaux. • De nombreuses lignées existent (souris génétiquement modifiées) pour étudier les acteurs de la régénération musculaire. • Modèles de pathologies humaines : l’accès à des souris « modèles de pathologies humaines » que nous étudions est un avantage considérable pour développer des thérapies (ex : souris mutante « mdx » comme modèle de la myopathie de Duchenne). Nous utiliserons des adultes de plus de 8 semaines. La myopathie de Duchenne se manifeste par une dégénération/régénération chronique du muscle, bien établie et donc facilement observable chez des souris modèle « mdx » (modèles de la pathologie) adultes de plus de 8 semaines.

2 640 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une aiguille est enfoncée dans un disque intervertébral du dos ou de la queue pour y créer une lésion, opération de dix à quinze minutes, suivie trois semaines plus tard chez certains d'une seconde injection dans le disque abîmé, pour tester des molécules ciblant les cellules sénescentes. Le porteur décrit une douleur discale pouvant conduire l'animal à la prostration, à l'isolement et à l'arrêt du toilettage social, et une douleur nerveuse liée au passage de l'aiguille le long des racines spinales. Il conclut qu'il est "inévitable" de travailler sur des animaux et que le recours aux rongeurs est "nécessaire", les explants de disque de queue de bœuf restant réservés à l'étude de la diffusion des molécules.

Objectifs

La lombalgie chronique constitue la principale cause d’années de vie vécues en situation de handicap et affecte plus de 600 millions de patients dans le monde. Si elle peut avoir plusieurs causes, la Dégénérescence du Disque Intervertébral (DDIV) en représente le contributeur majeur. La physiopathologie de la DDIV associe la mort cellulaire, l'inflammation et la dégradation de la matrice extracellulaire, mais n'est pas encore totalement comprise. Bien qu'il existe des traitements symptomatiques pour limiter la douleur, il n'y a actuellement aucune stratégie thérapeutique permettant de freiner les mécanismes dégénératifs et d'atténuer l'inflammation à l'origine de la maladie. Parmi les acteurs centraux de l'apparition et de la progression de la DDIV, un mécanisme de survie aberrante des cellules discales, appelé « sénescence », semble directement impliqué et pourrait représenter une cible thérapeutique pertinente. L’objectif premier de cette étude est de mieux comprendre la physiopathologie de la DDIV en examinant la présence et l’activité des cellules sénescentes dans et autour du disque intervertébral, au cours du développement de la DDIV post-traumatique chez le rat, que ce soit dans le dos ou sur la queue. Le second objectif est d’évaluer la pertinence thérapeutique d’un ciblage spécifique de ces cellules sénescentes (élimination ou modulation). Ces deux modèles de dégénérescence discale post-traumatique sont induits chirurgicalement de manière mini-invasive afin de choisir le modèle avec les lésions les plus reproductibles et la dégénérescence la plus proche de la physiopathologie humaine, tout en limitant le risque de dommages liés à la procédure. Par la suite, des thérapies innovantes visant les cellules sénescentes, appelées 'sénothérapies' seront évaluées contre la DDIV du rat. Ces thérapies seront soit administrées à l’ensemble du corps, soit localement, dans le disque malade, à l’aide de gels injectables. L'évaluation se fera sur le modèle jugé le plus approprié, soit dans le bas du dos, soit dans la région de la queue.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra de comparer les deux modèles dégénérescence discale post-traumatiques mini-invasifs décrits chez le rat et d’évaluer l’expression de cibles thérapeutiques au cours du développement de la pathologie. La prise en charge des patients atteints de dégénérescence discale reste insuffisante, ne traitant que les symptômes, ce projet permettra également de réaliser une preuve de concept avant les essais cliniques, pour évaluer l'efficacité de thérapies innovantes contre la DDIV post-traumatique chez le rat. Ces thérapies seront distribuées sous formes libres à l'échelle du corps entier ou bien transportées dans des gels injectables afin d’être administrées localement dans le disque malade. Ce traitement adapté pour la clinique pourra à terme être proposé pour des essais cliniques vétérinaires chez le chien malade, puis des essais en clinique humaine.

Procédures

Une partie des animaux sera soumise à une chirurgie d’environ 10-15 minutes consistant à introduire une aiguille dans l’espace intervertébral afin de créer une lésion dans des disques intervertébraux au niveau dorsal ou dans la queue de l’animal. Certains animaux entrant dans un protocole de test de molécules thérapeutiques seront 3 semaines plus tard soumis à une deuxième intervention: soit à une seconde chirurgie mini-invasive unique d’environ 10-15 minutes permettant l'injection intra-discale de molécules thérapeutiques à effet prolongé ; soit à une injection systémique unique intra-péritonéale de quelques secondes de molécules thérapeutiques.

Impact sur les animaux

Des nuisances modérées pour les animaux sont à attendre des procédures mises en place dans ce projet. Lors du développement de la dégénérescence, de la douleur discale peut être ressentie par l’animal. Celui-ci peut alors entrer dans un état de prostration, diminuer son activité, s’isoler des autres animaux dans la cage et cesser les interactions, par exemple le toilettage social. L'intervention mini-invasive et percutanée minimise les risques d'infection au niveau des points de piqûre les rendant très peu probables. De plus, une douleur secondaire d’origine nerveuse (neuropathie), due au passage de l’aiguille le long des racines des nerfs spinaux pourrait être observée, n'allant pas au delà de 5 jours suivant la procédure dans le bas du dos de l'animal.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés afin de collecter les tissus et procéder à des analyses radiologiques, histologiques, cellulaires et moléculaires.

Remplacement

Cette étude prend en considération la règle des 3R. Les expérimentations in vitro ne permettent pas à l’heure actuelle de mimer les interactions complexes intervenant entre les différents acteurs tissulaires du disque intervertébral (noyaux pulpeux, anneau fibreux, plaques cartilagineuse, os vertébral…) et du système vasculaire. Il est ainsi inévitable de travailler sur des systèmes biologiques complexes représentés par les animaux afin de mieux étudier les mécanismes mis en jeu lors du développement de la maladie discale. Le recours aux rongeurs est ici nécessaire afin de valider le potentiel thérapeutique de nouvelles biothérapies. Il n’existe pas, pour le moment, de solution de remplacement in vitro complet, ni de modèles invertébrés.

Réduction

Dans le but de réduire au maximum le nombre d’animaux utilisés, les potentielles biothérapies seront testées et sélectionnées pour leur efficacité en amont, in vitro, sur les différents types cellulaires du disque intervertébral. Un modèle ex vivo d’explants de disque entier de queue de bœuf sera également utilisé pour étudier la biodistribution des biothérapies dans le tissu spécifique du disque intervertébral. In fine, uniquement les biothérapies les plus prometteuses seront utilisées dans cette étude in vivo. Le nombre d’animaux par groupe est réduit au strict minimum. Ce nombre, fixé ici à 10 animaux par groupe expérimental, est calculé par un test reconnu de puissance statistique, afin de s’assurer de pouvoir conclure sur une différence significative entre les groupes expérimentaux si celle-ci à un sens biologique dans le contexte spécifique de la maladie discale.

Raffinement

Les rats seront hébergés à raison de 3 rats par cage avec de l’enrichissement physique (tubes en carton) pour stimuler leurs comportements naturels. Les animaux seront maintenus dans un cycle jour/nuit de 12h/12h avec un accès à l’eau et à la nourriture à volonté. De façon générale, un suivi hebdomadaire des rats permettra d’évaluer leur état de santé. Dans les cas particuliers du suivi postopératoire et du suivi post-injection, les animaux seront surveillés quotidiennement pendant les 5 premiers jours pour s’assurer de la bonne cicatrisation et de l'absence de douleur, puis une fois par semaine. Lors des interventions chirurgicales, les animaux seront sous couverture anesthésique et analgésique adaptées, en pré- et post-opératoire. La chirurgie, même si celle-ci ne dure pas plus de 15 minutes, et la phase de réveil seront effectuées sur tapis chauffant afin d’éviter toute hypothermie éventuelle.

Choix des espèces

Le rat est 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. Dans le cas de la dégénérescence discale, plusieurs modèles animaux post-traumatiques ont été développés, le rat restant la plus décrite dans la littérature internationale pour l’étude de cette maladie, devant la souris, le lapin et la brebis. Le rat présentant le double avantage de présenter une taille de disques intervertébraux compatible avec une injection intra-discale et une voie d’abord accessible à l’échelle expérimentale, sans le recours à de gros animaux. Notre protocole débutera chez des rats arrivés à maturité squelettique et âgés de 12 semaines minimum. Cet âge correspond à l’âge à partir duquel une induction de la dégénérescence discale est possible et documentée dans des études précédentes.