Troubles nerveux

268 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue pour prélèvement d'organes, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré. Elles reçoivent une injection sous-cutanée quotidienne pendant un à quatre mois, passent une série de cinq tests comportementaux à trois mois puis à six mois, et subissent un électromyogramme sous anesthésie. La molécule évaluée est déjà commercialisée pour d'autres indications, et la lignée a été créée par l'équipe pour reproduire une maladie neuromusculaire humaine sans traitement curatif. Le porteur retient des femelles, dont les symptômes sont plus marqués que ceux des mâles, et les utilise entre 2 et 6 mois, avant l'âge de 15 mois où les homozygotes se dégradent.

Objectifs

Ce projet multisite déployé sur 3 établissements concerne le développement d’une thérapie pharmacologique pouvant constituer un traitement curatif pour une maladie neuromusculaire fatale chez l’Homme et pour laquelle, il n’existe aujourd’hui aucun traitement curatif. Cette maladie est provoquée par des mutations d’un gène, et cela entraine des troubles moteurs et sensoriels chez les patients dès l’enfance. La thérapie pharmacologique a pour but de prévenir l’avancée de la pathologie, retardant son développement, voire même de restaurer les fonctions sensorimotrices chez des individus traités en post- symptomatique. Précédemment, nous avons développé un modèle animal (souris) qui reproduit pour la première fois les troubles moteurs et sensoriels retrouvés chez les patients. Nous avons élaboré une méthodologie avec ce modèle pour développer notre thérapie. L’objectif de cette étude multi-établissement est d’évaluer le potentiel thérapeutique d’une molécule déjà sur le marché pour d’autres indications sur une durée de traitement de 1 à 4 mois en analysant les effets sur le comportement et l’organisme de nos souris (analyses tissulaires et moléculaires).

Bénéfices attendus

La validation de notre protocole et l’évaluation des bénéfices d'une molécule chez la souris constituerait un premier pas vers une thérapie adaptable à l’Homme dans le cadre d’une maladie génétique.

Procédures

Les souris recevront la molécule quotidiennement par injection sous cutanée (30 secondes) dans l’établissement utilisateur (EU) 2. Les souris réaliseront une fois (à 3 mois) ou deux fois (à 3 et 6 mois) la série de 5 tests comportementaux (durée : entre 30s et 15mn) au sein de l’EU2. A la suite de ces tests, un électromyogramme mesurant la latence et l’amplitude de la réponse musculaire (réalisé sous analgésie et anesthésie, durée : 15-20mn) sera également réalisé dans l’EU2, à 3 mois ou à 3 et 6 mois. Ces tests permettront d’évaluer les capacités motrices et sensorielles des animaux permettant de rendre compte de l’efficacité de l’approche thérapeutique.

Impact sur les animaux

La manipulation répétée pour l’identification des géniteurs, leur mise en accouplements et la vérification des gestations causent un stress léger et court, qui s’atténue à mesure que les animaux s’habituent à l’expérimentateur. Nuisances dues au phénotype : les individus homozygotes peuvent présenter une altération de l’état général à partir de 15 mois. Néanmoins, cet âge ne sera pas atteint car trop tardif pour la reproduction en vue de la création de la cohorte et ou de la fenêtre étudiée dans cette étude. L’injection quotidienne sous cutanée de la molécule (durée 1 mn) peut induire un léger stress dû à la manipulation qui s’atténue à mesure que les animaux s’habituent. L’administration de la molécule peut entrainer une douleur et des réactions cutanées. Les tests de comportements peuvent causer un stresse modéré. Aucun autre effet indésirable n’est attendu à l’issu de ces éléments.

Devenir

La validation de ce protocole de thérapie pharmacologique sur les souris par des analyses comportementales et tissulaires, nécessite leur mise à mort afin d’étudier le phénotype tissulaire (prélèvement d’organes post-mortem pour analyses).

Remplacement

Le projet a pour but de valider un premier protocole pharmacologique pour cette maladie neuromusculaire fatale et incurable chez l’Homme. Le modèle poisson-zèbre a permis de mettre en évidence des effets au niveau physiologique et cellulaire de cette approche. Elle nécessite à présenter être validée dans un organisme modèle de mammifère. Le tissu nerveux ne pouvant être accessible chez l’Homme et les essais thérapeutiques ne pouvant être testés directement chez l’Homme, il est essentiel de prouver l’efficacité de notre approche dans une étude pré-clinique chez la souris.

Réduction

Les expériences seront réalisées avec la volonté de réduire au maximum le nombre d’animaux par condition expérimentale tout en conservant un nombre suffisant de souris par lot pour pouvoir analyser nos résultats de façon statistique et ne pas avoir besoin de reconduire ce type de projet. Le nombre d’individus inclus dans chaque procédure a été calculé à l’aide d’outils statistiques.

Raffinement

Le bien-être de notre modèle murin ne diffère pas du modèle sauvage durant le temps de l’expérimentation (6 mois maximum) permettant un hébergement en cage collective pour respecter leurs besoins sociaux. L’organisation des tests comportementaux seront précédés d’une phase d’entrainement et une période de récupération d’au moins une demi-journée voir 2 jours entiers est prévue afin de limiter au minimum le stress des animaux. Chaque animal sera surveillé de façon individuelle et de façon quotidienne. A chaque étape du projet, des points limites ont été établis pour soustraire l’animal à la souffrance.

Choix des espèces

Avec 98% d’identité protéique avec l’Homme, la souris constitue un modèle idéal pour reproduire les pathologies humaines afin de les étudier dans un contexte physiologique mais également de pouvoir tester et valider des approches thérapeutiques. L’étude réalisée sur notre modèle a montré qu’il reproduit pour la première fois les symptômes moteurs et sensoriels retrouvés chez les patients, justifiant son utilisation pour valider notre approche pharmacologique. Notre projet sera réalisé sur des femelles, dont les symptômes sont plus marqués que chez les mâles, au stade adulte (2 à 6 mois). Notre modèle souris présente des défauts moteurs et sensoriels décelables uniquement par des tests comportementaux entre 1 et 3 mois ; il est donc nécessaire de débuter la stratégie à un stade précoce symptomatique. La validation du protocole et l’évaluation des bénéfices au niveau comportemental et histologique doivent être évaluées au stade adulte pour évaluer les effets de la thérapie.

Quatre mois d'administration nasale trois fois par semaine, trois séances d'IRM sous sédation de deux heures et demie, deux tests d'anxiété par semaine dont une suspension par la queue, puis un mois seule en cage pour installer un état dépressif : 320 souris modèles de la maladie d'Alzheimer et de la trisomie 21 vont être utilisées, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger pour 64 d'entre elles et modéré pour 256. Le porteur présente cet isolement d'un mois comme le meilleur compromis pour éviter des "souffrances psychologiques inutiles", alors qu'il sert à produire la détresse même que le projet veut mesurer. Il indique aussi que chaque sédation peut abaisser les défenses immunitaires des souris, tout en qualifiant l'IRM de non invasive et indolore. Les souris utilisées pour caler le protocole d'imagerie pourront être réutilisées dans d'autres procédures ou dans des projets d'enseignement, les autres étant tuées pour prélever leur cerveau.

Objectifs

Plusieurs études scientifiques montrent l’importance de la neuroinflammation, c’est-à-dire l’inflammation du cerveau, dans l’aggravation des lésions cérébrales au cours de la maladie d’Alzheimer et l’intérêt de développer une approche thérapeutique la ciblant. Récemment, une nouvelle approche thérapeutique a été testée : il s’agit d’administrer un présentant des propriétés favorisant la prolifération des certains types cellulaires du cerveau et la protection des neurones. Il a été démontré que ce peptide favorisait la mémoire spatiale et l’activation de cellules qui combattent l’inflammation neuronale. Sur la base de cet effet bénéfique, nous souhaitons tester son potentiel thérapeutique pour la maladie d'Alzheimer (MA). Pour cela, nous utiliserons des souris modèles pour la MA, mais aussi pour la Trisomie 21 humaine, une pathologie associée à un risque très élevé de développer une maladie d'Alzheimer en vieillissant. La dépression est également étroitement liée à la MA et à la Trisomie 21, et est donc présente chez de nombreux patients. L'hypothèse que nous faisons ici est que, en traitant l'inflammation et, indirectement, la MA, nous obtiendrons des bénéfices également au niveau de la dépression. Les souris seront traitées avec la molécule à différents stades pour comparer les effets du traitement : avant l’apparition des symptômes de la pathologie neurodégénérative et à un stade plus avancé. Des tests comportementaux et des acquisitions d’IRM fonctionnelles seront corrélés aux informations déjà obtenues sur l’impact sur les mécanismes neuro-inflammatoires. Les tests comportementaux fournissent des informations sur certaines fonctions cérébrales, comme la mémoire spatiale. Grâce à l'IRMf, en revanche, on peut mesurer de manière non invasive à la fois le niveau d'inflammation du cerveau - et la qualité des connexions entre les régions cérébrales paramètre utilisé pour suivre certains troubles cognitifs.

Bénéfices attendus

Cette recherche doit permettre de déterminer si la molécule testée a des effets bénéfiques, en particulier anti-inflammatoires, sur la survenue et la progression de la maladie d’Alzheimer. Si les résultats sont positifs, alors d’autres études pourront être conduites jusqu’en clinique de ce candidat-médicament pour les patients atteints de maladies neurodégénératives, comme la MA et la trisomie 21.L’induction de la dépression par l’isolement social pourrait entraîner un déficit de toilettage chez l’animal, accompagné d’une perte transitoire de poids.

Procédures

Les interventions auxquelles les souris sont soumises sont les suivantes : - un traitement prolongé de 4 mois avec la molécule en question par voie nasale de la durée de quelques seconds, trois fois par semaine en vigile. - Trois séances d'imagerie de 2,5 heures maximum par résonance magnétique sous sédation pour mesurer le niveau de connectivité cérébrale. - Enfin, des tests comportementaux d'une durée maximale de 15 minutes, deux fois par semaine avec un jour de repos entre les deux, compléteront les informations obtenues par imagerie afin d’évaluer le niveau d’anxiété des animaux. Les deux tests employés visent à déterminer quel comportement un animal privilégie : celui provoqué par sa motivation naturelle ou celui influencé par un niveau d’anxiété élevé. Ainsi, un de tests vise à comparer le temps passé dans des couloirs fermés à celui passé dans des couloirs ouverts (moindre si l’animal est plus stressé). Le test de suspension vise à comparer le temps passé à essayer de se libérer à celui passé immobile (plus élevé lorsque l’animal est stressé). - À la fin de la période de traitement, les souris seront hébergées pendant un mois dans des cages individuelles afin de produire un état favorisant la dépression. - La coupe de la queue pour le génotypage est un peu douloureuse.

Impact sur les animaux

L’administration de la molécule peut éventuellement générer un stress léger lié à la manipulation de l’animal par un opérateur. Les séances d'IRM seront espacées d'au moins un mois et nécessiteront une sédation légère, mais chaque sédation peut baisser les défenses immunitaires et fragiliser les souris. La pose du cathéter sous-cutané, nécessaire pour maintenir la sédation lors de certaines sessions d'IRM, pourrait être gênante Le stress pour l'animal, induit par les tests comportementaux. L'hébergement individuel temporaire des souris dans des cages individuelles induira un état de dépression.

Devenir

Une partie des souris vont servir à optimiser un protocole d’IRM fonctionnelle. Elles n’auront pas eu d’injection de la molécule candidate. A l’issue de cette procédure, elles pourront être réutilisées dans une autre procédure ou dans le cadre de projets à des fins d'enseignement. Pour une autre partie, en revanche, il sera nécessaire d’euthanasier les animaux pour récupérer leur cerveau pour des études ultérieures ex vivo, indispensables pour s’assurer de la validité des résultats obtenus par IRM fonctionnelle.

Remplacement

Ce projet de recherche vise à valider in vivo les effets thérapeutiques d’une molécule sur la maladie d’Alzheimer. Il n’existe aujourd’hui aucune méthode alternative (modèle ex vivo ou computationnel) permettant de modéliser la complexité des mécanismes moléculaires, cellulaires, physiologiques inhérent à ce projet. L'utilisation de modèles animaux est indispensable pour comprendre les mécanismes physiopathologiques et tester de nouvelles approches thérapeutiques.

Réduction

Le recours à l’IRM permet de réduire le nombre d’animaux utilisés dans ce protocole : c’est un outil puissant capable d’explorer de manière non invasive de multiples paramètres en une seule séance et adapté au suivi au cours du temps. Nous avons effectué des analyses statistiques basées sur des données précédemment acquises nous permettant de constituer des groupes avec un nombre d’animaux le plus petit possible et garantissant une validité statistique de nos résultats. De plus, l'un des protocoles expérimentaux décrits ici prévoit l'optimisation du protocole utilisé pour anesthésier les souris pendant un scan IRMf, et les souris issues de ce protocole pourront être réutilisées à des fins pédagogiques. Enfin, nous procéderons à une vérification minutieuse et continue des articles scientifiques publiés, afin d'éviter toute répétition inutile des protocoles expérimentaux.

Raffinement

Les IRM, non invasives et indolores, seront réalisées sous anesthésie par un opérateur qualifié. L'anesthésie pourra être réalisée sous forme gazeuse ou injectable (anesthésique ou sédatif administré par cathéter sous-cutané, selon les besoins expérimentaux). Chaque session IRM ne dépassera pas 2,5 heures. La fréquence respiratoire des animaux sera surveillée en continu tout au long de l'examen afin de détecter tout effet indésirable. Lors des séances d’IRM, la tête des animaux sera immobilisée à l’aide d’un dispositif de maintien adapté, afin d’éviter les mouvements pendant l’enregistrement des images. Pour limiter tout inconfort, une anesthésie locale sera appliquée aux oreilles avant la mise en place du dispositif. Les animaux seront maintenus au chaud grâce à un tapis chauffant adapté, afin de prévenir toute hypothermie pendant la procédure. L’hébergement individuel nécessaire pour induire un état dépressif a été réduit à un seul mois. Des études précédentes ont montré que ce délai d'un mois est le meilleur compromis entre l'efficacité, en termes de dépression, et la brièveté, pour éviter des souffrances psychologiques inutiles. Nous avons établi une liste détaillée des points limites, avec des interventions spécifiques à mettre en œuvre pour assurer un contrôle continu du bien-être animal et une réponse rapide à d'éventuels effets secondaires des traitements et expériences prévus.

Choix des espèces

Les souris représentent la quasi-totalité des modèles connus pour la maladie d'Alzheimer et la trisomie 21. De plus, la quantité et la qualité des études des connexions entre différentes régions cérébrales déjà menées sur la souris ont permis non seulement d'optimiser les protocoles d'acquisition et d'analyse des données, mais aussi d'établir des comparaisons directes avec la connectivité du cerveau humain, qui ont montré un haut niveau de similitude. Enfin, la souris permet de suivre l'évolution de la pathologie en l'espace de quelques mois. L'âge des souris à utiliser est déterminé implicitement par les phases par rapport auxquelles nous voulons étudier les effets bénéfiques de la molécule sur la maladie d'Alzheimer.

Une chirurgie intracérébrale de 20 à 30 minutes, ou une injection dans l'orbite de l'œil sous anesthésie, sert à administrer des vecteurs viraux à 1 598 souris, dont 1 568 dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Toutes subissent trois prélèvements sanguins au sinus veineux rétro-orbitaire et sont tuées pour analyse des tissus cérébraux, y compris les reproducteurs, mis à mort en fin de période de fertilité. Certaines lignées utilisées vieillissent de façon accélérée et meurent vers dix mois, d'autres font des crises d'épilepsie spontanées entraînant une mortalité précoce. Le projet annonce cinq tests comportementaux qualifiés de peu stressants pour évaluer les capacités cognitives, sans préciser lesquels.

Objectifs

La thérapie génique est une approche prometteuse qui consiste à corriger certaines maladies en apportant une version fonctionnelle d’un gène défectueux. Pour cela, des vecteurs viraux sont utilisés comme « transporteurs » afin d’acheminer ce gène dans les cellules du patient. Cette stratégie a déjà permis des avancées importantes dans le traitement de maladies rares. Cependant, des effets secondaires graves ont été observés lors de certains essais cliniques, en particulier lorsque des doses élevées de vecteurs sont nécessaires. Ces effets sont en partie liés à une réaction excessive du système immunitaire. L’un des enjeux majeurs actuels est donc de rendre ces traitements plus sûrs, en réduisant les doses administrées tout en conservant leur efficacité. Une piste importante consiste à améliorer la qualité des vecteurs produits, afin qu’ils soient plus performant et mieux toléré. Ce projet vise à mieux comprendre comment la qualité des vecteurs viraux influence la réaction du système immunitaire. Plus précisément, il s’agit d’identifier quels critères de qualité permettent de limiter les réactions indésirables. Nous étudierons également l’impact de certains paramètres, comme la composition des vecteurs viraux , sur leur efficacité et leur tolérance par l’organisme receveur. Ces recherches seront menées chez la souris, modèle essentiel pour étudier à la fois les effets du traitement et les réactions biologiques dans un organisme entier. Une partie du projet portera sur la maladie d’Alzheimer, afin d’évaluer le potentiel de nouvelles approches thérapeutiques. Les animaux seront donc évalués sur leur capacité d’apprentissage avant et après traitement avec un vecteur viral codant un gène médicament.

Bénéfices attendus

Ce projet a pour objectif d’améliorer la sécurité et l’efficacité de la thérapie génique, une approche innovante qui pourrait transformer le traitement de nombreuses maladies graves, notamment des maladies génétiques et neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer. Elle a déjà fait ses preuves dans le cas de maladies génétiques rares. En comprenant mieux comment la qualité des vecteurs utilisés influence la réaction du système immunitaire, cette étude permettra d’identifier des critères essentiels pour produire des traitements mieux tolérés par l’organisme. À terme, cela pourrait réduire les effets secondaires observés chez certains patients et rendre ces thérapies accessibles à un plus grand nombre de personnes, y compris dans des maladies nécessitant des doses élevées. Les résultats attendus apporteront également de nouvelles connaissances sur les interactions entre les traitements et le système immunitaire, un enjeu clé pour le développement de nombreuses approches thérapeutiques. Au-delà de la santé humaine, ce projet contribuera à améliorer les méthodes de production et de contrôle qualité des vecteurs utilisés en recherche biomédicale, ce qui bénéficiera à l’ensemble de la communauté scientifique. À plus long terme, ces avancées pourraient accélérer le développement de nouveaux traitements plus sûrs et plus efficaces pour diverses maladies.

Procédures

Les animaux seront soumis à différentes interventions : - Une partie des animaux recevra un vecteur viral par chirurgie intracérébrale à l’âge adulte (durée : 20 à 30 minutes), à la suite de quoi les animaux récupèrent généralement en quelques heures. - Une partie des animaux recevra le vecteur viral par injection rétro-orbitaire à l’âge adulte (cet acte dure moins d’une minute et se pratique sous anesthésie). - Une partie des animaux sera soumise à 5 tests comportementaux peu stressants et destinés à évaluer leur capacités cognitives et d’apprentissage. Chacun de ces tests durent entre 30 sec et 6 min par souris et par jour. L’ensemble des tests est effectué sur une période de 4 à 6 semaines en fonction du nombre de tests prévus (4 à 5). - Pour le suivi de la réponse immunitaire, l’ensemble des animaux subiront trois prélèvements sanguins (effectué en quelques secondes au niveau du sinus veineux rétro-orbitaire) avant injection, puis 1 jour et 1 mois après-injection.

Impact sur les animaux

Les animaux seront soumis à différents types de manipulations qui entraineront les effets indésirables différents : - Les effets secondaires liés à l’injection se limitent à une douleur transitoire au niveau du point d’injection. - Une des souches de souris présente un vieillissement accéléré qui se traduit par une surmortalité survenant vers l’âge de 10 mois environ. - Une des souches de souris peuvent présenter des crises d’épilepsie spontanées conduisant à une mortalité précoce - L’injection peut entraîner une hémorragie légère au site d’injection qui se résorbe spontanément en quelques minutes. - Les tests comportementaux sont réalisés sur animaux vigiles et peuvent entraîner un stress léger. Ce stress sera réduit au minimum par l’habituation à l’expérimentateur avant chaque session d’étude. - Les prélèvements sanguins ou injection peuvent conduire à une légère hémorragie au site d’injection, facilement jugulée par compression légère.

Devenir

Tous les animaux sont destinés à une étude des tissus et/ou analyse et de l’expression des gènes au niveau des régions atteintes du cerveau, ce qui nécessite leur euthanasie. Les animaux reproducteurs des différentes lignées utilisées seront euthanasiés en fin de période de fertilité. Ces animaux ne seront en effet plus utilisables dans le cadre du projet, et ne pourront pas non plus être réutilisés dans d’autres projets du fait des potentiels biais expérimentaux induits par la période de reproduction active . L’euthanasie interviendra par des méthodes adaptées et validées.

Remplacement

Ce projet fait appel à des modèles de souris déjà caractérisés de la maladie d’Alzheimer. A l’heure actuelle, ce projet ne peut être réalisé à l’aide de modèles cellulaires, ni être simulé par des techniques informatiques. En effet, les symptômes neurologiques cognitifs de la maladie ne peuvent être reproduits que chez l’animal, notamment dans les modèles murins. Il est donc nécessaire de réaliser ce projet sur une espèce modèle mammifère comme la souris, qui possède un cerveau complexe doté d’un système permettant d’exprimer des comportements sophistiqués. De plus la proximité entre l’espèce humaine et la souris maximisera la pertinence des cibles thérapeutiques identifiées au cours de ce projet.

Réduction

Une étude statistique a été réalisée pour déterminer le nombre minimum d’animaux par groupe nécessaire pour observer des effets significatifs. Cette étude est basée sur des données obtenues dans la littérature scientifique et sur les valeurs que nous avons observées dans le passé lors d’expériences utilisant des analyses similaires. Ainsi, nous prévoyons d’utiliser 1578 animaux lors des expériences qui seront menées pendant les 5 années de l’étude. Ce nombre maximum, a été déterminé en fonction des expériences à réaliser pour pouvoir répondre à la question scientifique. Pour minimiser le nombre d’animaux utilisés dans le projet nous avons prévu les procédures au fur et à mesure avec une réduction du nombre de groupes possible s’il apparait qu’un ou plusieurs des facteurs étudiés apparaissent sans impact sur la réponse étudiée.

Raffinement

Le suivi quotidien des souris hébergées en groupe dans un milieu enrichi et l’application de critères d’arrêt en élevage et en expérimentation permettra de garantir leur bien-être. En cas d’atteinte des points limites, le vétérinaire de l’installation sera alerté afin de mettre en œuvre des traitements appropriés. L’état de santé des animaux sera surveillé tout au long de l’expérience à l’aide d’une grille de scoring. Les protocoles d’anesthésie et de diminution de la douleur des procédures chirurgicales ont été définis et validés par une équipe vétérinaire. Des échelles cliniques journalières, un soutien nutritionnel adapté et l’application de critères d’arrêts permettent de veiller au bien-être des rongeurs. Les animaux bénéficieront de périodes de récupération suffisantes après les anesthésies générales et les gestes chirurgicaux. Les tests comportementaux seront précédés par une phase d’habituation à l’expérimentateur afin de minimiser le stress et d’assurer une reproductibilité optimale de ces expériences.

Choix des espèces

Choix de l’espèce modèle : L’objectif de ce projet est d’améliorer les connaissances sur la maladie d’Alzheimer afin d’identifier de nouvelles solutions thérapeutiques. La région initialement la plus gravement atteinte dans la maladie d’Alzheimer est celle qui gère la mémoire et les émotions. Les modèles animaux invertébrés ne possèdent pas cette zone. Il est donc nécessaire de mener ce projet sur une espèce dotée d’un tel système, similaire à celui retrouvé dans l’espèce humaine. Les rongeurs, et la souris en particulier, possèdent une zone très proche de celle de l’espèce humaine. De plus, la grande proximité entre le génome de la souris et le génome humain assure une pertinence maximale des cibles thérapeutiques qui seront identifiées au cours de ce projet. Les souris qui seront utilisées reproduisent les différentes lésions anatomiques retrouvées dans le cerveau des patients atteints de la maladie d’Alzheimer. Elles présentent également des altérations cognitives (défauts de mémoire spatiale et de mémoire de travail) qui sont caractéristiques de cette maladie. Ces déficits peuvent être quantifiés par des tests comportementaux qui sont réalisés en routine au laboratoire. Choix du stade de développement étudié : La maladie d’Alzheimer se déclare la plupart du temps chez le sujet âgé, mais des déficits discrets apparaissent longtemps en amont du diagnostic. Nous étudierons donc les modèles animaux à un temps précoce et à un temps tardif pour refléter les effets observés en début et en fin de la maladie, soit entre 4 et 14 mois selon les différents modèles de la maladie qui seront étudiés.

2 020 souris vont être utilisées, toutes tuées pour analyser les cellules immunitaires qui infiltrent leur cerveau, dont 300 dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent une injection de lymphocytes T dans une veine sous anesthésie, jusqu'à neuf injections dans l'abdomen sur trois semaines sans anesthésie, et un traitement oral quotidien pendant trois semaines. Le modèle détruit une partie des neurones à orexine de l'hypothalamus, ce qui provoque de légers troubles du sommeil que le porteur dit sans autre conséquence sur le comportement. Il présente cette faible sévérité comme un argument de raffinement, et retient la souris pour ses "faibles coûts", ses cycles de reproduction courts et sa facilité de manipulation.

Objectifs

La narcolepsie de type 1 est un trouble du sommeil handicapant caractérisé par une somnolence diurne, des épisodes de perte brutale totale ou partielle du tonus musculaire allant de quelques secondes à quelques minutes ainsi que des paralysies du sommeil. Cette maladie a un fort impact sur la vie quotidienne des patients. La narcolepsie est causée par la perte sélective d’une population de neurones situés dans l’hypothalamus, produisant un neurotransmetteur appelé orexine. Si les mécanismes menant à cette destruction ne sont pas connus, des éléments pointent vers une origine auto-immune. Le projet vise à mieux comprendre la biologie d’une population de lymphocytes T, appelée lymphocytes T résidents mémoires, impliquée dans des maladies inflammatoires chroniques, notamment dans le système nerveux central. Pour cela, nous utiliserons un modèle murin de narcolepsie afin de mimer la pathologie humaine et ainsi de comprendre les mécanismes moléculaires permettant le maintien de ces lymphocytes T au sein du système nerveux central, ce qui permettra d’interférer avec ceux-ci dans un but thérapeutique. Les implications, y compris cliniques, de ces travaux sont réelles.

Bénéfices attendus

L’utilisation d’une double approche basée sur (i) des molécules candidates suggérée par nos travaux antérieurs et (ii) une approche plus large sur des bases de la littérature scientifique permettra d’identifier plusieurs molécules favorisant la pathogénicité des lymphocytes T résidents mémoires dans le système nerveux central. Ceci conduira à tester les molécules les plus prometteuse dans notre modèle murin de narcolepsie. Les avancées dans la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à l’accumulation des lymphocytes T résidents mémoires dans le système nerveux central, et par ce biais le caractère chronique de la pathologie, auront des implications à la fois physiopathologiques et thérapeutiques. De façon remarquable, une densité accrue de lymphocytes T résidents mémoires a été tout récemment détectée chez les patients atteints de narcolepsie soulignant la pertinence clinique de nos travaux sur ce modèle animal.

Procédures

Une injection unique de lymphocytes T par voie intraveineuse sous anesthésie. Maximum de 9 injections par voie intra-péritonéale réparties sur 3 semaines avec un maximum de 3 injections par semaine sans anesthésie. Traitement quotidien par voie orale pendant 3 semaines sans anesthésie.

Impact sur les animaux

Dans le cadre de notre modèle murin de narcolepsie, peu de nuisances sont attendues sur les animaux : une légère perte de poids (transitoire) peut subvenir dans les 2-3 jours suivant l’injection cellules immunitaires ainsi qu’une légère douleur liée à l’injection. Pour les gestes réalisés sur animal vigile, un leger inconfort, du stress et des douleurs légères sont à prévoir selon le type de manipulation. Chez ces animaux, la perte partielle des neurones orexinergiques peut entrainer de légers troubles du sommeil, sans autre manifestation neurologique ni conséquence sur le comportement des animaux.

Devenir

L’ensemble des animaux seront euthanasiés à la fin des procédures afin d’analyser les cellules immunitaires infiltrant le cerveau dans notre modèle de narcolepsie murine.

Remplacement

Le système nerveux central est un organe particulièrement complexe qu'aucun modèle in vitro ne peut reproduire à ce jour, nécessitant donc l'utilisation de modèles animaux pour ce projet. La capacité des cellules immunitaire à atteindre le système nerveux central, leur interaction avec l'environnement et l'ensemble des mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à la mise en place et au maintien de la narcolepsie chez l'humain nécessitent l'utilisation de modèles animaux. Le modèle de narcolepsie que nous avons développé chez la souris permet d'étudier les cellules d'intérêt (lymphocytes T résidents mémoires) tout en limitant 1) la sévérité de la pathologie chez l'animal (très peu de signes cliniques) et 2) le temps d'expérimentation (30 jours maximum), permettant ainsi de limiter la souffrance animale.

Réduction

La reproductibilité du modèle de narcolepsie que nous avons développé chez la souris nous permet de limiter le nombre d’animaux nécessaires pour chaque expérimentation. De plus, nous ne nous intéresserons qu’aux seules molécules ayant un effet marqué sur la présence des lymphocytes T pathogéniques dans le système nerveux central, permettant ainsi de réduire le nombre d’animaux nécessaires pour démontrer un effet statistiquement significatif. Nos expériences seront répétées 2 à 3 fois afin de s’assurer de leur reproductibilité et de la robustesse des résultats obtenus. Le nombre d’animaux nécessaires a été calculé sur la base de nos expériences précédentes étant donné que ce modèle est désormais bien caractérisé.

Raffinement

Dans notre modèle murin de narcolepsie, l'inflammation du système nerveux central reste localisée dans une zone précise du cerveau (hypothalamus), n'entrainant donc ni inflammation cérébrale massive, ni douleur, ni déficit moteur ou sensitif (à l’instar de ce qui est observé dans la narcolepsie chez l’humain), permettant ainsi de minimiser la souffrance animale. Des objets d’enrichissement, incluant du coton, de l’essuie-tout et des rouleaux en carton, seront mis à disposition afin de réduire le stress des souris. De plus, la présence permanente d’une maisonnette dans la cage offre un abri aux animaux tout en permettant leur observation par l’utilisateur. Les points d’arrêt et critères d’arrêt anticipé de la procédure ont été prédéfinis pour faire face à tout résultat imprévu ayant des conséquences sur le bien-être des souris expérimentales. Toutes les procédures invasives (injections intraveineuses ou autres) hormis les intra-péritonéales seront réalisées sous anesthésie. Les procédures d’euthanasie seront réalisées après anesthésie.

Choix des espèces

L’espèce animale utilisée dans ce projet (souris) offre la possibilité de développer de nombreux modèles mimant de multiples pathologies humaines comme en témoigne les nombreuses références bibliographiques. Par ailleurs, cette espèce présente certains intérêts pratiques décisifs justifiant l’utilisation des souris comme modèles dans ce projet: faibles coûts, cycles de reproduction courts, croissance rapide, facilité de transport, facilité de manipulation et une bonne adaptabilité aux conditions expérimentales. Il est également important de souligner que nous disposons chez la souris d’outils précieux (anticorps monoclonaux, plasmides, lignées génétiquement modifiées, ...) qui sont indispensables pour disséquer les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués. Pour l'étude des cellules du système immunitaire mature, nous avons besoin de souris adultes, donc âgées de plus de 6 semaines, mais pas plus de 16 semaines afin d'eviter des variations de la réponse du système immunitaire liées aux différences d'âge.

Une partie des souris porte une mutation qui provoque tremblements et difficultés motrices à partir de 200 jours, l'incapacité de se déplacer vers 400 jours, un risque accru de cancers et une durée de vie réduite. 330 souris vont être utilisées, dont 268 dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles passent trois tests moteurs chaque mois, extension des pattes, coordination et motricité, et une partie reçoit une thérapie génique dont l'injection expose à un œdème pulmonaire et à un risque rare de lésion oculaire. Toutes sont tuées à l'issue pour prélever les organes, le porteur espérant qu'un résultat concluant justifie plus tard un projet à plus grande échelle.

Objectifs

L’Ataxie Apraxie Oculomotrice de type 1 (AOA1) est une maladie neurologique rare héréditaire qui touche le système de réparation de l’ADN dans les cellules du système nerveux central (SNC), en particulier une zone spécifique appelée le cervelet, mais aussi le système nerveux périphérique et la moelle épinière. Cela se caractérise chez les patients, en particulier des enfants entre 2 et 10 ans, par une ataxie cérébelleuse, une apraxie oculaire, une absence de réponse musculaire aux stimuli, et un handicap moteur sévère avant l’âge de 25 ans. A l’heure actuelle, il n’existe aucun traitement pour cette pathologie. Un modèle animal de la pathologie a été développé afin de mieux comprendre les mécanismes de la maladie et tenter de trouver de nouvelles stratégies thérapeutiques. L'objectif de ce projet sera de caractériser ce modèle animal puis d'évaluer l'efficacité d'une approche de thérapie génique avec ce modèle.

Bénéfices attendus

L’Ataxie Apraxie Oculomotrice de type 1 (AOA1) est une maladie neurodégénérative rare de la famille des ataxies cérébelleuses autosomiques récessives. Cette pathologie neurologique héréditaire se caractérise par une ataxie cérébelleuse à début précoce (âge moyen d’apparition : environ 4 ans) et entraine un handicap moteur sévère, avant l’âge de 25 ans. A ce jour, il n’existe aucun traitement curatif pour les patients. Le bénéfice de ce projet sera tout d’abord d’obtenir une caractérisation du modèle murin de la pathologie d’AOA1 afin de s’assurer de sa fiabilité pour l’évaluation de stratégies thérapeutiques. Si cette première étape est concluante ce projet permettra également d’évaluer l’efficacité d’une thérapie génique. Si l’efficacité de cette thérapie est démontrée sur ce modèle animal, à plus long terme, cela pourrait contribuer à demander un projet à plus grande échelle visant à proposer un essai thérapeutique chez des patients atteints d’Ataxie Apraxie Oculomotrice de type 1.

Procédures

Une partie des animaux aura une injection de thérapie génique sous anesthésie générale (durée 5 minutes au total, une fois). Tous les animaux réaliseront 3 tests comportementaux répartis sur 3 jours chaque mois (14 fois maximum), pour évaluer leur motricité. Nous aurons un jour avec un test évaluant l’extension des pattes (1 essai de 10 secondes maximum). Puis un jour avec un test évaluant la coordination générale (1 essai d’entrainement et 3 essais de 2 minutes maximums avec une pause de 30 minutes entre chaque essai). Enfin un jour avec un test d’évaluation de la motricité (1 essais d’entrainement suivi de 3 essais de 5 minutes maximums avec une pause de 30 minutes entre chaque essai).

Impact sur les animaux

Une partie des animaux, en raison de leurs modifications génétiques, présenteront des difficultés motrices significatives et des tremblements (phénotype dommageable) à partir de l’âge de 200 jours s’accentuant jusqu’à l’atteinte d’incapacité à se déplacer à partir de l’âge de 400 jours. Ces animaux présenteront également un risque augmenté de développement de certains cancers, des anomalies immunitaires et une durée de vie réduite. L’anesthésie générale réalisée pour administrer la thérapie génique pourra engendrer des risques d’hypothermie, de sécheresse oculaire et de difficultés cardiaque et respiratoire. Ces risques demeureront rares en raison de la courte durée de l’anesthésie. L’injection de la thérapie génique sera associée à des risques d’inconfort au niveau de la zone d’injection, de saignement après injection et un risque rare de lésion oculaire. En fonction du poids des animaux cette injection pourra être associée à un risque d’œdème pulmonaire qui se visualiserait chez l’animal par des difficultés respiratoires. Les tests comportementaux pourront générer un stress en lien avec le changement d’environnement et le test en lui-même.

Devenir

En fin de procédure tous les animaux seront euthanasiés afin de réaliser des prélèvements d’organes d’intérêts, et leurs analyses, nécessaires pour répondre à notre question scientifique

Remplacement

Il a été démontré qu’un modèle in vitro d’AOA1 peut être généré à partir de cellules souches spécifiques provenant de patients. Bien que ce modèle cellulaire constitue un outil pertinent pour l’étude des altérations moléculaires et cellulaires associées à la pathologie, il présente des limitations majeures. En particulier, il ne permet pas de reproduire le phénotype ataxique ni d’évaluer les conséquences fonctionnelles et comportementales de la maladie. Dans ce contexte, le recours à un modèle in vivo apparaît indispensable afin de reproduire de manière adéquate les troubles moteurs et neurodégénératifs observés chez les patients. Le tissu nerveux ne pouvant être accessible chez l’Homme et les essais thérapeutiques ne pouvant être testés directement chez l’Homme, il est essentiel de recourir à des études pré-cliniques chez l’animal. La souris représente un modèle pertinent pour approfondir la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l’AOA1 et pour évaluer des approches thérapeutiques, notamment de thérapie génique, susceptibles de ralentir la progression de la maladie et potentiellement la guérir. Étant donné qu’un modèle de l’AOA1 associé à la mutation génétique que nous voulons cibler a déjà été créé chez cette espèce, ce modèle constitue un outil particulièrement pertinent et approprié pour nos études de recherche.

Réduction

Nous limitons au maximum le nombre d’animaux par groupe de façon à obtenir des résultats fiables. Compte tenu de la littérature et des effets attendus, un test de puissance statistique a été utilisé pour déterminer le nombre minimum d’animaux nécessaires. De ce fait un nombre de 10 à 30 souris par groupe a été choisi pour nous permettre de limiter la variabilité inter-animale et inter-groupe, et ainsi réaliser des tests statistiques fiables. De façon générale nos résultats seront analysés avec les tests statistiques appropriés. Un nombre total maximal de 330 souris sera nécessaire pour ce projet. Le projet comprend deux procédures, les résultats de la première conditionneront la réalisation de la deuxième, ainsi le nombre d’animaux déclaré ici est un maximum mais tous ne seront peut-être pas utilisés.

Raffinement

Les animaux seront hébergés dans des conditions conformes à la réglementation en vigueur pour l’espèce. Ils bénéficieront d’eau et de croquettes à volonté, ainsi que d’un enrichissement de leur environnement composé à minima d’un carré de coton pour nidifier et d’un bâtonnet de bois à ronger. Ils seront observés quotidiennement et pesés une fois par semaine minimum. En cas d’anomalie celle-ci sera transmise à la structure chargée du bien-être animal, au vétérinaire et à notre équipe afin de mettre en place une prise en charge rapide et adaptée pour l‘animal. Des points limites sont définis et seront respectés pour éviter toute souffrance des animaux. Pour les souris génétiquement modifiées susceptibles de développer une ataxie à partir de l’âge de 200 jours, nous mettrons en place des mesures supplémentaires afin d'assurer leur bien-être. En plus de l’observation quotidienne nous les surveillerons spécifiquement, les pèserons 2 fois par semaine et ajouterons un soutien nutritionnel dans le fond de la cage (eau gélifié, croquettes humidifiées ou non) pour pallier les difficultés motrices et en cas de perte de poids. Un enrichissement supplémentaire sera également ajouté dans les cages (maisonnette). Pour les tests comportementaux les animaux bénéficieront d’une période d’habituation de 30 minutes à la pièce d’expérimentation avant chaque test. Les tests seront répartis sur 3 jours afin de laisser un temps de repos aux animaux entre chaque test. Pour les tests nécessitant 3 essais, les animaux bénéficieront d’une période de repos de 30 minutes entre chaque essai. Les injections de thérapie génique seront réalisées sous anesthésie générale afin de réduire le stress et bénéficier d’une bonne immobilité de l’animal. Du gel oculaire sera appliqué à la fin de la procédure d’injection pour réduire l’inconfort et une surveillance spécifique des animaux sera mise en place sur les jours suivants.

Choix des espèces

La souris est une espèce largement utilisée pour modéliser les pathologies humaines. Son génome est bien connu et des outils sont disponibles pour le modifier. Dans le cas de l’Ataxie Apraxie Oculomotrice de type 1 un modèle de souris génétiquement modifié a été créé pour modéliser cette pathologie et donc permettre d’observer les symptômes de la pathologie tels qu’observés chez l’humain. Nous avons donc choisi de l’utiliser pour ce projet pour reproduire et étudier la pathologie et surtout pour évaluer l’effet de notre approche de thérapie génique. Pour caractériser notre lignée de souris génétiquement modifiées elles seront utilisées à partir de l’âge de 1 mois jusqu’à l’âge de 8 mois maximum. En effet d’après les caractéristiques déjà connues de cette lignée, les signes de problèmes moteurs importants devraient apparaitre à un âge compris entre 6 et 7 mois, ainsi réaliser la caractérisation de 1 à 8 mois nous permettra de détecter l’apparition des troubles moteurs et suivre leur évolution à l’aide de tests spécifiques. Par la suite, pour évaluer l’efficacité de notre thérapie génique avec ce modèle, nous injecterons la thérapie à des souris d’un âge compris entre 1 et 4 mois, soit avant l’apparition des troubles moteurs attendus à un âge de 6-7 mois. Afin d'observer efficacement les effets à long terme de notre thérapie génique, les animaux seront suivis pendant une période maximale de 8 à 14 mois.