Système musculosquelettique

250 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant des niveaux de souffrance allant du léger au sévère. Des femelles rendues obèses subissent une chirurgie bariatrique classée sévère, puis elles et leur descendance passent prises de sang, scanners osseux, échographies et tests de glycémie avant d'être tuées pour prélèvement de multiples organes. L'étude évalue les effets de cette chirurgie avant la grossesse sur les mères et leurs petits. Le porteur affirme que les répercussions d'une chirurgie ne peuvent être évaluées ni sur cellules en culture ni en biobanque, "sans alternative" au recours aux animaux non-humains.

Objectifs

Ce projet continue une recherche déjà en cours afin de la poursuivre et de l'achever, au vu des retards pris durant la crise sanitaire du Covid 19. Son objectif global est d'établir, dans un modèle d'obésité induite par la nourriture grasse et sucrée chez le rat, les effets à court et long terme de la chirurgie bariatrique (ou "chirurgie de l'obésité") des mères avant leur grossesse sur leur propre santé, mais aussi sur celle de leur descendance. Nous allons ainsi: 1. Evaluer les effets de la chirurgie bariatrique réalisée avant la grossesse sur le statut nutritionnel et métabolique (diabète et cholestérol), sur les risques cardiaques et vasculaires (hypertension, risques d'infarctus du myocarde), sur le devenir hépatique (maladie du foie gras), sur la fragilité osseuse (ostéoporose) et sur les capacités de lactation des mères. 2. Evaluer sur les mêmes paramètres les effets de la chirurgie bariatrique réalisée avant la grossesse chez les descendants des mères opérées placés sous alimentation normale. 3. Evaluer sur les mêmes paramètres les effets de la chirurgie bariatrique réalisée avant la grossesse chez les descendants des mères opérées placés sous alimentation grasse et sucrée au sevrage, afin de rechercher des effets protecteurs ou délétères de la chirurgie bariatrique maternelle sur le développement précoce d'altérations métaboliques, cardio-vasculaires ou hépatiques. 4. Identifier des biomarqueurs de risque de l'obésité chez les descendants, et évaluer leurs modifications potentielles induite par la chirurgie bariatrique maternelle.

Bénéfices attendus

Amélioration des connaissances sur les répercussions de la chirurgie bariatrique faite avant la grossesse sur la santé globale des mères opérées, avant, pendant et après la gestation et l'allaitement. Analyse des risques potentiels induits à court et long terme chez leurs descendants, dans un environnement nutritionnellement normal ou hypercaloriqueet en prenant en compte l'existence de possibles différences en fonction du sexe, d'une susceptibilité au développement d'une obésité, d'anomalies du métabolisme du sucre et des lipides, de stéatose hépatique, d'anomalies cardiaques et vasculaires précoces, et de fragilisation osseuse. Recherche de facteurs pouvant expliquer le ou les profils à risque identifiés et de biomarqeurs de risques, pouvant être utilisés secondairement en clinique pour des stratégies de prévention primaire dans le cadre d'une médecine personnalisée. Ces résultats pourront être validés en clinique par des tests faits sur les biocollections locales, sans contrainte supplémentaires sur des animaux ou des patients.

Procédures

Les mères seront soumises à une procédure chirurgicale (une heure maximum d'intervention), dont seules les procédures de chirurgie bariatrique sont classées en procédures sévères, et à deux prises de sang, effectuées sous anesthésie générale, avec un intervalle de plus de 3 mois. Elles auront également, sur la durée totale de suivi de 8 mois, deux passages de moins de 24 heures en cage isolée pour quantifier les calories ingérées, 4 scanners osseux d'une durée de 30 minutes (test indolore, réalisé sous anesthésie générale courte), 3 échographies cardiaques de 10 minutes, 3 séries de tests de glycémies, et deux séries de prises de tension artérielle. Les descendants auront, dans les 15 jours précédant leur euthanasie, une mesure de tension artérielle, une échographie cardiaque, un scanner osseux, une mise en cage isolée de moins de 24h, une prise de sang (sous anesthésie générale), et un test de glycémies.

Impact sur les animaux

Stress induit par la mise en cage d'isolement des animaux d'une durée inférieures à 24 heures, réalisé une fois par animal, et minimisé par intégration dans la cage de petit tunnel comme objet de distraction. Douleur post-opératoire après chirurgie bariatrique durant environ 48-72 heures, avec risque de nausées, prévenus par l'administration systématique de médicaments anti-douleurs et anti-émétiques et surveillance rapprochés pluri-quotidienne des animaux dans les trois jours postopératoires. Les mesures de glycémie à la queue de l'animal occasionnent une douleur très brève initiale lors de la première ponction, non accessible à une antalgie orale ou intra-veineuse, et minimisée par le maintien de l'animal dans sa cage avec ses congénères qui permet de diminuer son stress lors de l'examen.

Devenir

Les femelles obèses opérées et leurs descendants inclus dans les groupes de suivi longitudinal seront euthanasiés pour prélèvement multi-organes afin de réaliser dessus des analyses fonctionnelles et histologiques sur les différents tissus. Ces dernières permettront de déterminer s'il existe des anomalies du tissu osseux (résistance), du coeur (facteurs favorisant les infarctus), des artères (plaques d'athérosclérose, anomalies du fonctionnement favorisant l'hypertension artérielle), de la graisse (quantification, analyse de la morphologie des cellules de graisse) et du foie (accumulation de tissus gras, fibrose, voire cellules cancéreuses).

Remplacement

Contrairement à l'effet d'une molécule, les répercussions d'une intervention chirurgicale ne peuvent pas être évaluées sur un modèle de cellules en culture ou des analyses de tissus en biobanque, et continuent donc à nécessiter l'utilisation d'animaux, sans alternative ou solution de remplacement possible.

Réduction

Le nombre d'animaux nécessaires par groupe a été calculé par analyse statistique en amont au plus juste, portant à 12 (6 mâles et 6 femelles) le nombre d'animaux par groupe d'âge d'analyse.

Raffinement

La gestion du bien-être animal sera assurée par un habitat optimisé, et groupes de 3 à 5 individus, avec des objets de stimulation dans la cage, une surveillance clinique quotidienne, et l'utilisation de médicaments antidouleurs adaptés à tout geste potentiellement douloureux. Tous ces gestes seront limités au maximum et effectués sous anesthésie générale . Les situations non douloureuses mais stressantes seront également limitées en nombre et dans leur durée.

Choix des espèces

Contrairement à l'effet d'une molécule, les répercussions d'une intervention chirurgicale ne peuvent pas être évaluées sur un modèle de cellules en cultures, et continuent donc à nécessiter l'utilisation d'animaux, sans alternative ou solution de remplacement possible. Il a été démontré que les modèles de rongeurs pouvaient reproduire fidèlement le profil de patients avec une obésité induite et les effets de la chirurgie bariatrique. Leur rapidité d'évolution et de reproduction, en comparaison avec l'observation de cohortes humaines, devrait en outre nous permettre d'obtenir des résultats rapidement, et de mener dans les cinq ans à une bonne identification des profils des descendants à risque métabolique particulier. Les femelles rat Sprague-Dawley seront incluse dans le protocle de régime obésogène, en vue d'une chirurgie bariatrique ou sham à 7 semaines de vie, afin d'avoir un âge compatible avec un bon taux de fertilité au terme du protocole (obésité induite + chirurgie bariatrique, 10 semaines +/- 1 au total). Leurs descendants seront inclus dans le protocole de suivi longitudinal au moment du sevrage. Les mâles reproducteurs auront aux alentours de 12 semaines de vie.

1 722 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant des niveaux de souffrance allant du léger au sévère, la grande majorité en sévère. Génétiquement modifiées pour développer une paralysie progressive proche de la sclérose latérale amyotrophique, elles reçoivent des injections, une pose de minipompe par chirurgie et des tests moteurs répétés, pour tester une molécule dérivée du virus de la rage. Le porteur indique que la paralysie apparaît vers cent jours et que les souris sont mises à mort à un score neurologique de 4 ou une perte de poids de 25 %. Il affirme que le modèle murin est "le plus utilisé" pour développer de nouvelles thérapies de cette maladie.

Objectifs

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est provoquée par une dégénérescence progressive des neurones moteurs du cerveau et de la moelle épinière qui contrôlent la contraction et le relâchement des cellules musculaires. Cette mort neuronale entraîne une atrophie des muscles qui ne sont plus stimulés et une paralysie. Une réaction inflammatoire impliquant plusieurs populations de cellules immunitaires amplifie ce processus de mort neuronale et aggrave la pathologie. Il a été démontré que cette neuroinflammation est en partie causée par une déficience des cellules régulant l’inflammation, les lymphocytes T régulateurs (Treg).Ces cellules inhibent normalement l’activité des autres cellules immunitaires. Les souris transgéniques SOD1G93A expriment plusieurs copies du gène humain SOD1 comportant la mutation G93A qui est responsable de cas familiaux de SLA chez l’homme. Ce modèle murin développe une pathologie très proche de la SLA sur le plan clinique et pathologique. Sur le plan histopathologique, une diminution progressive du nombre de neurones moteurs dans la moelle épinière est observée ainsi que des processus neuroinflammatoires. Cette lignée de souris est la référence dans le domaine de la SLA et est largement utilisée pour tester de nouvelles molécules thérapeutiques. Nous souhaitons tester dans ce modèle expérimental de SLA, les propriétés neuroprotectrices et anti-inflammatoires de la biomolécule «NV», développée et brevetée par notre laboratoire. NV est un bio-peptide dérivé du virus de la rage. Notre laboratoire a montré sur des cultures de neurones que NV favorise la survie des cellules, l’élongation des prolongements cellulaires qui permettent les connections entre neurones, et la repousse de ces connections après lésion. L’effet neuroprotecteur de NV a également été démontré in vivo dans un modèle murin de dégénérescence des neurones de la rétine. Par ailleurs, nous avons observé que NV possède des propriétés anti-inflammatoires par un mécanisme impliquant l’augmentation de l’expression d’une molécule immunosuppressive, PDL1 (Programmed Death PD-1 ligand). De plus, il a été montré que PDL1 était également un activateur de l’activité des cellules Treg. Ces résultats suggèrent que NV pourrait être utilisé dans la SLA à la fois pour protéger les neurones moteurs de la mort cellulaire (effet neuroprotecteur) et inhiber le processus neuroinflammatoire délétère (effet anti-inflammatoire).

Bénéfices attendus

La SLA est une maladie neurodégénérative qui détruit graduellement les motoneurones induisant une paralysie musculaire progressive et qui devient rapidement létale lorsque les muscles respiratoires sont touchés. Les traitements actuellement disponibles se limitent à deux molécules qui ne prolongent que de quelques mois la vie des patients. Dans ce contexte, de nouvelles molécules sont activement recherchées et plusieurs essais cliniques suivant de nouvelles approches thérapeutiques sont actuellement en cours. NV, une nouvelle molécule qui pourrait à la fois stimuler la survie des motoneurones, ralentir leur atrophie et en même temps inhiber la neuro-inflammation retarderait le début de la paralysie létale et prolongerait la vie des patients. En traitant les symptômes communs à toutes les formes de SLA et non la cause, NV pourrait être appliquée à tous les patients atteints de SLA.

Procédures

Tout d’abord, les nuisances prévues sont liées au phénotype dommageable. A cela s’ajoute les nuisances prévues lors des procédures testant l’administration de la molécule NV directement ou vectorisées par un vecteur viral par différentes voies d’injections en liens avec les protocoles d’anesthésie et d’analgésie. Chaque animal ne sera inclus que dans une seule des procédures du projet de recherche. Par conséquent, chaque animal ne subira qu’une injection unique, quelle que soit la voie d’administration nécessitant une chirurgie ou non. Les souris seront soumises à 6 types d’interventions : anesthésie gazeuse à l’isoflurane, injection de la biomolécule ou du vecteur virale, prélèvements sanguins, intervention chirurgicale pour la pose d’une minipompe osmotique, test neurologique et test moteur. Toutes les souris subiront une anesthésie gazeuse à l’isoflurane, ponctuelle, de 3 minutes environ. Cette anesthésie gazeuse précédera soit une injection unique de la biomolécule NV ou du vecteur viral par voie intraveineuse (moins d’une minute), par voie intrathécale (moins d’une minute) ou par voie intracérébroventriculaire (moins de 5 minutes). Soit l’anesthésie gazeuse, suite à une analgésie, précédera une intervention chirurgicale d’une dizaine de minute pour la pose d’une minipompe osmotique diffusant la biomolécule NV durant au moins 4 semaines. Les souris subiront toutes un prélèvement sanguin hebdomadaire de moins d’une minute pendant 3 à 17 semaines selon les procédures. Enfin, 3 fois par semaines, les souris subiront un test neurologique et un test des capacités motrices de moins de 5 minutes chacun.

Impact sur les animaux

Les animaux utilisés dans ce projet seront des souris SOD1G93A. Les souris SOD1G93A expriment plusieurs copies d’un transgène contenant le gène humain mutant SOD1 et sont le modèle animal de référence pour l’étude de la SLA. Ce modèle murin présente des signes cliniques et pathologiques en commun avec la maladie chez l’Homme tel que la perte des motoneurones, une faiblesse et une atrophie musculaire progressive avec une éventuelle paralysie allant jusqu’à la mort de l’individu. Les souris SOD1G93A développent une SLA agressive caractérisée par une paralysie progressive des membres postérieurs dès l’âge de 3 mois (90 jours) suivi d’une mort des individus à l’âge de 5 mois environ. Pas d’effets indésirables liés à la molécule NV en elle-même ne sont attendus. De même, pas d’effets indésirables liés à l’utilisation des vecteurs viraux ne sont attendus. Les potentiels effets indésirables sont liés aux interventions chirurgicales (injections intra-cérébro-ventriculaire et pose de la pompe osmotique) où il est probable qu’une infection se développe après l’intervention. Néanmoins, les mesures d’hygiène seront rigoureusement respectées afin d’éviter au maximum ces effets liés à la chirurgie.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de chaque procédure car ils ne peuvent être ni réutilisés, ni replacés, ni adoptés. L’ euthanasie des animaux est nécessaire afin d’étudier et de comprendre le plus précisément possible les potentiels effets bénéfiques de NV au niveau immunitaire et au niveau histologique dans les tissus nerveux.

Remplacement

Au préalable de ce projet d’étude, la biomolécule NV a fait l’objet d’une sélection in vitro sur des cultures de neurones parmi plusieurs molécules candidates. Seule la molécule ayant montrée les meilleurs résultats a été retenue. Les effets bénéfiques de NV ayant été démontré sur des cultures de neurones in vitro, l’étape suivante est de tester la biomolécule NV dans un modèle in vivo. Cette étape est nécessaire pour savoir si les effets de NV sont effectivement bénéfiques dans un modèle murin de Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA), De plus, l’utilisation d’un modèle animal est une étape cruciale et déterminante pour évaluer efficacement le potentiel thérapeutique de la biomolécule NV avant de la tester chez des patients atteints de SLA.

Réduction

La lignée SOD1G93A a été historiquement utilisée sur un fonds génétique mixte. Nous utiliserons dans ce projet les souris SOD1G93A sur un fonds pur C57BL/6 ce qui limitera la variabilité phénotypique et ainsi le nombre d’individus requis dans les différentes procédures. Pour réduire le nombre d’animaux, une seule molécule thérapeutique sera testée in vivo. Le nombre d’animaux requis pour pouvoir démontrer l’efficacité de NV dans le modèle SOD1G93A a été calculé par des tests de puissance statistique à partir de données publiées dans la littérature sur le phénotype des souris SOD1G93A.

Raffinement

Les techniques de chirurgie nécessaires à la réalisation du projet (injections intracérébroventriculaires, pose de minipompe osmotique) seront acquises auprès d’un laboratoire de référence. Les animaux recevront des antalgiques avant et après chirurgie. La surveillance des animaux sera quotidienne durant les 5-7 jours suivant les chirurgies, puis bihebdomadaire. La douleur et le stress seront mesurés selon une grille d’évaluation mise en place en partenariat avec la structure responsable du bien-être animal encadrant notre laboratoire. Les souris SOD1G93A développent de façon spontanée une paralysie progressive à partir de 100 jours. La progression de la pathologie musculaire sera évaluée deux fois par semaine à partir de 80 jours à l’aide d’un système de score neurologique de référence.. A partir d’un score de 2 les souris seront suivies quotidiennement. Le poids sera mesuré deux fois par semaine. A un score neurologique de 4, une immobilité > 24h ou une perte de poids > 25%, les animaux seront mis à mort

Choix des espèces

Nous avons choisi le modèle souris car son génome est facilement modifiable et permet d’établir des lignées transgéniques. Le modèle souris SOD1G93A développe une pathologie très proche de la SLA humaine et est le modèle le plus utilisé pour développer de nouvelles thérapies. Nous utiliserons à la fois des nouveau-nés et des souris adultes pour administrer les AAV-NVs. Chez les nouveau-nés, l’administration d’AAV permet de cibler un plus grand nombre de neurones que chez l’adulte. En effet les barrières hématoencéphaliques et la barrière liquide céphalorachidien/cerveau sont plus perméables chez le nouveau-né et permettent un meilleur accès des AAVs au système nerveux central. L’expression du transgène par les neurones et ensuite stable tout au long de la vie de l’animal. Ces expériences nous permettront de réaliser une preuve de concept de l’efficacité de NV lorsque la molécule est exprimée avant le développement de la maladie. L’administration chez les adultes permettra de déterminer l’effet thérapeutique de la molécule NV lorsque la pathologie est déjà présente.

87 000 rongeurs, 75 000 souris et 12 000 rats, vont être utilisés dans des procédures impliquant des niveaux de souffrance léger à sévère, une partie tuée en fin de procédure et les femelles réimplantées avec succès transférées en élevage. Ils subissent vasectomies, réimplantations d'embryons et chirurgies sous anesthésie, avec prélèvements sanguins et injections, pour créer, congeler et régénérer des lignées génétiquement modifiées destinées à la communauté scientifique. Le porteur présente la cryoconservation et la fécondation in vitro comme des avancées réduisant le nombre d'individus utilisés. Il affirme que seul le recours à des "organismes entiers" vivants permet d'étudier les conséquences d'une modification génétique.

Objectifs

L’objectif du projet est de permettre la création, la cryoconservation et la redérivation de lignées de rongeurs génétiquement modifiés pour le compte de la communauté scientifique. Les animaux génétiquement modifiés sont utilisés comme modèle expérimental pour la recherche ou pour le développement de médicaments. À la vue du nombre croissant de modèles génétiquement modifiés, la cryoconservation de ceux-ci est devenue indispensable pour réduire le nombre d’animaux vivants utilisés pour une conservation du modèle génétique et sécuriser les lignées des éventuelles dérives génétiques, contaminations, catastrophe naturelle …

Bénéfices attendus

La création de lignées par réimplantation d’embryons permet l’obtention de modèles génétiquement modifiés ciblant un ou des gênes d’intérêt, modèle capital dans la compréhension des mécanismes physiologiques et physiopathologies des maladies, des médicaments et autres domaines de recherche. La cryoconservation des modèles génétiquement modifiés est devenue indispensable pour réduire le nombre d’animaux utilisés pour une conservation du modèle génétique et sécuriser les lignées des éventuelles dérives génétiques, contaminations, catastrophe naturelle… La redérivation de lignées génétiquement modifiées par réimplantation d’embryons permettra aux chercheurs d’avoir des animaux dont le statut sanitaire sera maitrisé et évitera ainsi tout éventuel impact du statut sanitaire sur l’expression du phénotype. Les résultats des essais réalisés sur cette lignée redérivée seront alors plus précis et limiteront donc le nombre d’animaux utilisés. La stimulation des femelles par traitement hormonal permet de synchroniser les individus et augmenter le nombre d’ovocytes collectés par femelle. Cette approche présente une avancée éthique considérable.

Procédures

Tous les animaux utilisés dans le cadre de vasectomie ou de réimplantation d’embryons seront soumis à une procédure chirurgicale unique d’une durée de 20 minutes à 1 heure sous anesthésie générale. Selon les besoins du projet, les animaux pourront être soumis à des prélèvements sanguins (maximum 4 prélèvements sanguins par jour). Selon le besoin des projets, les animaux pourront être soumis à des injections intrapéritonales. Les actes de prélèvements et d’injection ont une durée d’une dizaine de secondes à une minute. Selon les besoins du projet, les animaux hébergés soumis aux nuisances énoncées pourront être de phénotype dommageable.

Impact sur les animaux

Douleur, stress et perte de poids dûs aux contentions,aux injections de stimulations (72h max) et aux transferts entre les différentes zones. Douleur, stress et perte de poids dûs aux procédures chirurgicales et à la récupération post-opératoire (12h max).

Devenir

Les animaux sont transférés en zone d’élevage interne pour les femelles réimplantées avec succès. Tous les autres animaux sont mis à morts en fin de procédure expérimentale ou dans le cas d’atteinte d’un point limite.

Remplacement

Aucune méthode alternative ne peut remplacer ce projet qui vise à fournir aux scientifiques les animaux qui leur permettront d’étudier dans des organismes entiers et vivants toutes les conséquences d’une altération génétique définie et/ou l’intérêt de molécules thérapeutiques pour lutter contre ces conséquences. L’intérêt de disposer d’organismes vivants et entiers est de pouvoir observer ceci dans l’ensemble des organes, tissus et fonctions physiologiques.

Réduction

Basé sur nos données historiques, nous évaluons le nombre d’animaux requis pour répondre aux besoins des scientifiques. La technique de production d’embryons par Fécondation In Vitro pour les souris présente une avancée éthique considérable pour la réduction du nombre d’individus utilisés comparée à une technique d’accouplement naturel. La cryoconservation du potentiel génétique permet de réduire le nombre d’animaux requis pour la conservation ou la redérivation d’une lignée. La réduction du nombre d’animaux utilisés dans ce projet repose sur : l'expertise de l’équipe embryologie et sa maitrise des procédures, les conditions expérimentales, le suivi des données techniques, l’observation de l’état clinique de l’animal afin d’adapter les traitements post-opératoires et de diminuer la mortalité éventuelle.

Raffinement

Le contrôle de la douleur est réalisé lors des procédures chirurgicales par une administration d’analgésique avant et après la chirurgie ainsi qu’en cas de besoin. L’utilisation complémentaire d’anesthésique local peut être effectuée, si nécessaire. Une injection systématique sous-cutanée de sérum physiologique de réhydratation est pratiquée après la chirurgie pour tous les animaux. La technique chirurgicale est régulièrement raffinée (dilacération plan musculaire vs incision …) afin de minimiser les nuisances liées à l’acte. Une observation quotidienne de l’état clinique général des animaux est réalisée tout au long de la procédure. Ces observations sont facilitées par l’utilisation d’outils internes de suivi de type grille de score. En cas de détection d’un point limite, l’animal est immédiatement mis à mort.

Choix des espèces

Le choix de l’espèce et de la souche est très généralement effectué par le scientifique. Le rat et la souris sont des animaux couramment utilisés dans ce type de projet. Ce sont des mammifères dont l’anatomie et la physiologie sont proches de l’homme, la disponibilité de données historiques chez ces espèces permet d’obtenir des informations fiables et pertinentes Pour la stimulation hormonale, sont concernés que les animaux de 3 semaines minimum, dont la taille et le poids sont compatibles avec l’injection d’hormones, selon les recommandations éthiques en vigueur. Pour la vasectomie, sont concernés des animaux de 3 à 10 semaines. Pour la réimplantation d’embryons, sont concernés des animaux de 7 à 14 semaines