Troubles nerveux

1 520 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles subissent une biopsie de la queue, une chirurgie stéréotaxique intracérébrale de quarante minutes, une légère décharge électrique et une série de tests comportementaux (activité motrice, exploration, anxiété, attention, mémoire associative), avant d'être tuées pour prélever le cerveau. Le porteur décrit des atteintes limitées, un stress lié à l'anesthésie et aux tests, mais ne précise pas les effets de la décharge électrique. Il affirme que ces explorations sur animal vigile ne peuvent pas être remplacées par des approches in vitro et espère identifier des cibles thérapeutiques contre les troubles neuropsychiatriques.

Objectifs

Percevoir avec précision la réalité extérieure est essentiel à notre survie. En particulier, les modifications de la perception sont une des caractéristiques majeures de la plupart des troubles neuropsychiatriques et neurodéveloppementaux, eux-mêmes source de souffrance et d ́exclusion sociale. Bien qu'elles soient fondamentales, les bases biologiques d'une perception précise ou altérée sont très peu comprises. Dans cette étude, nous allons étudier d'une part chez des souris comment les neurones des régions cérébrales clés de la perception échangent des informations. D'autre part, nous allons nous demander quel est le rôle de ces régions spécifiques dans la cognition sensorielle. Dans les deux cas, nous évaluerons les mécanismes qui conduisent au fonctionnement et au dysfonctionnement, grâce à l'utilisation d'un modèle de souris à haut risque de troubles neuropsychiatriques. Nous espérons que cette recherche fera progresser nos connaissances limitées sur la façon dont les troubles neurodéveloppementaux modifient les circuits neuronaux sensoriels et affectent ainsi la perception. Ces expériences permettront l’identification de cibles thérapeutiques nouvelles et précises.

Bénéfices attendus

Les résultats de ce projet permettront de disséquer de manière fonctionnelle l’implication du système thalamo-corticale dans la mémoire sensorielle chez la souris, modèle bien adapté pour mimer la physiologie et certains aspects de la pathologie humaine. L’utilisation de modèles murins transgéniques appropriés apportera des données au niveau cellulaire, anatomique et fonctionnel en identifiant les structures cérébrales fonctionnellement mises en jeu. Mieux comprendre le système thalamo-corticale sensorielle permettra d’appréhender les processus d'apprentissage, de mémorisation et de perception, mais aussi une meilleure compréhension des maladies psychiatriques dans lesquelles elle est altérée. Ces expériences permettront l’identification de cibles thérapeutiques nouvelles et précises.

Procédures

Biopsie de queue: 1 fois de moins d'une seconde. Injection sous-cutanée : 3 fois pour la chirurgie stéréotaxique, durée 5 secondes. Chirurgie pour injection stéréotaxique intracérébrale, 1 fois de 40 minutes. Légère décharge électrique, 1 fois de 1 seconde. Injection intra-péritonéale: 1 injection, durée 5 secondes. Etudes du comportement, 1 fois chacun: moteur (5 minutes), d’exploration (10 minutes), d’anxiété (10 minutes), d’attention (15 minutes) et de mémoire associatif (15 minutes/jour, 3 jours), répartis sur 4 à 7 jours.

Impact sur les animaux

L’anesthésie des animaux lors de la chirurgie peut entraîner un stress. Une douleur peut également être associée à la biopsie de queue et aux injections d’analgésique et à l’acte chirurgical. Le test de memoire peut entraîner de l'inconfort et du stress.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort: 1) pour prélever le cerveau en vue d'études physio-histologiques sur les souris expérimentales; 2) à la fin de la période de reproduction chez les souris utilisées pour les croisements.

Remplacement

Ce projet met en jeu des approches intégrées sur animal entier, des explorations fonctionnelles et comportementales complexes (cognition) sur animal vigile, mimant la pathologie humaine et qui ne peuvent donc pas être substituées par des approches in vitro.

Réduction

Des analyses a priori de puissance statistique permettent de déterminer le nombre d'animaux minimum nécessaire. D'autres tests statistiques a posteriori choisis en fonction des distributions des populations nous permettre de comparer les moyennes et identifier des différences deux à deux entre groupes expérimentaux et génotypes. Les tests statistiques permettent également de trouver des corrélations entre les variables étudiées.

Raffinement

Les animaux seront maintenus en groupes sociaux de plusieurs animaux afin d'éviter tout stress produit par un isolement social, dans un environnement avec matériel pour faire un nid. L’état de sante des animaux et leur accès à l’eau et nourriture sont surveillés quotidiennement. La chirurgie et le post-opératoire se déroule dans des conditions qui protègent la santé de l'animal, en lui protégeant de l’hypothermie grâce à un tapis chauffant et de la déshydratation avec une solution de serum physiologique. Des analgésiques sont utilisés avant et après la chirurgie, et sur les jours suivants. A la fin de la chirurgie, après le réveil complet, l'animal est replacé dans sa cage collective avec de la nourriture et de l'eau ad libitum. Les animaux sont habitués aux mains de l'expérimentateur afin de réduire leur stress par leur manipulation.

Choix des espèces

Le modèle murin est un modèle de choix pour l'exploration du comportement car les régulations cellulaires mises en jeu ont été bien caractérisées dans cette espèce et une littérature abondante existe montrant une similitude avec les observations chez l’Homme. L’organisation anatomique et fonctionnelle du cerveau est relativement proche de celle de l’Homme, ce qui permet des études anatomiques et fonctionnelles. De plus, les modèles génétiquement modifiés utilisés dans ce projet ont été créés chez la souris et nous permettent de réaliser des études phénotypiques comparatives pour caractériser les voies cellulaires ou mimer certains aspects de pathologies humaines. Pour les experiences, nous utiliserons des souris adolescentes et adultes entre 5 semaines et 6 mois car c'est au cours du jeune âge adulte que la plupart des altérations de la perception sensorielle apparaissent dans les troubles neurodéveloppementaux.

958 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Le modèle reproduit une ataxie héréditaire, les souris atteintes développant atrophie musculaire, troubles de la coordination et perte de poids avant une mort prématurée, aucun animal n'étant conservé au-delà de vingt-huit semaines. Elles subissent un prélèvement de queue pour génotypage, une injection intraveineuse d'un vecteur de thérapie génique sous anesthésie, parfois un prélèvement de sang, et huit tests comportementaux étalés sur dix jours, pour évaluer une protéine mitochondriale censée protéger les neurones. Le porteur renvoie l'application clinique à d'éventuelles études futures et affirme que la preuve d'efficacité "ne peut être obtenue" que chez des animaux malades.

Objectifs

Malgré les progrès de la génétique durant les dernières décennies, les maladies neurologiques héréditaires sont le plus souvent incurables. Il a été démontré que la progression des symptômes chez les patients est fréquemment associée à un déficit de la production d’énergie cellulaire. Dans les cellules, les structures responsables de la production de cette énergie sont les mitochondries ; elles sont considérées comme des centrales énergétiques et elles régulent des processus essentiels à la vie cellulaire, spécialement pour les neurones. En conséquence, nous avons émis l’hypothèse que préserver la fonction des mitochondries dans le système nerveux central chez des patients souffrant de pathologies neurologiques héréditaires serait une piste thérapeutique prometteuse pour aider les cellules nerveuses débilitées par la maladie. Une thérapie génique conduisant à la production abondante d’une protéine mitochondriale qui possède des propriétés intéressantes pour le fonctionnement neuronal est en cours de développement. Pour y parvenir, un vecteur comportant le gène correspondant à la protéine « candidate » a été injecté par voie intraveineuse chez des souris souffrant d’une maladie mitochondriale qui entraîne des troubles de l'équilibre, la coordination et la mémoire spatiale. Il a été montré des effets bénéfiques et durables de cette intervention sur les atteintes motrices et cognitives de ces souris. Encouragés par ces données, une thérapie génique avec cette protéine « candidate » sera testée dans un autre modèle de pathologie neurologique qui est également associé à un déficit de la production d’énergie, mais dont la cause génétique initiale ne concerne pas des gènes mitochondriaux. L’objectif sera de démontrer qu’en augmentant la quantité de cette protéine dans le système nerveux central, l’état de santé général de ces animaux sera préservé grâce à la diminution de leurs troubles moteurs et cognitifs. Si nous observons des bénéfices liés à la forte concentration de la protéine mitochondriale étudiée dans les neurones du modèle expérimental examiné, nous pourrions élargir les effets thérapeutiques à d’autres pathologies neurologiques héréditaires. In fine, une étude clinique pourrait être développée pour améliorer les conditions de vie des patients souffrant d'un éventail de maladies neurologiques.

Bénéfices attendus

Notre objectif scientifique est de prouver l'intérêt d'une thérapie génique entrainant l’augmentation d’une protéine mitochondriale possédant des propriétés de protection des neurones dans le cadre des maladies neurologiques héréditaires dont les symptômes s'aggravent suite à un déficit mitochondrial mais dont la cause génétique est au-delà des gènes mitochondriaux. Actuellement, les thérapies conçues pour ces patients ciblent l'anomalie génétique et non pas le déficit de la production d’énergie cellulaire ; ce qui ne garantit pas avec certitude une amélioration clinique même partielle. Notre stratégie consistera à réaliser une thérapie génique (traitement par modification d’un gène), à large spectre, permettant l’augmentation pérenne de la concentration d’une protéine à propriétés neuroprotectrices dans le système nerveux central. Cette protéine a déjà montré une efficacité incontestable dans un modèle expérimental dont les souris miment une maladie mitochondriale et souffrent de troubles moteurs et de mémoire. L’abondance accrue de la protéine candidate a permis de préserver l’intégrité des mitochondries et d’améliorer les paramètres physiques et neurologiques de ces souris. Le projet actuel vise à confirmer ces résultats dans un second modèle animal d’une maladie neurodégénérative héréditaire dont la cause génétique n’est pas une mutation liée à la fonction mitochondriale. Ainsi, nous déterminerons si la thérapie génique protègerait effectivement les neurones et la fonction mitochondriale ce qui permettrait une diminution chez ces souris des troubles de la locomotion, de l’équilibre, de la coordination des mouvements et de la mémoire. À terme, les données qui seront récoltées à l’issue du projet, si elles confirmaient le bénéfice pour des souris souffrant des troubles moteurs et cognitifs mais dont la cause génétique ne concerne pas les gènes mitochondriaux encourageront le développement d’études cliniques chez l’Homme pour traiter un large spectre des maladies neurologiques incurables. Ces études viseront à améliorer les conditions de vie de patients pour lesquelles aucune thérapie n’a démontré son efficacité à ce jour.

Procédures

Le modèle expérimental qui sera étudié présente des signes cliniques dommageables de par son altération génétique et ce dès 20 semaines d’âge : diminution du poids corporel, dégénérescence musculaire, déficit de l’apprentissage spatial, insuffisance respiratoire et apparition d’une ataxie (locomotion réduite, démarche anormale et troubles de la coordination). Cette dernière est évidente chez toutes les souris possédant la modification génétique à l’âge de 6 mois. Un petit fragment de l’extrémité de la queue sera prélevé sur les animaux engagés dans le projet âgés entre 7 et 10 jours afin d’identifier le génotype qui permettra de les intégrer dans les différents groupes expérimentaux. Cet acte ne sera réalisé qu’une fois et durera moins de 2 minutes par animal. Le gène médicament que nous testerons sera administré une fois aux souris âgées de 26 ou 28 jours par voie intraveineuse. Cette injection se fera sous anesthésie générale et ne durera au maximum que 5 minutes. Chez certains animaux, un prélèvement de sang sera réalisé 10 semaines après le traitement pour vérifier l’absence du médicament dans le sang périphérique et permettre la sortie des souris traitées de la zone de confinement. Ce prélèvement se fera sous anesthésie gazeuse et durera maximum 5 minutes. Une évaluation des capacités motrices et cognitives sera effectuée chez les souris traitées et certaines souris non traitées à 1, 3 et 6 mois d’âge. Cette évaluation sera composée de huit tests comportementaux pour les souris âgées d’un et 6 mois ou de quatre tests comportementaux pour les souris âgées de 3 mois. La réalisation de huit tests sera étalée sur 10 jours à raison d’un ou deux tests maximum par jour et un repos d’une nuit ou au minimum de 3 heures entre chaque test. Ils seront programmés au mieux pour éviter la fatigue, l’inconfort et le stress chez les souris. L’ensemble des animaux âgés de 6 mois sera euthanasié à la fin des procédures par une méthode règlementaire.

Impact sur les animaux

Le modèle de souris sur lequel nous travaillerons est un modèle expérimental qui reproduit une pathologie neurologique s’aggravant avec le vieillissement des souris. Les animaux présentent donc dès 8 semaines un retard de croissance qui entraine par la suite une diminution du poids moyen des animaux (20 pourcent de moins qu’une souris saine). À 30 semaines de vie, ces animaux souffriront d’une atrophie musculaire généralisée, d’une locomotion réduite, d’une démarche anormale, des tremblements, des troubles de la coordination et de l’équilibre ainsi que d’une insuffisance de la mémoire spatiale. Enfin, ils décèdent prématurément entre 35 et 45 semaines de vie ; de ce fait nous ne conserverons aucune souris en vie au-delà de l’âge de 28 semaines. Entre 7 et 10 jours de vie, tous les mâles et une partie des femelles se verra prélever un fragment de l’extrémité de leur queue pour déterminer leur génotype (sain ou malade). Une légère et brève douleur pourrait être ressentie par l’animal lors du prélèvement. Les animaux subiront une injection unique par voie intraveineuse et certains de ces animaux subiront aussi un prélèvement de sang. Ces deux gestes seront réalisés sous anesthésie gazeuse et ne dureront que 5 minutes et ils pourraient entrainer, au site d’injection ou de prélèvement, de la douleur, de l’inconfort et plus rarement, une inflammation ou un saignement. En outre, l’anesthésie gazeuse présente des risques associés (arrêt respiratoire, hypothermie). Une évaluation des capacités motrices et cognitives sera effectuée chez les souris traitées et certaines souris non traitées à 1, 3 et 6 mois d’âge. Cette évaluation sera composée de huit tests comportementaux pour les souris âgées d’un et 6 mois ou de quatre tests comportementaux pour les souris âgées de 3 mois. La réalisation de huit tests sera étalée sur 10 jours à raison d’un ou deux tests maximum par jour et un repos d’une nuit ou au minimum de 3 heures entre chaque test. Ils seront programmés au mieux pour éviter la fatigue, l’inconfort et le stress chez les souris. Malgré les précautions prises, la réalisation de ces tests pourrait diminuer le bien-être animal de par leur fréquente manipulation mais aussi de la fatigue générée.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés à la fin du projet ; ils seront alors âgés de 6 mois. La majorité d’entre eux permettront d’étudier les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des cervelets et des cerveaux grâce aux expériences d’histologie, biochimie et biologie moléculaire. L’autre partie correspond aux animaux reproducteurs qui seront euthanasiés à la fin de leur période d’accouplement (lorsqu’ils seront âgés de 6 mois). De plus, quelques animaux sains correspondent à un surplus de production nécessaire pour l’obtention du bon nombre des souris malades à traiter avec le vecteur médicament. Certains de ces souris pourraient remplacer des souris engagées dans la procédure 2 mais perdues précocement, ou pourraient être testées pour l’optimisation des techniques. Enfin, certaines de ces souris pourraient être cédées à la plateforme pour être utilisées par d’autres équipes ou pour des projets de formation.

Remplacement

La démonstration de l’efficacité biologique de la thérapie génique avec la protéine « médicament » ne peut être obtenue que par une étude exhaustive chez des animaux souffrant d’une pathologie similaire à celle de l’Homme. Cette étude devra combiner des évaluations morphologiques et fonctionnelles des structures cérébrales mais aussi l’évaluation des capacités motrices et cognitives pour déterminer l’efficacité de la thérapie chez les souris traitées qui indiquera que leur système nerveux central fonctionne mieux. Pour compléter les études morphologiques des cultures de neurones ou des tranches de cerveau ou de cervelet pourraient être effectuées. Cependant, les données qui seraient récoltées à partir de ce type d’expériences ex vivo resteront insuffisantes et ne permettront pas d’apporter une preuve de concept suffisamment robuste dans le cadre de cette étude préclinique. En effet, notre objectif final est qu’elle aboutisse au développement et à l’autorisation d’une étude clinique chez des patients atteints des maladies neurodégénératives car des thérapies conduisant à l’amélioration de leur qualité de vie sont très peu nombreuses.

Réduction

Pour ce projet nous allons utiliser au total 958 souris, nous avons réduit au strict minimum le nombre de reproducteurs qui permettront l’obtention du nombre d’animaux nécessaires pour la réalisation de l’étude. Ces nombres ont été rigoureusement définis en fonction de nos expériences précédentes sur un modèle murin de pathologie mitochondriale et grâce à un calcul de puissance du nombre des souris nécessaires. Ainsi, la taille de chaque groupe de souris incluses dans les procédures a été défini pour pouvoir récolter suffisamment de données expérimentales qu’une fois évaluées sur le plan statistique seront significatives et robustes.

Raffinement

Les souris seront hébergées entre 2 et 4 par cage sur des portoirs ventilés, nourries et abreuvées à volonté. Chaque cage comportera un environnement enrichi (maisonnette en plastique ou en cellulose, coton et bâtonnet de bois). Les pièces de l’animalerie sont maintenues à 20-22 degrés avec contrôle de la température et de l’hygrométrie, et un cycle jour-nuit progressif de 12 heures. Les injections intraveineuses de gène médicament seront réalisées sous anesthésie gazeuse. Si une détresse respiratoire est observée pendant celle-ci, la quantité d’anesthésiant sera diminuée pour permettre une meilleure oxygénation des souris. Afin de prévenir toute hypothermie les animaux seront placés sur un tapis chauffant à 37 degrés pendant la durée de l’intervention. Le site d'injection sera examiné pour s’assurer de l’absence d’un saignement ou un autre traumatisme. Chaque souris sera évaluée pendant les 2 jours qui suivent l’injection pour confirmer l’absence de blessure et d’inflammation ou un autre signe de souffrance dans l’œil injecté ; une grille de notation sera complétée pour chaque souris à la suite des observations. Une évaluation des capacités motrices et cognitives sera effectuée chez les souris traitées et certaines souris non traitées à 1, 3 et 6 mois d’âge. Cette évaluation sera composée de huit tests comportementaux pour les souris âgées d’un et 6 mois ou de quatre tests comportementaux pour les souris âgées de 3 mois. Ils seront programmés au mieux pour éviter la fatigue, l’inconfort et le stress chez les souris. Avant ces séances, les souris devront se familiariser à l’expérimentateur pendant une semaine. Le jour du test, les souris seront installées dans la pièce d’expérimentation 30 minutes avant celui-ci pour minimiser leur stress et assurer la fiabilité des données obtenues. Les huit tests comportementaux seront répartis sur 10 jours afin d’éviter l’anxiété, la fatigue ou le stress des animaux ; l’ordre de la réalisation de tests sera également choisi pour réduire au minimum les nuisances chez les souris testées. Par ailleurs, quotidiennement pendant ces séances et deux fois par semaine le reste du temps, les animaux seront observés et la grille de notation sera complétée de manière détaillée pour chaque souris ; des mesures adaptées seront prises si le bien-être des souris venait à être compromis.

Choix des espèces

Le modèle de souris sur lequel nous allons travailler est particulièrement adapté à notre projet de recherche puisqu’il reproduit fidèlement une maladie neurologique héréditaire chez l’Homme qui est associée au dysfonctionnement des structures cellulaires responsables de la production d’énergie, les mitochondries. Nous travaillerons uniquement sur les mâles car la mutation génétique responsable de la pathologie est moins stable chez les femelles. Toutes les souris engagées dans le projet proviendront de notre propre élevage. Les animaux impliqués dans le maintien de la lignée seront mis en accouplement à l’âge de 2 mois jusqu’à l’âge de 6 mois (début des symptômes chez les mâles reproducteurs). Entre 7 et 10 jours de vie, l’ensemble des animaux se verra prélevé un millimètre de l’extrémité de leur queue pour identifier leur génotype. Celui-ci nous permettra de sélectionner les femelles reproductrices (Wild-type), les mâles sains (Wild-type) et les mâles qui développeront la maladie à 6 mois d’âge. Une proportion de ces derniers servira à la reproduction et l’autre partie sera testée avec le gène médicament. Les souris mâles asymptomatiques et les mâles qui développeront la maladie à partir de 6 mois d’âge seront traitées à l’âge de 26 ou 28 jours afin d’optimiser le bénéfice potentiel de la thérapie génique qui permettrait, si efficace, une protection des neurones. En effet, la maladie débute à 8 semaines d’âge, donc nous interviendrons avec la thérapie génique précocement afin de prévenir la dégénérescence neuronale grâce à la protection de la fonction mitochondriale.

80 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent une irradiation cérébrale à forte dose sous anesthésie sur trois jours, puis cinq mois de tapis de course, des prélèvements sanguins en contention et des séances d'IRM sous anesthésie, pour tester si l'activité physique et de faibles doses de rayonnements limitent les lésions dues à la radiothérapie. Le porteur décrit une batterie de tests comportementaux répétée quatre fois (fatigue, locomotion, anxiété, mémoire, apprentissage spatial) et indique que l'irradiation provoque fatigue, perte de poids et érythèmes cutanés, présentés comme transitoires. Les retombées pour les patients sont renvoyées au long terme, tandis que le porteur affirme qu'il est "indispensable" de recourir à l'animal pour une analyse intégrée.

Objectifs

La radiothérapie (RT) est un traitement de référence pour traiter les tumeurs cérébrales, mais celle-ci peut induire des déficits cognitifs et une fatigue altérant la qualité de vie des patients. Les travaux de recherche actuels soutiennent l'implication concomitante de plusieurs processus interconnectés (dommages vasculaires, modifications de la matrice extracellulaire, neuroinflammation, neurodégénerescence, démyélinisation) contribuant au développement du déclin cognitif. Proposer une stratégie thérapeutique pour remédier aux déficits cognitifs observés après RT est essentiel pour améliorer la prise en charge des patients et représente un enjeu sociétal majeur face à l’augmentation du nombre de patients survivants après un cancer. Bien que les irradiations ionisantes appliquées à fortes doses utilisées pour la RT soient délétères pour les cellules, une exposition à de faibles doses de rayonnements ionisants (FDRI) pourrait promouvoir la protection et la réparation tissulaire, par leurs effets antioxydants, anti-inflammatoires et anti-apoptotiques. Récemment, il a été proposé l'existence d'un effet hormétique des FDRI sur le cerveau, suggérant que les FDRI pourraient être une thérapie prometteuse dans le cadre de diverses pathologies cérébrales. Parmi les traitements proposés pour la prise en charge de la radiotoxicité cérébrale, l’activité physique adaptée (AP), outil de réadaptation non invasif et non médicamenteux, semble pertinente. Plusieurs études cliniques menées sur différents types de cancer ont montré un bénéfice de l’AP sur le pronostic et la qualité de vie des patients. Des études épidémiologiques et interventionnelles suggèrent que l’AP améliore des processus cognitifs liés aux processus mnésiques et aux fonctions exécutives. De plus, la pratique d’une AP permettrait de réduire le déclin cognitif associé au vieillissement à la fois normal et pathologique, notamment dans des conditions neurodégénératives. Dans ce contexte, le projet proposé vise à étudier l’intérêt d’une exposition aux FDRI et de l’AP, seules ou combinées, pour réduire les lésions cérébrales et les déficits cognitifs consécutifs à la RT cérébrale.

Bénéfices attendus

Cette étude préclinique doit permettre de 1/ d’apporter des preuves expérimentales robustes pour évaluer l'intérêt thérapeutique des FDRI et de l’AP sur les effets délétères induits par une irradiation cérébrale à fortes doses de rayonnements ionisants et 2/ de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents aux bienfaits des FDRI et de l’AP dans un contexte de radiotoxicité cérébrale. A la fin du projet, les résultats seront accessibles sous la forme d’articles scientifiques. De plus, des biobanques de tissus cérébraux et de sang seront établies lors de ce projet et seront mises à disposition de la communauté scientifique. A long terme, une transposition à la clinique pourrait être envisagée pour atténuer le déclin cognitif des patients traités par RT et améliorer leur qualité de vie.

Procédures

Les animaux seront soumis à différentes procédures : - irradiation cérébrale à fortes doses de rayonnements ionisants qui sera délivrée sur 3 jours consécutifs et qui durera 10 minutes pour chaque fraction d’irradiation, réalisée sous anesthésie générale des animaux. - exposition cérébrale aux faibles doses de rayonnements ionisants (traitement FDRI) qui sera délivrée sur 3 jours consécutifs et qui durera 10 minutes pour chaque fraction d’irradiation, réalisée sous anesthésie générale des animaux. - pratique régulière de l’activité physique via l’utilsiation d’un tapis de course (traitement AP). Chaque session d'activité physique durera 30 minutes et sera réalisée 3 fois par semaine pendant 5 mois. - tests comportementaux : fatigue, activité locomotrice et comportement de type anxieux, mémoire à court-terme, mémoire à long-terme et apprentissage spatial et mémoire de référence. Chaque animal réalisera 4 fois cette batterie de tests comportementaux (3 semaines, 5 semaines, 2 mois et 6 mois post-irradiation). L’ensemble des tests comportementaux seront échelonnés sur 2 semaines avec 1 seul test par jour. La durée de chaque test sera comprise entre 10 et 20 minutes. - prélèvements sanguins : ils seront réalisés sur animaux vigiles, en utilisant une boîte de contention, à 5 semaines et 2 mois post-irradiation cérébrale. La durée totale de la procédure (temps maximal pour réaliser le prélèvement) ne dépassera pas 5min. - examens en IRM cérébral qui seront réalisé à 2 mois et 6 mois post-irradiation. Ces examens d’imagerie seront réalisés sous anesthésie générale des animaux et l’examen durera 60 minutes pour chaque animal.

Impact sur les animaux

Suite à l'irradiation cérébrale, les animaux seront fatigués, présenteront une perte de poids et pourront présenter des signes de dégradation de leur état général (porphyrine autour des yeux et de la bouche, sécrétions au niveau du museau, érythèmes cutanés sur la tête) accompagnés d'une diminution de la prise alimentaire et hydrique. Cependant, ces effets indésirables sont transitoires et réversibles(de 5 jours à 14 jours après irradiation), comme cela est décrit chez les chez les patients traités par radiothérapie.

Devenir

L’ensemble des animaux utilisés seront mis à mort à la fin de l’étude afin de mener des études post mortem sur le sang et le tissu cérébral.

Remplacement

Les effets délétères de l’irradiation cérébrale sur l’organisation structurelle et fonctionnelle du cerveau ne sont pas seulement dus à des effets directs sur le cerveau, mais aussi à des phénomènes humoraux (stress oxydatif, inflammation, exosomes, hormones) et nerveux (dommages des voies nerveuses périphériques) qui ampflient les dommages cérébraux, les déficits cognitifs et la fatigue induits après l’irradiation cérébrale. Ainsi, il est indispensable d’avoir recours à l’expérimentation sur des animaux pour permettre une analyse intégrée des phénomènes complexes induits par l’irradiation cérébrale, d’évaluer l’intérêt des FDRI et de l’AP, et d’avoir des preuves expérimentales suffisamment robustes pour, à terme, tester ces traitements chez l’Homme.

Réduction

Grâce à l'utilisation au préalable de tests statistiques appropriés et à l'utilisation de techniques d'investigation non invasives (imagerie IRM et tests comportementaux), le nombre d'animaux nécessaire pour permettre une puissance des résultats sera réduit au minimum. Chaque animal subira ces examens non invasifs de façon séquentielle (suivi longitudinal pendant 6 mois post-irradiation), ce qui réduit le nombre d’animaux utilisés. A partir de données du laboratoire obtenues sur ce modèle animal de radiotoxicité cérébrale, nous estimons que le nombre d’animaux nécessaire à cette étude est N=20 rats/groupe pour les 4 groupes expérimentaux. Au total, 80 rats seront nécessaires pour réaliser l’ensemble du projet. Par ailleurs, l’ensemble de ce projet sera réalisé sur plusieurs cohortes d’animaux successives avec des effectifs par groupe plus réduit afin de réaliser une analyse statistique séquentielle des données obtenues en IRM et comportement, ce qui permettra si des différences significatives sont observées de ne pas atteindre le nombre maximal d’animaux par groupe fixé. Cette méthode d’analyse statistique séquentielle permettra éventuellement de réduire le nombre d’animaux initialement prévu dans ce projet.

Raffinement

Les animaux seront hébergés en animalerie conventionnelle aux normes requises. Le personnel participant au projet est formé aux procédures en expérimentation animale. Des inspections du bien-être des animaux sont réalisées quotidiennement. De plus, toutes les mesures visant à réduire la douleur, la souffrance et l’angoisse infligées aux animaux seront entreprises, notamment en appliquant une anesthésie et une analgésie appropriées. Concernant les effets indésirables liés à l’irradiation cérébrale qui peuvent affecter de façon transitoire l’état général des animaux, des mesures sont déjà mises en place dans le laboratoire et connues par les personnes impliquées dans ce projet. Pour limiter ces effets indésirables survenant uniquement pendant les 2 premières semaines après irradiation, le poids des animaux est relevé quotidiennement, une alimentation particulière est donnée aux animaux : croquettes mouillées dans une coupelle déposée directement dans la cage ainsi que de la gelée hyperprotéinée. Des injections intrapéritonéales de sérum physiologique sont réalisées 2 fois par semaine, pour éviter une éventuelle déshydratation. Concernant les érythèmes cutanés sur le haut de la tête, celles-ci sont bien connues et prises en charge selon les recommandations du vétérinaire de l’animalerie. Dès que la peau est bien sèche, une crème hydratante et cicatrisante est appliquée tous les 2 jours jusqu’à la cicatrisation cutanée. De plus, une échelle d’évaluation de l’état général des animaux (score défini par plusieurs items visuels) a été mise en place par le laboratoire sur ce modèle animal pour surveiller finement l’état général des animaux. Enfin, des points limites spécifiques et de critères d'arrêt de souffrance seront utilisés afin de réduire toute souffrance ou douleur chez les animaux.

Choix des espèces

Le rat possède un cerveau dont la taille est supérieure à la souris et qui est compatible avec les appareils permettant une irradiation encéphalique ciblée ainsi qu’une imagerie de haute résolution. D’autre part, plusieurs tests comportementaux visant à évaluer les déficits moteurs et cognitifs sont bien décrits chez le rat. Enfin, nous avons développé au sein du laboratoire un modèle de radiotoxicité cérébrale chez le rat, pour lequel nous avons déjà très bien caractérisé les dommages cérébraux ainsi que les modifications comportementales (fatigue, locomotion, mémoire, comportements de type anxiété et de type dépression) jusqu’à 6 mois après irradiation encéphalique. Ainsi, nous maitrisons très bien ce modèle animal que ce soit dans le décours temporel de sa physiopathologie mais aussi en termes de prise en charge du bien-être animal. Les animaux utilisés dans ce projet seront âgés de 5 mois (correspondant à un poids d’environ 350 g) lors de leur arrivée à l’animalerie. Lors du 1er mois, les rats seront acclimatés dans leur nouvel environnement, habituer aux expérimentateurs et aux dispositifs expérimentaux (tests comportementaux et tapis de course pour l’AP). L’irradiation cérébrale sera réalisée sur des animaux âgés de 6 mois. . L’âge de 6 mois a été retenu puisqu’il correspond à l’âge adulte mature chez le rat et est équivalent à l’âge de 18 ans chez l’Homme. A ce stade de développement chez le rat, la substance blanche est complètement mature, ce qui représente un critère très important pour modéliser les atteintes cérébrales observées chez le patient adulte traité par radiothérapie.

6500 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, la plupart tués à l'issue et jusqu'à 100 réutilisés pour de la formation ou d'autres études. Un tiers subit une neurochirurgie crânienne d'environ une heure, puis les rats reçoivent des stimulations sonores et des injections de candidats médicaments jusqu'à deux fois par jour pendant 28 jours, avec des prélèvements sanguins répétés. Le porteur indique que les rats sont hébergés seuls après l'implantation, ce qui les isole socialement, et que les molécules testées peuvent provoquer perte de tonus, somnolence ou excitation. Il affirme que ces mécanismes complexes ne peuvent être reproduits par des modèles cellulaires ou informatiques et qu'une preuve d'innocuité chez l'animal est "indispensable" avant toute mise sur le marché.

Objectifs

Les maladies neurologiques et psychiatriques représentent un enjeu majeur de santé publique et touchent de plus en plus de personnes du fait de la croissance et du vieillissement de la population mondiale. Développer de nouvelles thérapies ciblant ces maladies est un axe majeur actuellement. L’objectif aujourd’hui est d’identifier des méthodologies précliniques précoces capables de sélectionner des composés sur la base de leur efficacité potentielle chez l’homme. Les méthodes se basent sur des biomarqueurs utilisables à la fois chez l’animal et chez l’homme. Parmis eux, les activités oscillatoires de base et les potentiels évoqués sont particulièrement intéressants. Dans ce projet, les activités oscillatoires spontanées et évoquées chez des animaux contrôles et des animaux reproduisant des symptômes de pathologies humaines seront étudiées.

Bénéfices attendus

Afin d'optimiser le développement de nouveaux médicaments et ainsi fournir aux patients des traitements efficaces, la priorité est donnée à la découverte et l'utilisation de marqueurs d'évaluation d'efficacité quantifiables, fiables et facilement transposables enter les études précliniques et cliniques. Les activités électriques cérébrales sont largement conservées à travers les mammifères permettant ainsi une transposition fiable entre l'humain et le rongeur. Dans ce projet nous utiliserons des rats.Nous chercherons à mettre en évidence de nouveaux marqueurs biologiques sur ces animaux. Ces marqueurs biologiques translationnels permettront de tester de nouveaux candidats médicament.

Procédures

1/3 des animaux de ce projet vont subir une neurochirurgie d’environ une heure, réalisée sous anesthésie générale. Les animaux pourront être soumis à des stimulations sonores (2 heures maximum en pulse de stimulation, non continu) qui seront réalisées sur l’animal vigile une à deux fois par semaine. Lors des tests pharmacologiques en courte durée (injections aigues durant quelques minutes), un protocole de stimulation sonore sera appliqué avant et après l’administration d’un candidat médicament. Une période de repos de 2 jours minimum sera respectée entre 2 sessions (en fonction du delais possible d'admission des candidats médicaments). Lors des tests pharmacologiques en administration de longue durée (chronique), les injections pourront être réalisées jusqu’à deux fois par jour, sur une durée maximum de 28 jours. Des prélèvements sanguins (d'une durée de quelques minutes) pourront être faits au cours de la procédue expérimentale en fonction du plan expérimental établi. Le volume de prélèvement dépendra de la fréquence de prélèvement : le volume prélevé pourra aller jusqu’à 7.5% de volume sanguin circulant avec une période de récupération d’une semaine (pour un rat de 300g, 1.2 ml), et jusqu’à 10% avec 2 semaines de récupération (pour un rat de 300g, 2 mL). Les prélèvements seront effectués de manière à ne pas dépasser le volume de sang maximm autorisé (1.2 ml sur 1 semaine) pouvant etre fait en prelèvement retro-orbitaire, ou caudal (en fin d'EEG par exemple, ou 200 µl de sang sont prélévés, répatable (si besoin de prelevement à différents temps pour la pharmacocinétique, avec une limite de 3 prélèvements maximum par jour), avec en moyenne 2 EEG par semaine)

Impact sur les animaux

Suite à la chirurgie, une diminution de l'activité locomotrice et une deshydratation passagère pourront être observées. Une douleur modérée pourra apparaitre dans les heures suivant l'intervention chirurgicale. Lors de la stimulation cérébrale, malgré l'intensité faible utilisée, une réaction comportementale (freezing, sursaut, clignement d'yeux) pourra être induite dans de rares cas. Malgré les études toxicologiques préalablement conduites et exigées avant tous tests de composés sur nos animaux, certains effets indésirables non attendus peuvent survenir, notamment une perte de tonus musculaire, une somnolence ou à l'inverse une excitation dûe au fait des mécanismes d'action des molécules testées. Les animaux sont hébergés en cage individuelle (portoir ventilé) après l'implantation des dispositifs d'enregistrement ce qui engendre un isolement social.

Devenir

Il sera nécessaire de vérifier l’exposition aux molécules testées et une caractérisation histologique des tissus de tous les animaux engagés dans ce projet. Si toutefois cette vérification n'est pas nécessaire (demandé dans le plan expérimental), les animaux pourront être réutilisés (pour de la formation ou pour un autre plan d'étude) si : - le nombre d'injection maximum n'a pas été atteint - le bien être de l'animal le permet.

Remplacement

Cette étude nécessite l'utilisation de modèles animaux car elle adresse des mécanismes physiopathologiques complexes qui ne peuvent pas être représentés par des modèles plus simples (ex. modèle cellulaire ou computationnel). Pour toute demande de mise sur le marché, et quel que soit le pays de vente ciblé, il est indispensable pour les industries pharmaceutiques de prouver l’innocuité et l’efficacité d’une molécule. Avant de réaliser des essais cliniques, des tests in vitro et in vivo sont nécessaires. Les mécanismes d’apparition, puis de mise en place des troubles neurologiques, sont encore peu connus et nécessitent des explorations supplémentaires. Cette étude nécessite donc l'utilisation de modèles animaux car elle cible des mécanismes physiopathologiques complexes qui ne peuvent pas être récapitulés par des modèles plus simples (ex. culture de neurones).

Réduction

Dans ce projet, chaque animal est son propore contrôle et chaque animal recoit toutes les conditions pharmacologiques dans un ordre aléatoire (= plan d'étude croisée), ce qui permet de reduire le nombre de groupe d'animaux (évite d'avoir un groupe d'animaux contrôle). Le nombnre d'animaux nécessaire pour avoir des réultats significatifs est calculé avant d'établir le plan expérimental en utilisant des tests statistiques adaptés.

Raffinement

Dès réception, les animaux s'acclimatent 1 semaine à leur environnement. Une injection de morphinique sera faite avant la procédure chirurgicale et sera renouvelée 6 à 8 h après afin de prévenir toute douleur liée à la phase de chirurgie. Les chirurgies se déroulent sous anesthésie générale volatile. L'état de santé des animaux sera surveillé tout au long des expériences et évalué grâce à une grille codifiant le niveau de douleur et définissant les points limites adaptés. Cela permettra d’intervenir immédiatement et de manière appropriée dès le moindre signe de souffrance. Les animaux seront hébergés dans des cages individuelles avec enrichissement. Il sera proposé aux animaux, 1 fois par semaine pendant 30 minutes, un temps de regroupement et de sociabilisation au sein d'une enceinte contenant différents enrichissements.

Choix des espèces

Dans ce projet nous utiliserons des rats. Ces animaux présentent des similarités anatomiques et fonctionnelles avec le cerveau humain et notamment au niveau des activités électriques cérébrales spontanées et induites et ils peuvent être utilisés pour le développement de nouveaux médicaments. Les animaux sont manipulés au minimum à l’age de 8 semaines puisque nous souhaitons évaluer les modifications électrophysiologiques chez des animaux adultes, car les circuits, à cet âge là sont matures.

18 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent une chirurgie d'administration intracrânienne, un isolement de 24 heures, un examen d'imagerie sous anesthésie et quatre prélèvements sanguins, dont trois sur animal vigile sans analgésique pour ne pas fausser les dosages, afin de suivre un médicament radiomarqué injecté dans le cerveau. Le porteur indique avoir mené en amont des analyses in silico, in vitro et sur organe artificiel, mais affirme qu'elles ne reproduisent pas la distribution réelle dans un organisme vivant. L'étude ne comporte que 18 animaux, répartis en une phase pilote de deux rats et une phase principale conditionnée à ses résultats.

Objectifs

L’objectif de notre projet est d’étudier la distribution dans l’organisme entier d’un médicament pour traiter les patients souffrant de certaines pathologies neurologiques. L’objectif est de vérifier la bonne libération du médicament marqué par radioactivité après l’avoir administré directement dans le cerveau grâce à un suivi par imagerie .

Bénéfices attendus

Ce médicament testé est conçu grâce à de nouvelles technologies qui devraient permettre d’accroître sa sécurité d’utilisation (moins d’effets secondaires) et d’améliorer son efficacité dans le traitement de certaines pathologies neurologiques .

Procédures

Les 18 animaux subiront tout d’abord une procédure chirurgicale pour permettre une administration intracrânienne d'un composé (20 minutes environ). Suite à cela, ils seront placés durant 24 heures maximum (durée totale de l’étude) en cage individuelle. ils auront un examen d'imagerie durant 15 min maximum sous anesthésie générale .Un prélèvement sanguin effectué en 1 minute environ sera réalisé sur ces 18 animaux dans la veine de la queue à 3 reprises, puis un dernier prélèvement juste avant la mise à mort.

Impact sur les animaux

La procédure chirurgicale pourra induire une souffrance des animaux. L’hébergement en cage individuelle des rats opérés, nécessaire après la procédure chirurgicale et pour le suivi par imagerie durant 24h maximum, pourrait conduire à un stress par la limitation des interactions sociales directes. Les 3 prélèvements sanguins s’effectueront sur animal vigile sans aucune médication, analgésique ou anti-inflammatoire pour ne pas perturber l’activité des animaux et les dosages réalisés. L’anesthésie générale est susceptible de causer une hypothermie.

Devenir

Tous les animaux nécessaires à la réalisation de ce projet seront mis à mort à la fin du suivi par imagerie à la fin de la procédure expérimentale (24H maximum).

Remplacement

Les alternatives non animales ne peuvent être envisagées dans le cadre de ce projet, car la détection et la mesure du médicament radiomarqué, dans le cerveau et d'autres organes d'intérêt nécessitent un suivi temporel sur un animal vivant avec toute la complexité du système biologique dans son ensemble (organes, sang, environnement et microenvironnement, …). Avant la planification de ce projet, des alternatives non animales et des méthodes de remplacement partielles ont également été utilisées. Des analyses in silico avec des simulations pharmacocinétiques ont été utilisées pour prédire la formulation et la biodistribution du médicament. Des analyses in vitro sur des échantillons de tissus isolées ont été également réalisées pour analyser la distribution du médicament et son mécanisme d’action. Pour l’imagerie, une simulation avec un organe artificiel a été utilisé en amont pour vérifier la faisabilité et la pertinence du protocole au vue des quantités très faibles du médicament administré. Ces approches de remplacement ont permis d’avoir une évaluation préliminaire précieuse. Cependant, l'utilisation d'organes artificiels, d’échantillons tissulaires et cellulaires ou de modèles informatiques ne permettent pas de reproduire fidèlement les conditions réelles de distribution dans un organisme vivant.

Réduction

Nous utilisons le nombre minimum d’animaux nécessaire à la réalisation du projet qui nous permettront néanmoins d’obtenir des résultats représentatifs Pour la Phase 1 de faisabilité de notre étude, nous allons tester notre méthodologie sur 2 animaux, un rat mâle et un rat femelle. Pour déterminer le nombre de points temporels nécessaires et optimaux pour les examens, afin de suivre le passage du médicament radiomarqué de manière séquentielle : une analyse de régression est envisagée. La phase 2 ne sera réalisée que si, et seulement si la phase 1 et concluante. Pour la Phase 2 : Le nombre d’animaux a été calculé en envisageant un niveau de signification α à 0,05 et une puissance de 0,80. Pour comparer la biodistribution entre deux sites d'injection (ICV vs. IPC), un test t de Student est envisagé. Pour analyser la dosimétrie, un test de variance (ANOVA) est utilisé pour comparer la captation du médicament entre les différents organes.

Raffinement

Les animaux seront hébergés dans des cages standards répondant aux normes européennes actuelles avec un enrichissement (papier kraft), ils auront un accès non restreint à de la nourriture et de l’eau. Leur bien-être sera suivi bi-quotidiennement par du personnel qualifié 5j/7 et quotidiennement pendant les week-ends et jours fériés. Une attention toute particulière sera portée aux animaux pendant la chirurgie qui sera réalisée dans des conditions d’asepsie strictes (analgésie pré-opératoire, anesthésie générale, maintien de la température corporelle, désinfection et anesthésie locale du site d’incision) ainsi qu’après (analgésie post-opératoire). Durant les examens, les animaux seront placés sur un lit chauffé avec une surveillance permanente de leur respiration et rythme cardiaque par un expérimentateur qualifié qui pourra intervenir si nécessaire. Les prélèvements sanguins seront effectués par du personnel ayant les compétences requises et une observation régulière des animaux sera effectuée après réalisation de chaque prélèvement. Si un animal présente des signes de souffrance ou détresse qui ne peuvent être soulagés, il sera immédiatement euthanasié dans des conditions éthiques.

Choix des espèces

Le choix du rat comme espéce utlisé est un choix technique imposé par la résolution spatiale de notre appareil d'imagerie afin de mieux visualiser la biodistribution du radiotraceur de façon objective dans le carveau et les autres organes . Les animaux seront des rats âgés de 3 mois à leur arrivée au laboratoire, les expérimentations déburteront 1 semaine après leur arrivée. Cela correspond à des rats adultes pour être dans des conditions identiques à celles souhaitées chez l’Homme .

180 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils sont exposés au xénon dans une boîte d'inhalation pendant quatre heures et porteurs d'une pompe implantée chirurgicalement dans le dos pour délivrer un médicament, afin de tester si le xénon aide les traitements à franchir la barrière hémato-encéphalique. Le porteur indique que l'implantation de la pompe peut provoquer une infection et une réaction inflammatoire locales. Il reconnaît qu'une partie du projet repose sur des cultures cellulaires in vitro, mais affirme que la complexité anatomique impose un recours aux "systèmes intégrés", les rats étant tués pour prélever leurs organes.

Objectifs

La barrière hématoencéphalique (BHE) est une interface essentielle qui sépare le sang du système nerveux central (SNC), empêchant ainsi les substances indésirables d'atteindre le cerveau. Cette barrière constitue un obstacle majeur pour l'acheminement de médicaments ciblant le cerveau. Dans le cadre de ce projet, nous explorons l'utilisation du xénon pour moduler la perméabilité de la BHE, permettant ainsi l'entrée de médicaments dans le cerveau. Le xénon présente de nombreuses propriétés intéressantes pour diverses applications : 1) il est chimiquement inerte et soluble dans la plupart des fluides biologiques ; 2) in vitro, il peut être facilement introduit et retiré des échantillons cellulaires ; 3) in vivo, il est actuellement utilisé comme agent anesthésiant à l'hôpital. Les protéines membranaires ABC (ATP Binding Cassette), jouent un rôle clé dans les phénomènes généraux de pharmacocinétique et de pharmacologie clinique, qui concernent de nombreux médicaments, grâce à leur capacité de reconnaissance multi-spécifique. La BHE présente une perméabilité restreinte et sélective en raison de l'expression de ces protéines ABC et de la présence de jonctions serrées dans les espaces inter-endothéliaux, permettant ainsi de contrôler la composition du milieu interstitiel cérébral. Bien que nous sachions maintenant que le xénon franchit rapidement la BHE, il est intéressant d'évaluer la possibilité d'utiliser sa dynamique aide au passage des médicaments dans le cerveau. Si tel est le cas, obtenir des informations sur la perméabilité de la BHE serait utile pour de nombreuses applications médicales, telles que la détermination de doses pour l'administration de médicaments au cerveau.

Bénéfices attendus

L'étude vise à étudier la capacité du Xénon à favoriser le passage de composés à travers la BHE. Les résultats de cette étude sont porteurs d'applications pharmaceutiques potentielles, qui bénéficieront en fin de compte aux patients. La démonstration d'une augmentation des concentrations cérébrales de médicaments tels que des agents anticancéreux (vérapamil), des antiépileptiques (acide valproïque, clobazam, stiripentol, bumétadine) et/ou des agents anti-infectieux (tenofovir, zidovudine, lamivudine, lopinavir) grâce à l'utilisation du xénon pourrait ouvrir la voie à son utilisation chez l'homme. Cela est d'autant plus prometteur que le xénon est déjà utilisé en clinique humaine. Les bénéfices attendus de cette étude comprennent : 1- Amélioration de la délivrance de médicaments au cerveau : En évaluant l'impact du xénon sur la barrière hémato-encéphalique (BHE), l'étude cherche à déterminer la meilleure combinaison de xénon et d'oxygène-Air qui favorise le passage des composés à travers la BHE. Cela pourrait conduire à une meilleure diffusion des médicaments thérapeutiques dans le cerveau potentialisant ainsi les traitements actuels. 2- Potentiel d'optimisation des traitements existants : Si l'utilisation du xénon permet d'augmenter les concentrations cérébrales des médicaments mentionnés (anticancéreux, antiépileptiques, anti-infectieux), cela pourrait améliorer l'efficacité de ces traitements chez les patients atteints de ces affections. 3- Utilisation potentielle du xénon chez l'homme : Si les résultats expérimentaux démontrent l'effet bénéfique du xénon sur la perméabilité de la BHE et l'augmentation des concentrations cérébrales des médicaments, cela pourrait justifier l'utilisation du xénon chez les patients humains. Étant donné que le xénon est déjà utilisé en clinique humaine, cela faciliterait son adoption et son application dans le contexte médical. En résumé, l'étude vise à démontrer les avantages potentiels de l'utilisation du xénon pour améliorer la délivrance de médicaments au cerveau, ce qui pourrait conduire à des traitements plus efficaces pour les patients atteints de cancer, d'épilepsie et d'infections par exemple. Ces résultats ouvriraient également la voie à l'utilisation clinique du xénon chez les humains, en capitalisant sur sa sécurité et son utilisation déjà établies dans le domaine médical.

Procédures

Les rats seront placés dans une boite d’inhalation permettant l’exposition au xénon. Les médicaments seront administrés au moyen d’une pompe Alzet placée au dos de l’animal. L’animal sera libre de ses mouvements dans la cage d’inhalation. La durée de traitement est de 4h. A la fin de chaque traitement les animaux seront euthanasiés pour prélèvement d’organes.

Impact sur les animaux

Ces considérations seront prises en compte lors de l'étude : Stress lié à la manipulation des animaux et au placement dans la cage : 1- Problème d'infection suite à la chirurgie 2- Réaction inflammatoire : L'implantation des pompes peut provoquer une réaction inflammatoire locale.

Devenir

Les rats seront euthanasiés à la fin de chaque expérimentation pour des prélèvements d’organes.

Remplacement

Le projet que nous souhaitons mener repose sur diverses approches expérimentales complémentaires. La validation de l’utilisation du xénon comme marqueur de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique sera réalisée à l’aide de modèles in vitro de cellules en culture. Ces modèles in vitro constituent un axe important du projet et leur étude apporteront des éléments précieux qui permettront de réduire au maximum l’utilisation d’animaux. Toutefois, l’un des objectifs importants du projet est de tester si l’administration du xénon par inhalation permet une meilleure biodisponibilité cérébrale des molécules thérapeutiques. La complexité anatomique des voies de communication entre le compartiment systémique et le cerveau est telle qu’elles ne sont pas modélisable in vitro. Nous devrons donc avoir recours à des systèmes intégrés afin de tester et valider nos hypothèses.

Réduction

Nous utiliserons le nombre minimum d’animaux (180 au total) nécessaire pour obtenir des résultats statistiquement significatifs. 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.

Raffinement

• Les animaux sont hébergés en groupe, dans un environnement enrichi. • L’application de critères d’arrêt et le suivi quotidien des animaux hébergés permettent de garantir leur bien-être. L’état de santé des animaux sera surveillé (état général) tout au long de l’expérience • Stress des animaux liés à leur mise en cage :Les animaux seront progressivement familiarisés avec la boîte d'inhalation en étant exposés à celle-ci pendant des sessions d'entraînement quotidienne sur une période de 15 jours avant le début des expérimentations. Au cours de ces sessions d'entraînement, les rats seront placés dans la boîte d'inhalation pendant des périodes croissantes, commençant par des durées plus courtes et augmentant progressivement jusqu'à atteindre la durée maximale de 4 heures prévue pour l'expérience. Cette approche graduelle visera à réduire l'anxiété et le stress liés à l'exposition à la boîte d'inhalation et aux manipulations associées. • Infection/inflammation du fait de la chirurgie pour l’implantation des pompes : Les animaux seront suivis quotidiennement suite à l’implantation des pompes t. En cas de signe d’infection/inflammation, le vétérinaire sera contacté pour savoir quelles mesures prendre.

Choix des espèces

L’étude de l’efficacité du xénon pour moduler la perméabilité de la BHE nécessite un modèle élaboré comme le rat couramment utilisé en pharmacologie. De plus celui-ci est préféré à la souris car sa plus grande taille rend les expérience plus sensible (la quantité de signal étant plus grande). Cette espèce sera aussi utilisée dans les études futures de toxicologie. Les rats adultes seront utilisés dans ce protocole. Cette première étude adresse les agents thérapeutiques pour une application dans un premier temps chez l’adulte. En conséquence, Il est nécessaire d’utiliser des animaux bien matures sur le plan du développement neuronal. En fonction des résultats nous envisagerons les animaux juvéniles.

7 750 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Certaines, génétiquement modifiées, reproduisent des maladies neurologiques rares et développent troubles moteurs, dégradation de l'état général et perte de poids, tandis que des candidats médicaments leur sont administrés jusqu'à treize semaines, avec pose de mini-pompes sous la peau et prélèvements sanguins répétés. Le porteur fixe un point limite à 20 % de perte de poids, seuil qui déclenche la mise à mort des animaux qui se dégradent. Il affirme que seul l'animal possède un répertoire comportemental et neurophysiologique intégré permettant de tester l'efficacité des composés.

Objectifs

En France, le nombre de personnes atteintes de maladies rares est estimé actuellement à 3.5 millions. Une maladie est dite rare lorsqu’elle affecte moins d’une personne sur 2000. Plus de 7000 maladies rares, dont environ 800 neurologiques, sont décrites, et de nouvelles sont identifiées chaque semaine. Les maladies rares sont généralement sévères, chroniques, handicapantes. L’atteinte peut être visible dès la naissance ou l’enfance, comme par exemple l’amyotrophie spinale infantile. Cependant, plus de 50% des maladies rares apparaissent à l’âge adulte, comme la maladie de Huntington, la sclérose latérale amyotrophique ou les ataxies spinocérébelleuses. La moitié des personnes atteintes présentent des déficits moteurs, sensitifs ou intellectuels et dans 9 % des cas, une perte totale d’autonomie. C’est dans ce contexte que notre équipe tente aujourd’hui d’identifier des composés issus de notre recherche capable de ralentir ou d’arrêter la progression de ces maladies, afin de proposer aux patients des traitements adaptés et personnalisés. Dans le cadre de la recherche de nouveaux médicaments, les composés, après avoir été sélectionnés grâce à des tests in vitro, sont testés in vivo chez la souris saine ou génétiquement modifiée afin d’évaluer leur effet dans le traitement des maladies rares neurologiques, et destinés à être administrés chez l’homme par différentes voies de traitement. La souris présente une forte homologie génétique, physiologique et comportementale avec l’homme et apporte ainsi une forte valeur translationnelle. En effet, 90% des gènes humains ont un équivalent chez la souris saine, permettant d’élaborer des approches génétiques et fonctionnelles valides. Lorsque l’homologie homme/souris n’est pas possible, le remplacement total ou partiel dans le génome du gène de la souris par son équivalent humain permet la création de lignées génétiquement modifiées. Nous avons également recours à des souris génétiquement modifiées répondant en tant que modèle de physiopathologie humaine récapitulant une partie des caractéristiques pathologiques observées chez l’Homme.

Bénéfices attendus

Ce projet s’inscrit dans le cadre de la stratégie de recherche en neurosciences. Les bénéfices attendus de ce projet sont d’identifier et de sélectionner des candidats médicaments et de déterminer leur efficacité sur une cible donnée dans le cadre de maladies rares neurologiques.

Procédures

• Administration des médicaments vétérinaires analgésiques (contention d’une durée maximale de 30s) • Administration de composés testables, de référence ou véhicule (selon la voie d'administration) : animal vigile en simple contention d’une durée maximale de 30s – 1 fois par semaine pendant 13 semaines maximum ou sous anesthesie générale gazeuse et couverture analgésique (durée maximale de 25 minutes – 1 seule fois en début d’expérience) ou encore avec mise en place d’une mini-pompe pour l’administration continue de composé implantée sous anesthésie générale gazeuse et couverture analgésique (durée maximale de 10 min – 1 fois par mois si nécessité de changer la mini-pompe) • Prélèvement de sang sur animal vigile (1 fois toutes les 3 semaines pendant 30 semaines maximum) : Contention d’une durée maximale de 2min ; Piqûre de la veine marginale de la patte d’une durée maximale de quelques secondes ; Prélèvement de sang d’une durée maximale de 15 secondes

Impact sur les animaux

Une potentielle source de stress ou douleur peut provenir lors : -Des injections d’analgésiques et/ou d’anesthésiques. La contention de 30s et l’injection d’environ 10s peuvent également générer du stress. -de l’administration de composés testés réalisée dans la première procédure chez la souris vigile avec une contention de 30s et une injection d’environ 10s qui peuvent également générer du stress. -Ou, dans la seconde procédure de la phase chirurgicale nécessaire à l’administration du composé testé (d’une durée d’environ 20 minutes) et du suivi post-opératoire. -Des prélèvements de sang au niveau de la veine marginale de la patte. La contention d’une durée maximale de 2 min ainsi que le prélèvement (moins de 30s) peuvent générer du stress. -D’une perte de poids limitée à 20% du poids de l’animal. -Des signes cliniques observables associés à l’injection des composés (troubles du comportement, altération de l’état général). -De signes cliniques liés à l’expression des altérations génétiques : les souris génétiquement modifiées miment les pathologies humaines et sont susceptibles de développer ainsi des signes cliniques évolutifs tels que des troubles moteurs (incoordination motrice), une altération de l’état général, des dermatites, de la perte de poids.

Devenir

Toutes les souris sont soit euthanasiées en cours d’étude si des points limites éthiques sont atteints, soit euthanasiées en fin d’études afin de réaliser des prélèvements de fluides et/ou de tissus qui permettront d’effectuer des analyses biochimiques.

Remplacement

La recherche de nouveaux médicaments dans le domaine des maladies neurologiques rares repose sur une première étape d’identification de molécules efficaces sur leur cible au moyen de tests in vitro (cultures de neurones primaires, IPS…) et in silico. Toutefois l’efficacité thérapeutique d’une molécule ne peut être démontrée qu’après administration chez l’animal. Il est donc nécessaire que les molécules les plus abouties dans leur développement soient administrées in vivo. Plus spécifiquement pour ce projet, seul l’animal (sains et génétiquement modifié) possède de façon intégrée un répertoire comportemental et des caractéristiques neurophysiologiques permettant de tester l’efficacité de candidats médicaments pour le traitement de maladies neurologiques rares.

Réduction

Dans un premier temps, une caractérisation des composés de référence est réalisée afin de déterminer la dose pharmacologiquement pertinente, choix basé sur les données de la littérature et les brevets issus de la concurrence (3 animaux par groupe suffisent à avoir une réponse reproductible). Les effets toxiques potentiels des traitements pharmacologiques seront évités en administrant aux doses définies dans la littérature ou après détermination de la première dose toxique par l’équipe de toxicologie. A l’issue des premiers résultats obtenus, nous pouvons tester à la dose identifiée les candidats médicaments avec un faible effectif (3 à 5 animaux par groupe suffisent à avoir une réponse reproductible). Ce premier filtre vivo permet de discriminer les composés afin de sélectionner uniquement les candidats pharmacologiquement intéressants. Ils seront ensuite évalués à différentes doses et différents temps post-administration à l’aide d’une approche descriptive (pas de tests statistiques). Les meilleurs candidats seront testés dans des études nécessitant plus d’animaux (pharmacocinétique / pharmacodynamie, …), une modélisation non linéaire et une approche statistique multi-critères est effectué en collaboration avec le service statistique dédié. Au cas par cas, en fonction du projet de recherche concerné et des questions posées, une consultation statistique sera programmée pour réajuster le nombre d’animaux nécessaire ainsi que pour travailler sur le design expérimental le plus adapté. La technique de prélèvement de sang dite par microsampling, peu invasive et rapide, permet de prélever des échantillons de sang plusieurs fois sur un même individu, contribuant ainsi à la réduction du nombre d’animaux, tout en respectant les limites de volémies physiologiques. Lors des prélèvements effectués à la fin des études, un maximum de tissus et de fluides seront collectés sur un même animal. Chaque tissu, cérébral ou périphérique, sera séparé en plusieurs échantillons permettant ainsi la multiplication des analyses biochimiques et/histologiques potentiellement réalisables. Ce process nous permet de limiter au maximum le nombre d’animaux utilisés par projet de recherche.

Raffinement

Les injections intracérébrales seront réalisées sous anesthésie générale gazeuse et avec analgésie pré, péri et post-opératoire. Seules les souris opérées pour l’implantation d’une mini-pompe (type pompe alzet) seront remises en groupe après la phase de chirurgie si les caractéristiques de la souche le permettent. Toute la phase chirurgicale, d’une durée d’environ 20 minutes, (de l’induction de l’anesthésie au réveil de l’animal) se fera sur couverture chauffante et/ou dans des enceintes chauffées réduisant ainsi significativement le risque d’hypothermie. Les éventuelles recommandations en termes de limite d’âge ou de conditions de maintien émises par la Structure de Bien-Etre Animal seront appliquées aux souris âgées ou génétiquement modifiées qui peuvent développer des signes pathologiques avec le temps. Des prélèvements de sang à la veine marginale de la patte peuvent être mis en œuvre afin d’obtenir des informations sur des possibles biomarqueurs ou sur le profil d’exposition du composé (évitant ainsi des études de pharmacocinétique dédiées). Si des prélèvements sanguins répétés sont prévus, le volume maximal prélevé n’excèdera pas 15% de volume de sang total sur 28 jours. Tous les animaux font l’objet d’un suivi quotidien qui est accru lors des périodes post-chirurgicales, pour les souris génétiquement altérées, et/ou soumises à une étude pharmacologique chronique (procédure 2), réalisé par les expérimentateurs et le personnel assurant leur soin. Un suivi particulier sera réalisé pour les animaux faisant l’objet d’une administration de composés par voie intracérébrale. Plus précisément, un suivi post injection sera assuré dès le réveil de l’animal et par l’intermédiaire d’une analyse observationnelle basée sur des critères définis par une grille d’observation spécifique scorée. Les animaux disposeront d’enrichissement dans leurs hébergements bâtonnets de coton ‘cocoon’ et de sizzle pad pour se construire un nid ou de morceau de bois à ronger dans leur cage d’hébergement et d’un tube en plexiglass.

Choix des espèces

La souris présente une forte homologie génétique, physiologique et comportementale avec l’homme et ainsi une forte valeur translationnelle. Les procédures d’évaluations décrites dans ce projet s’appuient sur une littérature scientifique et une expertise interne robustes. La souris est génétiquement modifiable, avec des techniques de plus en plus performantes (ex : édition du génome), et offre une large palette de modèles pertinents pour l’identification de nouveaux biomarqueurs et cibles des maladies neuropsychiatriques. Les souris seront utilisées du stade « jeune adulte sevré » au stade « animal âgé ». L’âge des souris au moment des études effectuées dépendra du modèle utilisé : Si l’étude concerne des injections de composés par voie cérébrale/orale ou périphérique, les souris utilisées sont de jeunes adultes sevrés ou adultes au moment de l’administration. Quel que soit le modèle, l’âge d’utilisation dépendra des éventuelles recommandations en termes de limite d’âge qui pourront être émises par la Structure de Bien-Etre Animal.