Maintien des lignées génétiquement modifiées

195 rats porteurs de la dystrophie musculaire de Duchenne vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré, tous tués pour le prélèvement de leurs tissus. Leur maladie s'aggrave avec le temps et gêne de plus en plus la marche et la respiration. S'y ajoutent un prélèvement de queue pour le génotypage, une injection intraveineuse pratiquée sur rat éveillé, des prises de sang hebdomadaires et, chaque mois, des mesures cardiaques, musculaires et respiratoires pouvant durer une demi-heure. Une partie des rats est traitée entre 1 et 15 jours de vie puis tuée entre 3 et 18 mois, pour représenter des patients de moins de quatre ans. Le porteur écrit que l'agence européenne du médicament lui demande ces études précliniques sur un candidat déjà en essai clinique chez des enfants de 6 à 10 ans, et que les agences réglementaires "imposent de recourir à l'animal" pour ce type d'études.

Objectifs

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie neuromusculaire affectant uniquement les garçons. La pathologie est causée par des mutations du gène DMD qui entraînent la perte de la dystrophine, une protéine indispensable à la fonction des muscles. En l’absence de dystrophine, les muscles subissent une diminution progressive et généralisée de force amenant à une perte des capacités motrices, souvent compliquée par une faiblesse respiratoire et/ou cardiaque. La dystrophie musculaire de Duchenne se manifeste dès les premières années de la vie et réduit la qualité et l’espérance de vie des patients. Notre laboratoire a développé un candidat-médicament pour soigner cette pathologie. Le candidat est composé d’un transporteur permettant d’apporter dans les muscles un gène capable de produire la protéine déficiente. Ce produit est actuellement évalué dans un essai clinique chez des patients âgés de 6 à 10 ans. Puisque la maladie est différente selon l’âge du patient, l’agence européenne du médicament nous demande de réaliser de nouvelles études précliniques dans le modèle murin de la pathologie afin d’anticiper l’application de notre produit à une population pédiatrique très jeune (0 à 4 ans), et à une population non ambulante de moins de 18 ans. Dans les études précliniques de ce projet, nous utiliserons le modèle de rongeur le plus pertinent de pathologie de Duchenne, le rat DMD, qui reproduit les symptômes musculaires, cardiaques et respiratoires de la pathologie. L’efficacité thérapeutique sera analysée à court et long terme dans chacune des deux populations animales, en utilisant un intervalle de doses allant de la dose testée en clinique jusqu’à des doses supérieures déterminées sur la base des données de la littérature.

Bénéfices attendus

Le bénéfice thérapeutique des approches thérapeutiques utilisant des produits similaires au nôtre a déjà été démontré dans de nombreux modèles animaux, et dans plusieurs études cliniques (dont la nôtre) chez des patients atteints de la myopathie de Duchenne. Cependant, aucune étude n’a encore permis d’évaluer l’efficacité de notre produit chez des patients très jeunes (moins de 4 ans) ou chez des patients présentant une forme très sévère de la maladie (patients non ambulants de moins de 18 ans). Cette étude nous permettra de déterminer si notre produit présente les mêmes effets thérapeutiques dans ces 2 populations de patients que dans la population en cours de traitement (enfants de 6 à 10 ans). Elle pourrait nous conduire à ajuster la dose si le produit s’avérait moins efficace dans l’une ou l’autre de ces 2 populations (voire dans les deux).

Procédures

Afin d’identifier le fond génétique de l’animal, un prélèvement d’un bout de queue sera réalisé sur chaque animal. En cas de doute sur l’échantillon, un deuxième prélèvement sera réalisé à l’oreille au cas par cas. Chacun de ces gestes ne durera en moyenne pas plus d’une minute. Les molécules thérapeutiques seront délivrées par une injection intraveineuse unique sur rat éveillé (durée moyenne 2 minutes). Des prélèvements sanguins seront réalisés au cours du temps sur rat éveillé (durée moyenne 2 minutes) : ces prélèvements seront réalisés 1 fois par semaine au maximum. Les rats seront soumis à des tests permettant de mesurer la fonction de différents organes (maximum 1 fois par mois): mesure de l’activité électrique du cœur (durée moyenne 30 min), mesure de l’activité électrique du muscle (durée moyenne 15 min), mesure de la fonction cardiaque (durée moyenne 20 min), mesure de la fonction respiratoire (durée moyenne 30 min), mesure d’activité et de mobilité et mesure de composition corporelle (durée moyenne 15min).

Impact sur les animaux

Les animaux ont une maladie qui atteint les muscles, la respiration et le cœur. La maladie s’aggrave avec le temps. Les animaux ont des difficultés de plus en plus importantes pour bouger et respirer. Ils seront maintenus en contention manuelle ou dans une boite à contention, ce qui pourrait entrainer un stress. Certains actes d’évaluation de la fonction des organes seront réalisés sous anesthésie. Des douleurs locales pourraient être ressenties au moment du prélèvement d’un bout de queue ou d’oreille, des injections du traitement thérapeutique, des injections de molécules anesthésiques ou antidouleurs, ainsi qu’au moment des prélèvements de sang. Des lésions locales de type inflammatoire accompagnées de douleurs localisées pourraient apparaitre lors de certains tests de mesure de la fonction musculaire. Des irritations de la peau pourraient être observées à l’endroit de l’épilation nécessaire pour la mesure de la fonction cardiaque. Toutes les nuisances possibles sont localisées et réversibles, ce qui constitue pour l’animal un niveau global de contrainte modérée.

Devenir

Les animaux seront euthanasiés pour permettre le prélèvement des tissus et les analyses histologiques et moléculaires.

Remplacement

La maladie de Duchenne est causée par l’absence d’une protéine appelée la dystrophine : les muscles et le cœur perdent progressivement leurs fonctions. Le projet consiste à mesurer l'effet d’un médicament composé d’un virus non pathogène transportant la dystrophine au sein des cellules cardiaques et musculaires malades : ce test n'est pas réalisable dans les modèles cellulaires car il est impossible de cibler différents tissus simultanément dans ces modèles et d’étudier la répartition du médicament entre les différents organes. De plus, l’utilisation de virus transporteurs de notre médicament entraine une réaction de défense immunitaire de l’organisme contre les virus, réaction impossible à recréer en laboratoire à ce jour. Enfin, les agences réglementaires du médicament nous imposent de recourir à l’animal pour ce type d’études. L'utilisation d’animaux ne peut donc pas être remplacée dans ce projet.

Réduction

Le nombre de rats utilisés dans ce projet a été réduit grâce à :1) le calcul par des tests statistiques des effectifs minimaux mais adéquats permettant une analyse fiable et une exploitation garantie des résultats ; 2) L’utilisation de données historiques et la partage de certains groupes de rats témoins entre procédures ; 3) l’analyse d’un maximum de paramètres chez chaque animal (plusieurs dizaines) ; 4) l’obtention des rats non malades et malades en utilisant les mêmes croisements parentaux et 5) un suivi quotidien, des règles strictes de raffinement et le respect des points limites permettant de garantir le bien-être animal et l’exploitation de toutes les données produites.

Raffinement

Les animaux bénéficieront d’une phase d’habituation avant certains tests visant à mesurer le fonctionnement des muscles. Lors de certains de ces tests, il y a un risque exceptionnel de blessures aux griffes : dans ce cas, un traitement avec un désinfectant sera appliqué jusqu’à la guérison. Afin de contrôler la douleur et le stress de l’animal, certains tests seront réalisés sous anesthésie générale et un antidouleur sera administré avant le test. Dans le cas d’animaux anesthésiés, les tests seront réalisés sur une plaque chauffante pour maintenir la température corporelle constante. Une application de crème anti-irritation sera appliquée sur le thorax des animaux après l’épilation nécessaire pour la mesure du fonctionnement du cœur.

Choix des espèces

Les rongeurs sont les modèles animaux les plus couramment utilisés par la communauté scientifique pour mesurer l'efficacité de médicaments pour la maladie de Duchenne (DMD), pathologie qui affecte le bon fonctionnement des muscles et du cœur. Le modèle de souris de cette maladie permet une évaluation très complète des différents muscles, mais ne reproduit pas l’atteinte cardiaque typique des Hommes affectés par la maladie. Le rat est le seul modèle de rongeur reproduisant tous les aspects de la pathologie (atteinte des muscles et du cœur). L'utilisation du modèle de rats DMD permettra donc de valider l’effet du traitement sur l’ensemble des organes affectés par la pathologie. De plus, afin de pouvoir comparer les résultats avec les données historiques, les agences réglementaires exigent que l’évaluation des effets du produits soit réalisée sur le modèle animal de rats utilisé lors des études précliniques précédentes. Afin de modéliser une population de patients DMD âgés de moins de 4 ans, les rats juvéniles auront entre 1 à 15 jours au moment du traitement puis entre 3 à 18 mois à l’euthanasie afin d’évaluer les effets à court et à long terme. Afin de modéliser une population de patients DMD non ambulants de moins de 18 ans, les rats auront entre 6 à 9 mois en début de traitement et entre 9 à 18 mois à l’euthanasie pour permettre l’évaluation des effets à court et long terme.

Pour transférer des lignées de souris génétiquement modifiées entre animaleries et les conserver congelées sous forme d'embryons, 5 025 souris sont utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré, toutes tuées à l'issue. Les femelles donneuses reçoivent deux injections d'hormones à 48 heures d'intervalle pour produire davantage d'embryons, avant d'être tuées pour qu'on les récupère. Les mères porteuses subissent une chirurgie de transfert d'environ cinq minutes et trois injections, les mâles une vasectomie dans les mêmes conditions. Les mères porteuses sont tuées au plus tard au sevrage de leurs petits, le porteur écrivant qu'elles ne peuvent être ni réutilisées comme reproductrices ni remises au transfert après une chirurgie, et les mâles vasectomisés le sont quand leurs performances d'accouplement diminuent, au bout de dix mois au plus tard.

Objectifs

Le projet présenté vise en premier lieu à permettre le transfert des lignées entre les animaleries en préservant l'état sanitaire des animaux. Pour cela, nous produisons des embryons par croisement des animaux (femelles et mâles fertiles), en induisant une stimulation hormonale des femelles pour augmenter le nombre d'ovules fécondables. Les embryons ainsi produits sont prélevés et transférés par voie chirurgicale sous anesthésie générale dans des femelles porteuses de statut sanitaire contrôlé dans l'animalerie de destination. Pour obtenir des femelles capables de recevoir ces embryons et de mener la gestation à bien jusqu'à la naissance des petits, il faut croiser ces femelles adultes avec des mâles vasectomisés. Cet accouplement permet de préparer physiologiquement la femelle à la gestation. Les petits obtenus sont débarrassés de tout germe potentiellement infectieux pouvant nuire à la santé des animaux et à la qualité de la recherche. Ce projet vise également à mettre en sécurité les lignées de souris sous forme d'embryons. En effet, cette technique de congélation robuste permet de préserver les lignées transgéniques pendant des décennies sans nécessité de garder des animaux vivants. On réduit de ce fait considérablement le nombre d'animaux utilisés pour le maintien d'une lignée, mais on la préserve aussi d'une perte occasionnée par une infection ou tout autre évènement imprévu ( incendie, catastrophe naturelle...). De plus, la forme congelée facilite les échanges de modèles avec d'autres laboratoires à travers le monde tout en évitant le stress lié au transport d'animaux vivants. La congélation d’embryons est complémentaire de la congélation de sperme, permettant la préservation de lignées présentant des mutations sur le chromosome X ou des mutations multiples.

Bénéfices attendus

La congélation des lignées de modèles de souris génétiquement modifiées générées dans le cadre des projets de recherche permet d’en assurer la préservation à long terme, tout en maintenant leurs caractéristiques génétiques et sanitaires. Cette approche contribue à réduire le nombre d’animaux maintenus en élevage. Elle facilite également les échanges avec des collaborateurs à l’échelle internationale et ainsi limite la création de modèles en double dans différents laboratoires, ce qui participe également à la réduction du nombre d’animaux utilisés. La décontamination par transfert d’embryons constitue la méthode la plus sûre pour restaurer et garantir un haut niveau de qualité sanitaire des lignées. Ce statut sanitaire élevé est essentiel pour assurer la fiabilité et la validité des résultats scientifiques. Par ailleurs, cette technique facilite également les échanges de modèles entre établissements, ce qui évite d'avoir à recrééer le même modèle, contribuant ainsi à la réduction du nombre d’animaux utilisés.

Procédures

Les souris donneuses d'embryons vont subir 2 injections d'hormones à 48h d'intervalle pour stimuler la production d'embryons. Ces actes sont rapides et se font sous contention manuelle sur animaux vigiles. Les souris mères porteuses recevront lors de la chirurgie de transfert d'embryons : Une injection d'analgésique pré-opératoire (30 minutes avant), une injection d’un cocktail anesthésique avec action analgésique et décontractante musculaire (actes rapides, sur animaux vigiles sous contention). Une fois l'endormissement suffisamment profond, la chirurgie est réalisée. Elle dure environ 5 minutes par animal. 1 injection d'anti-inflammatoire couplée à celle de solution saline pour réhydrataion est réalisée en post opératoire et avant le réveil. Chaque femelle mère porteuse recevra au total 3 injections. Les mâles qui seront vasectomisés recevront lors de la chirurgie pour la vasectomie : Une injection d'analgésique pré-opératoire (30 minutes avant), une injection d’un cocktail anesthésique avec action analgésique et décontractante musculaire (actes rapides, sur animaux vigiles sous contention). Une fois l'endormissement suffisamment profond, la chirurgie est réalisée. Une fois l'endormissement suffisamment profond, la chirurgie est réalisée. Elle dure environ 5 minutes par animal. 1 injection d'anti-inflammatoire couplée à celle de solution saline pour réhydrataion est réalisée en post opératoire et avant le réveil. Chaque mâle vasectomisé recevra au total 3 injections. Les injections d'analgésique et celle pour induire l'anesthésie sont rapides et se font sous contention manuelle sur animaux vigiles. L'injection d'anti-inflammatoir et de réhydratation se fait pendant l'anesthésie.

Impact sur les animaux

Les procédures peuvent entraîner chez les animaux un stress léger et transitoire lié aux manipulations et aux contentions nécessaires à la réalisation des injections. Lors de l’administration des différents produits utilisés dans cette procédure en étant vigiles (hormones, analgésiques, anesthésiques), les animaux peuvent ressentir une douleur légère et de courte durée correspondant au moment de l’introduction de l’aiguille (sauf pour les injections réalisées sous ). Par ailleurs, lors des interventions chirurgicales, une plaie est créée et peut, dans de très rares cas, présenter une inflammation ou une infection. Enfin, il arrive exceptionnellement qu’en période post-opératoire certains animaux mordillent leurs fils de suture, ce qui peut fragiliser la cicatrisation.

Devenir

Les donneuses d'embryons seront mises à mort pour récupérer les embryons au stade souhaité. Pour les mèresporteuses, dès lors qu'il y a eu chirurgie de transfet d'embryons, elle seront mises à mort au plus tard au sevrage de leurs petits (soit 3-4 semaines post partum). Nous ne pouvons pas les réutiliser comme reproductrices ou de nouveau mère porteuses, ayant déjà subi une chirurgie. Les mâles vasectomisés sont mis à mort lorsque leurs performances d'accouplement diminuent (nombre de BVs par accouplement) au bout de 10 mois au plus tard. On évite d'utiliser des animaux agés ou ayant subi une procédure modérée pour une réutilisation en formation par exemple.

Remplacement

le recours à l’animal vivant pour la décontamination et l'archivage de lignées transgéniques est indispensable puisqu'il s'agit de produire des embryons.

Réduction

La réduction du nombre d’animaux utilisés ainsi que l’amélioration de leur bien-être constituent une préoccupation permanente dans la mise en œuvre de ces procédures. La superovulation de jeunes femelles permet d’augmenter significativement le nombre d’embryons produits par individu et, par conséquent, de réduire de manière importante le nombre d’animaux donneurs nécessaires. Le tri des femelles en œstrus, destinées à devenir mères porteuses, contribue également à diminuer le nombre de femelles et mâles maintenus en stock tout en améliorant l’efficacité des gestations. Par ailleurs, la souche sélectionnée pour les mères porteuses est reconnue pour ses bonnes capacités maternelles et la qualité des soins apportés aux portées. Ce choix permet d’augmenter le taux de succès des transferts embryonnaires et ainsi de limiter le nombre d’animaux requis. Enfin, le nombre d’animaux utilisés est ajusté en fonction de chaque procédure et des spécificités de chaque lignée génétique. Dans ce contexte, il n’est pas possible d’appliquer une approche statistique standardisée, les besoins étant déterminés au cas par cas selon les résultats obtenus.

Raffinement

Le personnel impliqué dans cette étude maîtrise ces gestes techniques, qui sont réalisés en routine depuis plusieurs années dans notre laboratoire. Après les injections, les femelles sont maintenues sous surveillance afin de détecter toute manifestation externe de souffrance ou d’inflammation. Lors de la chirurgie de vasectomie ou de transfert d’embryons, les animaux sont anesthésiés et reçoivent un traitement antalgique adapté à la procédure. Un gel ophtalmique est systématiquement appliqué sur les yeux des animaux anesthésiés afin de prévenir tout dessèchement et tout dommage cornéen. De plus, les animaux sont placés sur une plaque chauffante afin de limiter les pertes de chaleur liées à l’anesthésie. Après l’intervention, les animaux opérés restent sous observation jusqu’à leur réveil complet, dans leur cage placée sur une platine chauffante maintenue à 37 °C. Les souris sont hébergées en cages ventilées, en groupe dans la mesure du possible, et bénéficient d’un enrichissement de leur environnement (matériel de nidification, croquettes de nourriture déposées au fond de la cage). Le bien-être des animaux est suivi conformément au tableau de scoring en vigueur dans l’animalerie.

Choix des espèces

La souris est un très bon modèle d'expérimentation animale car elle est de petite taille, son génome est parfaitement connu et elle a un taux de reproduction très rapide. Elles sont de très bons modèles expérimentaux puisque 99% de leurs gènes présentent un gène homologue chez l'Homme. Elle est couramment utilisé par les chercheurs pour des créations de lignées transgéniques. Les mâles vasectomisés sont de jeune adultes qui après vasectomie seront utilisés pour les croisements et production de femelles pseudo-gestantes. Ils seront utilisés jusqu’à environ 8 mois afin maintenir des performances élevées. Les mères porteuses sont de jeunes adultes qui sont utilisées durant 3-6 mois. Ce sont d’excellentes mères (choix de souches non consanguines ou hybrides) qui peuvent donner naissance et prendre soin de grandes portées, ce qui permet de réduire significativement le nombre de mères porteuses utilisées. Les femelles utilisées pour produire les embryons sont prépubères car elles répondent mieux aux traitements de stimulation hormonale pour la superovulation. (réduit le nombre de femelles donneuses utilisées)

Tuées pour prélever leur cerveau, ou tuées faute de pouvoir être replacées ou réutilisées en raison de leur modification génétique, 1 085 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré. Un dixième d'entre elles développe une accumulation de liquide dans le cerveau, et toutes sont plus petites et plus légères que les souris sans cette modification. Elles subissent une biopsie de tissu pour génotypage sur animal éveillé, une injection de traceur fluorescent sous anesthésie brève et, pour une partie, un prélèvement sanguin. Le porteur retient la souris parce que son génome est modifiable et que la barrière cérébrale y est complète dès la troisième semaine, et fixe l'examen à un et trois mois, avant l'apparition des signes de vieillissement.

Objectifs

Le syndrome de Down, aussi appelé trisomie 21, est la cause génétique la plus fréquente de déficience intellectuelle. Il est dû à la présence d’un chromosome 21 supplémentaire, en totalité ou en partie. Les personnes porteuses de trisomie 21 présentent également un risque très élevé de développer une maladie d’Alzheimer précoce. Le cerveau est protégé par une barrière naturelle appelée barrière hémato-encéphalique. Cette barrière agit comme un filtre très sélectif : elle contrôle strictement ce qui peut passer du sang vers le cerveau afin de maintenir son bon fonctionnement. Elle est formée par différents types de cellules qui travaillent ensemble au sein d’une structure appelée unité neurovasculaire. Lorsque cette barrière est endommagée, des substances normalement exclues du cerveau peuvent y pénétrer, ce qui peut perturber son fonctionnement. Une altération de cette barrière est observée dans de nombreuses maladies neurologiques, notamment la maladie d’Alzheimer. Des travaux récents suggèrent que la barrière hémato-encéphalique pourrait également être fragilisée chez les personnes atteintes de trisomie 21 et de maladie d’Alzheimer. Cependant, on ne sait pas encore si ces altérations apparaissent très tôt au cours de la vie en raison de la trisomie elle-même, ou si elles sont une conséquence plus tardive des mécanismes liés à la maladie d’Alzheimer. L’objectif de ce projet est de mieux comprendre ce phénomène en étudiant si la barrière hémato-encéphalique est déjà altérée dès les premières étapes de la vie dans la trisomie 21. Pour cela, nous utiliserons un modèle de souris génétiquement modifiées reproduisant les principales caractéristiques génétiques de la trisomie 21. Grâce à des méthodes complémentaires bien établies, nous chercherons à déterminer si la barrière protectrice du cerveau laisse passer des molécules anormalement et à identifier les changements affectant les cellules qui assurent son bon fonctionnement.

Bénéfices attendus

Jusqu’à présent, la recherche sur la barrière protectrice du cerveau dans la trisomie 21 s’est surtout intéressée aux périodes tardives de la vie, lorsque les lésions caractéristiques de la maladie d’Alzheimer sont déjà bien installées. En revanche, ce qui se passe très tôt dans la vie, bien avant l’apparition de ces lésions, reste largement méconnu. Cette absence de données rend difficile la compréhension de ce qui déclenche réellement la maladie, par opposition à ce qui en est une conséquence. Dans la trisomie 21, plusieurs facteurs liés à la présence d’un chromosome supplémentaire, comme une inflammation chronique, des perturbations du métabolisme ou des réactions immunitaires anormales, pourraient fragiliser dès le plus jeune âge la barrière qui protège le cerveau. Une telle fragilité précoce pourrait, à long terme, favoriser l’apparition de troubles neurologiques. Malgré l’hypothèse largement admise selon laquelle un dysfonctionnement de cette barrière pourrait jouer un rôle clé dans l’apparition précoce et l’évolution rapide de la maladie d’Alzheimer chez les personnes atteintes de trisomie 21, aucune étude n’a jusqu’à présent examiné de manière approfondie l’état de cette barrière dans des modèles animaux représentatifs de la trisomie 21. Ce projet est donc le premier à s’intéresser à l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique dès le début de la vie dans un modèle de souris de la trisomie 21. Les bénéfices attendus de ce projet seront donc, à court terme, de pouvoir révéler un potentiel problème jusqu’ici insoupçonné dans la circulation sanguine du cerveau et ainsi ouvrir la voie à de nouvelles recherches pour mieux comprendre les mécanismes de la maladie. A plus long terme, cela pourrait contribuer à identifier de nouvelles pistes de prévention ou de traitement.

Procédures

Pour identifier les souris porteuses de la modification génétique d’intérêt, un très petit prélèvement de tissu sera réalisé pour tous les animaux (une seule fois, d’une durée inférieure à une minute, animal vigile). En cas de problème technique rare, un second prélèvement pourrait être effectué chez ces mêmes animaux, à l’âge adulte et à l’état éveillé, également d’une durée inférieure à une minute et réalisé une seule fois. Une partie des animaux recevra une injection d’une molécule permettant de vérifier l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique, elle sera effectuée sous anesthésie générale de très courte durée (une seule injection d’une durée inférieure à 1 minute, durée de l’anesthésie inférieure à 5 minutes). Une partie des souris aura également un seul prélèvement sanguin (durée inférieure à cinq minutes, animal vigile).

Impact sur les animaux

La biopsie pour identifier le patrimoine génétique des animaux peut causer une douleur passagère et un petit risque de saignement. Les souris utilisées dans cette étude présentent une modification génétique spécifique et, dans 10 pourcents des cas, une accumulation de liquide dans le cerveau, appelée hydrocéphalie. Ces souris sont aussi plus petites et plus légères que les souris ne présentant pas cette modification génétique. Lors des manipulations nécessaires aux injections et aux prélèvements, les souris peuvent ressentir un stress léger et passager. Une douleur brève peut également être ressentie au moment de la piqûre. Les injections peuvent entraîner un inconfort temporaire et un faible risque de saignement. Dans de rares cas, une irritation ou une atteinte de l’œil peut survenir. Les animaux seront sous anesthésie générale pour l’injection, celle-ci peut entraîner quelques effets secondaires, comme une légère baisse de la température corporelle, une sécheresse des yeux, et dans de très rares cas, des problèmes respiratoires ou cardiaques. Toutefois, cette anesthésie générale sera très courte et présente donc des risques moins importants. Les prélèvements de sang peuvent occasionnellement provoquer un saignement persistant.

Devenir

Une partie des souris utilisées seront euthanasiées afin de prélever puis analyser des cerveaux dans le but de répondre à notre question scientifique. Toutes les autres souris seront euthanasiées car elles ne pourront pas être replacées ou réutilisées en raison de leur modification génétique spécifique.

Remplacement

Il n'existe malheureusement pas d'alternative à l'utilisation d'animaux pour ces recherches. Pour étudier comment le cerveau est protégé et comprendre quand cette protection devient défaillante, il est nécessaire d’utiliser des modèles animaux, comme la souris. La barrière qui protège le cerveau ne dépend pas d’un seul type de cellule, mais du travail coordonné de plusieurs cellules différentes (cellules des vaisseaux sanguins, cellules de soutien, neurones et cellules immunitaires). Ces interactions complexes ne peuvent pas être reproduites de façon fiable en laboratoire à partir de cellules isolées. L’injection de substances fluorescentes de tailles différentes permet de vérifier si cette barrière joue correctement son rôle de filtre. En observant si ces substances restent dans les vaisseaux sanguins ou si elles passent anormalement dans le tissu cérébral, il est possible de déterminer si la barrière est fragilisée et dans quelle mesure. Après ces injections, l’analyse du cerveau est indispensable pour visualiser précisément où ces substances se sont accumulées et pour étudier les changements affectant les cellules qui composent les vaisseaux du cerveau. Ces observations sont essentielles pour mieux comprendre les mécanismes responsables des troubles de la barrière protectrice du cerveau et, à terme, pour améliorer la prévention et le traitement des maladies neurologiques.

Réduction

Sur une période de quatre ans, ce projet utilisera au maximum 1085 souris. Ce nombre a été soigneusement calculé afin de répondre aux objectifs scientifiques tout en utilisant le moins d’animaux possible. Les souris utilisées seront élevées au sein du laboratoire tout au long du projet. L’élevage sera géré de façon raisonnée, avec pour objectif de ne produire que le nombre strictement nécessaire d’animaux. Tous les paramètres ont été pris en compte, comme la proportion de souris réellement porteuses du gène étudié, la nécessité d’obtenir autant de mâles que de femelles, ou encore les difficultés de reproduction propres à cette lignée. Dans nos lots expérimentaux nous inclurons des souris mâles et femelles, ainsi que des animaux jeunes et adultes, afin de tenir compte des différences naturelles liées à l’âge et au sexe. Nous avons défini qu’il nous faudrait des groupes de 15 à 20 animaux, ce qui permettra d’obtenir des résultats fiables sans multiplier inutilement le nombre de souris. Les résultats que nous obtiendrons seront ensuite analysés avec les tests statistiques adaptés.

Raffinement

Les souris seront élevées et hébergées dans des conditions strictement conformes à la réglementation. Les animaux provenant d’un élevage extérieur disposeront d’une semaine d’adaptation après leur arrivée avant d’être utilisés pour la reproduction. Les souris auront accès librement à l’eau et à la nourriture. Elles vivront également dans un environnement adapté à leur bien-être, avec du matériel pour faire un nid, ronger et se cacher. Elles seront observées quotidiennement et, au moindre signe anormal, l’équipe de recherche, la structure chargée du bien-être animal et le vétérinaire seront immédiatement informés afin d’assurer une prise en charge rapide et appropriée. Des mesures préventives seront mises en place pour réduire tout impact des procédures expérimentales sur les animaux. Cela comprend la formation du personnel, la surveillance constante des animaux, et des méthodes pour les habituer à la manipulation avant les expériences. Pour identifier les souris nécessaires à l’étude, un très petit prélèvement est réalisé chez des animaux très jeunes. Ce geste est conçu pour être le moins invasif possible et permettre une cicatrisation rapide. Les souris sont surveillées juste après le prélèvement, puis un peu plus tard, afin de s’assurer de leur bon état. Le choix d’utiliser uniquement des mâles porteurs des modifications génétique d’intérêt comme reproducteurs permet à la fois de faciliter la prise en charge des portées par les mères et de limiter le nombre d’animaux présentant des fragilités liées à leur génétique. Afin de réduire au maximum le stress et toute douleur lors des injections, les souris sont placées sous anesthésie générale de courte durée. Pendant toute la procédure, leur état est étroitement surveillé. Des mesures simples seront mises en place pour assurer le confort des animaux, comme le maintien de leur température corporelle et l’application d’un gel protecteur sur les yeux afin d’éviter leur dessèchement et de limiter les irritations après l’injection. Après l’intervention, les animaux sont surveillés attentivement pendant leur réveil dans un environnement chauffé.

Choix des espèces

La souris est le modèle le plus adapté pour étudier le syndrome de Down et ses effets sur le cerveau. En effet, la souris est un modèle bien connu et largement utilisé pour modéliser les pathologies humaines. Notamment, son génome est parfaitement connu et des outils sont disponibles pour le modifier. Ainsi un modèle de souris génétiquement modifiées possède une copie supplémentaire d’une grande partie des gènes du chromosome correspondant au chromosome humain 21, et il reproduit plusieurs caractéristiques importantes du syndrome de Down. Cette lignée de souris permet d’étudier très tôt dans la vie l’intégrité et la perméabilité de la barrière qui protège le cerveau, appelée barrière hémato-encéphalique, ainsi que les modifications des vaisseaux sanguins et l’inflammation dans le cerveau. Chez les souris, cette barrière cérébrale est pleinement développée dès la troisième semaine après la naissance. Les signes liés au vieillissement ou à la maladie d’Alzheimer, comme la perte de certaines protéines et de neurones, ou l’accumulation de molécules toxiques dans le cerveau, n’apparaissent qu’après neuf mois. C’est pourquoi nous étudierons les souris génétiquement modifiées à 1 et 3 mois. Cette approche nous permettra de savoir si les premières altérations de la barrière cérébrale apparaissent avant les autres signes caractéristiques de la maladie, et de déterminer si ces changements vasculaires et au niveau de la barrière peuvent servir de marqueurs précoces du syndrome de Down. Le prélèvement pour connaitre le patrimoine génétique des animaux sera réalisé à l’âge de 7 à 10 jours afin de bénéficier de la cicatrisation rapide observée chez les jeunes animaux et connaitre leur modification génétique très tôt.

Tous tués pour le prélèvement de tissus et de fluides, 426 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré. Porteurs d'une mutation qui reproduit la dystrophie musculaire de Duchenne, ils subissent l'ablation d'un bout de queue pour génotypage, une injection intraveineuse de vecteur viral sur animal éveillé, des prises de sang répétées et une batterie de mesures allant d'une heure de test de force à trente minutes d'exploration respiratoire, sous trois anesthésies générales. Le porteur indique que l'électromyographie et certains tests de force peuvent provoquer des lésions inflammatoires douloureuses, et que l'épilation nécessaire à la mesure cardiaque irrite la peau, avant de conclure que ces nuisances restent "localisées et réversibles". Le rat a été retenu parce que la souris ne développe pas l'atteinte cardiaque de la maladie, et l'objectif immédiat est de fixer la dose minimale efficace de deux produits de thérapie génique en développement.

Objectifs

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie neuromusculaire récessive liée au chromosome X et elle est causée par des mutations du gène DMD qui entraînent la perte de la protéine dystrophine, une protéine essentielle à la santé et au fonctionnement des muscles. Cette mutation affecte les muscles et provoque leur atrophie progressive causant une perte progressive de la fonction motrice avec, à terme, la perte de la capacité de marcher, puis une insuffisance respiratoire et une cardiomyopathie. La dystrophie musculaire de Duchenne se manifeste dès les premières années de la vie et malheureusement il n'existe pas encore de traitement curatif. La thérapie génique est en cours d’études pour re-établir l’expression de la protéine dystrophine dans les muscles et traiter la maladie. Il existe très peu de modèles animaux de la maladie Duchenne qui manifestent tous les symptômes de la maladie et sur lesquelles les études d’efficacité peuvent être amené. Le modèle de souris reproduit bien la pathologie au niveau des muscles squelettiques, mais seul le modèle de rats présente un déficit cardiaque représentatif de la pathologie. Pour cela nous envisagions la création d’une lignée de rat DMD pour déterminer les anomalies fonctionnelles au niveau des muscles du cœur et le biomarquers sanguing. L’étude de ce modèle au cours du temps nous permettra de mieux comprendre les processus pathologiques afin d’envisager les stratégies thérapeutiques.

Bénéfices attendus

La caractérisation du modèle rat DMD nous permettra de déterminer la fenêtre optimale pour le traitement par thérapie génique dans la phase suivante. A court terme, les effets bénéfiques du traitement chez les rats DMD devraient permettre d’exprimer la protéine dystrophine au niveau des muscles squelettiques et cardiaques, ce qui devrait entrainer une amélioration du phenotype dystrophique. Ce projet de développement non clinique permettra de comparer la dose minimale efficace de deux terapie genique afin d'envisager, dans un second temps, une application clinique pour le traitement de la DMD par la thérapie génique chez les patients.

Procédures

Afin d’identifier le fond génétique de l’animal, un prélèvement d’un bout de queue sera réalisé sur chaque animal. En cas de doute sur l’échantillon, un deuxième prélèvement sera réalisé à l’oreille au cas par cas. Chacun de ces gestes ne durera en moyenne pas plus d’une minute. Les molécules thérapeutiques (virus non pathogènes transportant le médicament) seront délivrées par une injection intraveineuse unique sur rat éveillé (durée moyenne 2 minutes). Des prélèvements sanguins seront réalisés au cours du temps sur rat éveillé (durée moyenne 2 minutes) ou anesthésié (10 minutes maximum avec l’anesthésie). Les rats seront soumis à des tests permettant de mesurer la fonction de différents organes : mesure de la force musculaire (durée moyenne 1 heure), mesure de l’activité électrique du cœur (durée moyenne 30 min), mesure de l’activité électrique du muscle (durée moyenne 15 min), mesure de la fonction cardiaque (durée moyenne 20 min), mesure de la fonction respiratoire (durée moyenne 30 min), mesure d’activité et de mobilité et mesure de composition corporelle (durée moyenne 15min). Certains de ces tests nécessitent une anesthésie ou un traitement antidouleur préalable : pour réaliser l’ensemble des tests, les rats recevront trois anesthésies générales par voie aérienne, une injection d’un traitement antidouleur et une injection d’une molécule anesthésique avant l’euthanasie.

Impact sur les animaux

Les animaux seront maintenus en contention manuelle ou dans une boite à contention, ce qui pourrait entrainer un stress. Des douleurs locales pourraient être ressenties au moment du prélèvement d’un bout de queue ou d’oreille, des injections du traitement thérapeutique, des injections de molécules anesthésiques ou antidouleurs, ainsi qu’au moment des prélèvements de sang. Des lésions locales de type inflammatoire accompagnées de douleurs localisées pourraient être causées par la mesure de l’activité électrique du muscle ou lors de certains tests de mesure de la fonction musculaire. Une sécheresse oculaire pourrait être observée au cours des anesthésies gazeuses. Des irritations de la peau pourraient être observées à l’endroit de l’épilation nécessaire pour la mesure de la fonction cardiaque. Toutes les nuisances possibles sont localisées et réversibles, ce qui constitue pour l’animal un niveau global de contrainte modérée.

Devenir

Euthanasie pour prélèvements et analyses des tissus et des fluides.

Remplacement

La maladie de Duchenne est causée par l’absence d’une protéine appelée la dystrophine : les muscles et le cœur perdent progressivement leurs fonctions. Le projet consiste à mesurer l'effet d’un médicament composé d’un virus non pathogène transportant la dystrophine au sein des cellules cardiaques et musculaires malades : ce test n'est pas réalisable dans les modèles cellulaires car il est impossible de cibler différents tissus simultanément dans ces modèles et d’étudier la répartition du médicament entre les différents organes. De plus, l’utilisation de virus transporteurs de notre médicament entraine une réaction de défense immunitaire de l’organisme contre les virus, réaction impossible à recréer en laboratoire à ce jour. L'utilisation d’animaux ne peut donc pas être remplacée dans ce projet.

Réduction

Le nombre de rats utilisés dans ce projet a été réduit grâce à :1) le calcul par des tests statistiques des effectifs minimaux mais adéquats permettant une analyse fiable et une exploitation garantie des résultats (groupes de 10 ou 11 rats selon les procédures) ; 2) l’analyse d’un maximum de paramètres chez chaque animal (plusieurs dizaines) ; 3) l’obtention des rats non malades et malades en utilisant les mêmes croisements parentaux et 4) un suivi quotidien, des règles strictes de raffinement et le respect des points limites permettant de garantir le bien-être animal et l’exploitation de toutes les données produites.

Raffinement

Les conditions d'hébergement et d'enrichissement du milieu sont gérés par le CERFE. Les animaux seront surveillés et pesés à minima 1 fois par semaine pendant tout le protocole pour détecter tout signe de souffrance. Des points limites ont été définis et seront respectés. Les animaux bénéficieront d’une phase d’habituation avant certains tests visant à mesurer le fonctionnement des muscles. Lors de certains de ces tests, il y a un risque exceptionnel de blessures aux griffes : dans ce cas, un traitement avec un désinfectant sera appliqué jusqu’à la guérison. Afin de contrôler la douleur et le stress de l’animal, certains tests seront réalisés sous anesthésie gazeuse ou sous anesthésie générale et un antidouleur sera administré avant et pendant les 48 heures qui suivront la fin des tests. Dans le cas d’animaux anesthésiés, les tests seront réalisés sur une plaque chauffante pour maintenir la température corporelle constante. Une application de crème anti-irritation sera appliquée sur le thorax des animaux après l’épilation nécessaire pour la mesure du fonctionnement du cœur. Tous les tests seront effectués dans une salle dédiée isolée du lieu d'hébergement, dans un environnement calme. Les animaux seront également pesés une fois par semaine pendant tout le protocole afin de détecter le moindre signe de souffrance. Les rats étant des animaux sociaux, aucun animal ne sera isolé dans une cage.

Choix des espèces

Les rongeurs sont les modèles animaux les plus couramment utilisés par la communauté scientifique pour mesurer l'efficacité de médicaments pour la maladie de Duchenne (DMD), pathologie qui affecte le bon fonctionnement des muscles et du cœur. Le modèle de souris de cette maladie permet une évaluation très complète des différents muscles, mais ne reproduit pas l’atteinte cardiaque typique des Hommes affectés par la maladie. Le rat est le modèle reproduisant tous les aspects de la pathologie (atteinte des muscles et du cœur). L'utilisation du modèle de rats DMD permettra donc de valider l’effet du traitement sur l’ensemble des organes affectés par la pathologie. Les rats utilisés seront de jeunes adultes âgés de 1 mois à 9 mois. La caractérisation préalable du modèle permettra de déterminer à quel moment la pathologie apparait et son évolution, ce qui permettra de tester l’effet du traitement à différents stades de progression de la maladie (prévention ou guérison), afin de se rapprocher au plus juste des différentes conditions de traitement qui seront testées sur les malades humains.

Immobilisées éveillées pour recevoir sept à douze injections sur trois à six mois, puis saignées cinq à sept fois, 1 245 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré. Elles portent une maladie neurodégénérative qui installe des déficits cognitifs et peut les rendre agressives avec l'âge, jusqu'aux bagarres et aux blessures. L'objectif déclaré est de tester une immunothérapie ciblant des cellules immunitaires périphériques dans la maladie d'Alzheimer et les tauopathies. Une partie des souris passe des tests comportementaux dont la nature n'est pas précisée, et une autre partie est tuée en fin de période reproductive sans qu'aucun prélèvement soit réalisé.

Objectifs

L'implication de l'immunité dans les troubles neurodégénératifs est un domaine qui émerge fortement et qui est désormais considéré comme une voie très prometteuse pour le développement d'immunothérapies innovantes modifiant la progression de ces pathologies, en particulier dans la maladie d'Alzheimer (MA) et les autres maladies d’accumulation de la protéine tau, les Tauopathies. Outre cette inflammation locale, des preuves de plus en plus nombreuses mettent aujourd'hui en évidence un rôle des acteurs périphériques du système immunitaire dans la pathophysiologie de la MA et des tauopathies. Des résultats préliminaires suggèrent fortement une réactivité de ces cellules en réponse à l’accumulation de protéines Tau pathogènes. Le projet a ainsi pour objectif de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant certains acteurs périphériques du système immunitaire, afin de contrôler leur activité et moduler les mécanismes d’inflammation cérébrale qui contribuent à l’émergence des processus neurodégénératifs.

Bénéfices attendus

La Maladie d’Alzheimer (MA) a un impact considérable sur le secteur de la santé et le secteur médico-social, en raison du coût important de la prise en charge et de la prévalence élevée de cette maladie, qui touche environ 7 millions de personnes en Europe. Avec le vieillissement de la population, le nombre de personnes concernées par cette forme de démence ainsi que d’autres maladies neurodégénératives va largement augmenter. La prise en charge de ces patients constitue aujourd’hui un coût de plus de 20 milliards d'euros par an pour la France. Aucune thérapie actuelle ne parvient à enrayer significativement cette pathologie, qui conduit à une destruction irréversible des neurones. Nous pensons qu’il y a un réel intérêt à développer cette nouvelle stratégie thérapeutique pour les maladies neurodégénératives. Cette approche se différencie des autres stratégies d’immunothérapie actuellement testées en clinique, qui visent à induire l’élimination active des dépôts protéiques pathogènes. Notre approche cherche à moduler l’inflammation cérébrale associée à la réactivité contre ces protéines pathogènes. Ces études devraient ouvrir la voie au développement de nouveaux essais cliniques thérapeutiques dans la MA et dans d’autres maladies neurodégénératives, dans le but de proposer une prise en charge plus efficace aux nombreux patients touchés par ces maladies.

Procédures

Les souris utilisées dans le projet développent une maladie neurodégénérative avec des déficits cognitifs au cours du temps. Cela pourrait entrainer des troubles du comportement et potentiellement une agressivité accrue avec l’âge source de bagarre et donc de blessures ou lésions potentielles (rare). Les traitements seront administrés par injection répétées à partir de l’âge jeune adulte ou adulte pour une période de 3 à 6 mois, à raison d’une injection toutes les 2 semaines (7 à 12 injections totales). Ces injections sont effectuées sur animal vigile (éveillé) immobilisé dans un système de contention adapté et ne durent que quelques secondes par animal (moins de 30 secondes). Des prélèvements sanguins seront réalisés sur animal vigile tous les mois sur la durée du traitement (environ 30 secondes à 1 minute par prélèvement). Les animaux seront prélevés entre 5 et 7 fois sur la durée du traitement (période de 6 mois). Une partie des animaux sera soumise à des tests comportementaux pour évaluer l’effet thérapeutique des traitements proposés, en étudiant leur impact sur les fonctions cognitives. Ces tests comportementaux durent entre 5 et 20 minutes chacun ; certains ne sont effectués qu’une seule fois, d’autres sont répétés tous les jours pendant 5 jours. Les souris seront habituées au lieu d’évaluation au préalable et auront un repos de 24h minimum entre chaque test. Enfin, les animaux seront euthanasiés selon différentes méthodes réglementaires à l’issue de la période de thérapie prévue, afin de réaliser des prélèvements pour des analyses complémentaires.

Impact sur les animaux

Les souris utilisées dans le projet développent une maladie neurodégénérative avec des déficits cognitifs au cours du temps. Cela pourrait entrainer des troubles du comportement et potentiellement une agressivité accrue avec l’âge source de bagarre et donc de blessures ou lésions potentielles (rare). Les traitements mis en œuvre impliquent des injections répétées au cours du temps ainsi que des prélèvements sanguins. Ces actes peuvent être source de stress et de douleur de courte durée avec un risque d’hématome ou de saignement. Les tests de comportement réalisés sur une partie des animaux pourront générer du stress et ou de l’angoisse en raison de la néophobie du modèle rongeur. Enfin, l’anesthésie précédant l’euthanasie des animaux pour les prélèvements implique une injection pouvant induire un stress en raison de la contention et une douleur de courte durée liée à la piqûre.

Devenir

A l’issue des procédures, les animaux seront tous euthanasiés par des méthodes réglementaires. Une première partie dans le cadre du maintien des lignées sera euthanasiée en fin de période reproductive sans réalisation de prélèvement. Une seconde partie sera euthanasiée afin de prélever les organes pour réaliser différentes analyses biologiques. Ces analyses permettront d’évaluer l’impact biologique des différents traitements, en utilisant les différents marqueurs de progression de la pathologie.

Remplacement

L’ensemble de ce projet vise à développer des stratégies thérapeutiques innovantes et jamais testées dans le cadre des maladies neurodégénératives. Il est donc indispensable d’avoir recours à un modèle expérimental in vivo chez la souris pour appréhender l’efficacité thérapeutique des traitements envisagés. Ces études ne peuvent être en aucun cas remplacées par des modèles in silico ou in vitro. Au préalable, des études in vitro ont permis de valider les propriétés régulatrices des cellules d’intérêt. Cependant, ce projet vise à mettre en évidence le rôle de certaines cellules dans un modèle de la Maladie d’Alzheimer et son impact sur la pathologie. L’évaluation de l’impact et du potentiel thérapeutique nécessite des évaluations comportementales sur animal vigile, qui ne peuvent donc pas être remplacées par des analyses in vitro. Cette stratégie s’inscrit dans un principe de remplacement, en limitant les tests in vivo autant que faire se peut.

Réduction

Le projet impliquera un total de 1245 animaux. Nous limitons au maximum le nombre d’animaux par groupe de façon à obtenir des résultats statistiquement fiables. A cause des variabilités inter-animales et inter-groupes, un nombre trop restreint d’animaux engendrerait des résultats trop variables et non valides. Compte tenu des données de la littérature (variabilité attendue) et des effets espérés, un test de puissance statistique a été utilisé pour déterminer le nombre minimum d’animaux nécessaire pour cette étude. Les procédures expérimentales ont été affinées pour éviter l'utilisation inutile de souris. Les souris utilisées pour une partie des analyses biologiques seront les mêmes animaux que ceux utilisés pour les tests comportementaux. Par ailleurs, une analyse statistique sera réalisée et nous adapterons chaque test statistique en fonction du type de résultats et d’analyse à effectuer.

Raffinement

Les procédures de ce projet ont été mises au point afin de permettre une interprétation fiable des résultats, tout en respectant le bien-être animal, et en limitant la douleur et le stress (anesthésie, analgésie). Les conditions d’hébergement sont conformes à la réglementation, les animaux disposent de nourriture et d’eau à volonté. Le milieu est enrichi à l’aide de coton de nidification ou d’enrichissement des lanières de peuplier compactées permettant de faire un nid très volumineux. Nous nous efforçons à chaque instant de raffiner nos procédures afin de garantir le bien-être des animaux en cours de procédure grâce à une surveillance attentive (points limites) et des soins adaptés (anesthésie, analgésie, soins, suivi). La lignée utilisée est déjà bien caractérisée et connue de l’équipe, et les actes mis en œuvre sont parfaitement maitrisés par le personnel et adaptés au modèle animal. Pour les stades les plus tardifs d’utilisation des animaux (plus de 500 jours), nous mettons en place un étiquetage spécifique associé à une alimentation directement dans la cage afin de faciliter l’accès et un enrichissement avec des lanières de peuplier compactées permettant de faire un nid très volumineux en complément pour éviter toute baisse de la température corporelle. Les administrations ou prélèvements seront effectués avec un matériel adapté et le plus petit possible. Les traitements seront administrés à l’aide d’un système permettant d’immobiliser l’animal sans douleur.

Choix des espèces

Justification de l’espèce : La souris est une espèce largement caractérisée et validée pour l’étude des réponses immunitaires. Il s’agit également d’une espèce chez laquelle ont été développés de nombreux modèles expérimentaux dont notamment des pathologies neurodégénératives. Justification des stades de développement : Dans le cadre de ce projet, les souris seront utilisées soit à partir de l’âge de 3 mois, correspondant au stade précoce de la pathologie, soit à l’âge de 9 mois ou 11-12 mois, stades où les troubles cognitifs sont observés selon le sexe, et jusqu’à 24 mois au plus tard pour évaluer le développement tardif de la pathologie.