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Approche translationnelle de l’étude du rôle des ganglions de la base dans l’anorexie mentale : modélisation préclinique de la stimulation cérébrale profonde dans l’anorexie mentale
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
1 536 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance sévère. Ils subissent l'implantation chirurgicale d'électrodes cérébrales et, pour la moitié, une restriction d'accès à la nourriture qui provoque une perte de 20 à 25 % du poids en une à deux semaines, au-delà de laquelle le porteur indique que l'animal meurt en quelques jours. Ils sont isolés après chirurgie et tués en fin de protocole pour vérifier la position des électrodes. Le projet teste la stimulation cérébrale profonde comme modèle d'anorexie mentale, le porteur la jugeant "indispensable" et urgente pour les patients déjà implantés.
Objectifs
L’anorexie mentale (AM) est une maladie sévère affectant principalement les femmes jeunes et pour laquelle aucun traitement biologique, en dehors des soins nutritionnels, n’a pu démontrer son efficacité. Plusieurs protocoles dans le monde proposent l’implantation d’électrodes dans les Noyaux Accumbens (NAcc), alors même que peu d’études précliniques testent ces techniques pour mieux en comprendre les déterminants et les limites. L’AM associe troubles de la motivation et comportements compulsifs. Le substrat neurobiologique de ces différents processus implique le système cortico-striatal qui est composé de différents territoires corticaux moteur ou préfrontal (i.e. cortex cingulaire antérieur, le cortex préfrontal ventromédial et le cortex orbitofrontal) et différents territoires du striatum : dorsal (caudé et putamen) et ventral (NAcc). Le noyau sous-thalamique (NST), une structure des ganglions de la base classiquement associée aux fonctions motrices, est utilisé comme cible chirurgicale dans le traitement de la maladie de Parkinson par la technique de stimulation cérébrale profonde. Des travaux chez le rat ont souligné l’importance de cette région cérébrale dans les fonctions cognitives et motivationnelles et dans les mécanismes de prise de décision et de contrôle des impulsions et compulsions. Ces implications fonctionnelles du NST ont conduit à le proposer comme cible chirurgicale potentielle pour traiter les troubles obsessionnels compulsifs et les addictions. Il est indispensable et urgent de développer des modèles précliniques dans cette indication. D'abord pour tester les effets de la neuromodulation de structures déjà utilisées pour la stimulation cérébrale profonde dans l’AM et, ensuite, pour tester les effets sur d’autres structures associées aux même processus mentaux mais jamais évoqués dans l’AM (NST). Le but de ce projet est de valider un modèle préclinique chez le rat de stimulation cérébrale profonde dans les troubles alimentaires par l’étude de deux cibles : le NAcc et le NST.
Bénéfices attendus
Ce projet permettrait de répondre à de nombreuses questions concernant la stimulation cérébrale profonde pour les patients déjà implantés et les suivants. Quelle est la cible la plus appropriée ? Quel mécanisme explique l’effet thérapeutique observé ? Quels paramètres sont à privilégier et quels sont leurs effets (stimulation continue ou intermittente, haute ou basse fréquence, durées d’impulsion, intensité) ? Il existe un bénéfice translationnel direct et immédiat (même équipe en charge de ce projet préclinique et du projet clinique) de ce protocole. Il faut souligner le caractère urgent sur le plan déontologique de pouvoir apporter des réponses pour les patients déjà implantés.
Procédures
L'ensemble des animaux de ce projet sera soumis une fois à un acte chirurgical , réalisé sous anesthésie générale et analgésie adaptée. L’ensemble des animaux sera soumis à l’implantation d’électrodes de stimulation cérébrale profonde. L’intervention dure environ 90 minutes. Tous les animaux auront deux prélèvements de sang au niveau de la queue après application d’une anesthésiant local (avant et après la procédure comportementale de restriction et d’accès à une roue d’activité). Chaque prélévement dure moins de 15 secondes. La moitié des rats du protocole sera exposée à une période de restriction d’accès à l’alimentation (1h30 par jour d’accès à volonté) d'une durée maximale de 14 jours.
Impact sur les animaux
Il s’agit des conséquences de l'anesthésie, de la chirurgie, de la restriction calorique, de l’isolement et des prélèvements sanguins. Lors de l'induction anesthésique l'injection intrapéritonéale peut entrainer une gène modérée au point d'injection puis sur le site de diffusion du produit anesthésique. Dans les jours suivant l’opération une perte légère de poids et une activité réduite peuvent être constatées. Les animaux peuvent ressentir une gêne due au poids de l’implant fait en ciment dentaire. Rarement, les animaux peuvent présenter un saignement au niveau des cicatrices. Ces nuisances s’estompent en 2-3 jours. Les animaux sont isolés pendant la période de récupération après chirurgie. La restriction calorique par restriction du temps d’accès à la nourriture, indispensable dans ce modèle d’anorexie mentale, entraine une perte de poids de 20-25% en 7 à 14 jours en moyenne. La perte de poids jusque 20% n’entraine la plupart du temps aucune modification de l’état général en dehors d’une augmentation du niveau d’activité physique (constitutif du modèle Activity-Based-Anorexia). Au-delà de 25% de perte de poids il est constaté une altération de l’état général qui conduit en quelques jours à la mort de l’animal. L’isolement est rendu nécessaire par le port du stimulateur sur le haut du crâne, stimulateur qui pourrait être endommagé par les partenaires de cage. Mais aussi afin d’empêcher les phénomènes de coprophagie des fèces du partenaire de cage. Les découvertes récentes sur la place du microbiote sur le métabolisme énergétique et l’effet des transferts de microbiote d’un animal à l’autre rendent nécessaire de contrôler ce paramètre via l’isolement. Le rat étant un animal social l’isolement peut entrainer des comportements répétitifs, une apathie. Cela peut entrainer en situation de perte de poids et des difficultés à réguler la température corporelle venant aggraver la perte de poids. Cette dimension fait cependant partie du modèle ABA. Le prélèvement sanguin à la queue peut être à l’origine d’un hématome sous-cutané du premier tiers de la queue. Le prélèvement est considéré comme indolore, une gêne modérée peut être ressentie lors de la ponction.
Devenir
Afin de permettre de vérifier la localisation exacte de l’électrode implantée et afin de réaliser des mesures de l’activité électrique de certaines populations de neurones (effet de la stimulation) les rats sont mis à mort à la fin du protocole expérimental.
Remplacement
La modélisation comportementale préclinique d’une pathologie comme l’anorexie mentale nécessite l'étude de comportements chez l’animal vigile et libre de ses mouvements et choix. Le rongeur, et plus particulièrement le rat, est donc un modèle de choix, ne pouvant être remplacé pour ce type d’objectif.
Réduction
Les paramètres de stimulation optimaux étant inconnus pour l’anorexie mentale et aucune donnée n’étant disponible chez le rongeur, il est nécessaire de tester sur 4 groupes, 2 cibles (NAcc/STN), 2 conditions de stimulation (ON/OFF), 3 types de fréquence, 3 intensités, 2 largeurs d’impulsion. La mesure de l’effet préventif de la stimulation cérébrale profonde sur le développement du phénotype ABA sera réalisée par l’application d’une restriction alimentaire secondaire pour les rats des groupes contrôles (AL/ALW). Cela permet de réduire le nombre d’animaux nécessaires. S’agissant d’une étude utilisant une chirurgie stéréotaxique, 12 animaux par condition testée sont nécessaires afin d’anticiper les erreurs de placement d’électrodes de stimulation. Le taux d’échec est d’environ 40 % et ne peut être formellement démontré que post-mortem. Soit (12*4*3*2)+(12*4*2)+(12*4*3*3*2)+(12*4*2)= 1344 rattes. Ce à quoi il faut ajouter un groupe de rats mâles pour estimer l’effet du sexe sur les variables mesurées. Le nombre de rat mâle sera minimisé au maximum pour n’être utilisé que dans la combinaison de conditions (STN/NAcc) optimale chez les femelles soit 12*4*2*2*1*1*1 = 192 rats. Soit 1536 animaux maximum sur 5 ans. Plusieurs approches combinées permettront de réduire au cours de l’étude le nombre d’animaux nécessaires. La taille de l’effet de la stimulation cérébrale profonde sur l’activité compulsive en roue en situation de restriction calorique n’étant pas connue à ce jour, les analyses statistiques intermédiaires permettront principalement de réduire le nombre d’animaux finalement nécessaires. L’obtention d’un effet robuste pour une condition expérimentale entrainera l’arrêt du test dans cette condition et l’absence d’effet entrainera l’arrêt pour futilité. Un taux d’échec d’implantation bas entrainera la réduction de la taille du groupe. La limitation matérielle induit des protocoles comportementaux par bloc de 4 animaux par condition et permet de facto les analyses intermédiaires et induisent une réduction optimale du nombre d’animaux. Les groupes contrôles stimulation OFF pourront s’avérer futiles plus ou moins rapidement selon la taille d’effet mesuré. Les groupes contrôles sans roue d’activité et sans restriction pourront aussi s’avérer inutiles en cas de résultat robuste dans une modalité de stimulation. Cette modalité pourra devenir le standard à laquelle sera comparé un autre paramètre.
Raffinement
Les cages sont enrichies grâce à la présence d'objets divers et variés (bâtonnets en bois, rouleau en carton… changés régulièrement afin de diversifier au maximum l'environnement des animaux). Les cages translucides permettent aux rats isolés après chirurgies de se voir. Les animaux bénéficient d'une habituation aux salles d'experimentation avant le début du protocole. Les animaux bénéficient d'une anesthésie générale pour l'ensemble de la chirurgie d'implantation. Lors de la procédure chirurgicale une injection en sous cutanée de 3 mL de NaCl 0,9% est réalisée afin de limiter la déshydratation et améliorer la récupération post chirurgie. La gestion de la douleur pendant et après les procédures douloureuses et les expérimentations est toujours prise en compte par des personnels compétents et sera améliorée si besoin par injection d'analgésiques ou antibiotiques spécifiques. L'état de santé général de tous les animaux de l'étude est suivi quotidiennement, ce qui nous permet de réagir immédiatement et de manière appropriée en cas de besoin. En cas de souffrance (prostration, poils hérissés, absence de toilettage, dos courbé...) l’animal sera isolé et aura accès ad libitum à une nourriture enrichie. Un traitement antalgique pourra être administré si besoin (méloxicam 0,5mg/kg, 0,25ml, sc) ou une injection intrapéritonéale de glucose. Le protocole prévoit un retour à une alimentation ad libitum continue si la perte de poids est supérieure à 25%. Les procédures chirurgicales seront réalisées sous anesthésie générale et analgésie appropriée.
Choix des espèces
Le rat est un modèle animal de choix pour l'étude des comportements compulsifs. Les rats ont été les premiers et sont encore prioritairement utilisés dans la modélisation préclinique de l’anorexie mentale, via l’Activity-Based-Anorexia ou ses variantes. L’étude de comportements en situation cherchant à modéliser un trouble mental requiert que l'animal soit vigile, libre de ses mouvements et que les structures cérébrales clefs soient présentes. L’équipe a une longue expérience des chirurgies dans le NST du rat, ce qui permet un meilleur taux de succès des chirurgies. Cette structure cérébrale étant très petite, la souris rendrait les chirurgies plus difficiles. Afin d’étudier les animaux à un stade proche de l’équivalent de l’adolescence (réduire) tout en limitant les risque de la chirurgie (raffinement) nous réaliserons nos expériences chez de jeunes adultes femelles 6-9 semaines (environ 150-200 g). Une expérience avec des rats mâles est prévue afin d’estimer l’effet du sexe.
Evaluation de l’efficacité de plusieurs vecteurs AAV dans le cadre de la mise en place d’une approche de thérapie génique dans un modèle murin de la maladie d’Alzheimer
- Recherche appliquée
- Maladies animales
- Troubles nerveux
Après une injection unique d'un virus modifié (AAV), soit dans une veine par voie rétro-orbitale sous cinq minutes d'anesthésie gazeuse, soit directement dans le cerveau lors d'une craniotomie de 70 minutes, des souris transgéniques pour la maladie d'Alzheimer passent un test en labyrinthe en Y d'une journée et le test de la piscine de Morris, quatre à huit jours d'entraînement suivis d'un jour de test. 172 souris, issues de couples reproducteurs commerciaux, vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré à sévère, toutes tuées à l'issue. Le virus doit faire produire à leur cerveau une "protéine X" que le résumé ne nomme pas, et le porteur cite parmi les effets attendus une douleur possible à la pose des barres d'oreille, un risque de saignement, une infection de l'œil après l'injection rétro-orbitale et une perte de poids de 5 à 7 %. Le jour de leur mise à mort, leur sang et leur liquide céphalo-rachidien sont prélevés sous anesthésie, et les souris de l'élevage de la lignée sont tuées sans prélèvement.
Objectifs
Aucun traitement n'étant aujourd'hui en mesure de combattre de façon efficace la progression des maladies neurodégénératives, nous avons pour objectif de tester de nouvelles stratégies thérapeutiques. Comment ? En nous tournant vers la thérapie génique, qui consiste à introduire du matériel génétique (ADN) dans des cellules du cerveau dans le but de limiter la progression de la maladie. Cette approche s’est révélée efficace dans la maladie d'Alzheimer (MA) dans un modèle murin de la maladie. Des preuves de concepts ont été établies par des injections intracérébrales (directement dans le cerveau) d’un virus modifié (AAV) permettant de délivrer l’ADN au cœur même des cellules. Cependant, dans l’optique d’une application clinique chez l’Homme, l’administration intracérébrale peut induire des risques additionnels dans un cerveau déjà en dégénérescence et atrophié par la maladie. Dans ce projet nous avons développé des nouveaux AAV modifiés de façon à les rendre plus efficaces à passer la barrière protégeant le cerveau (la barrière hématoencéphalique) après une injection intraveineuse et ainsi permettre d’atteindre les cellules du cerveau. Le but est de prévenir une approche invasive d'injection intracérébrale en la remplaçant par une injection intraveineuse chez un modèle murin de la maladie MA. Les objectifs de l’étude sont : 1) Démontrer la fonctionnalité de l’AAV et donc de confirmer l’efficacité thérapeutique de l’administration intracérébrale. 2) Comparer l’efficacité thérapeutique de deux AAV par administration intracérébrale ou intraveineuse. L’objectif final est de poursuivre toutes les étapes précliniques permettant de proposer cette approche thérapeutique chez les patients atteints de la MA.
Bénéfices attendus
Le bénéfice recherché est de remplacer la voie intracérébrale (connue pour être efficace chez la souris) par l’administration intraveineuse de vecteurs AAV codant pour la protéine X, afin de pouvoir l’appliquer à l’Homme, et plus précisément chez les patients atteints de maladies neurodégénératives.
Procédures
Les animaux modèles de la maladie d’Alzheimer avec phénotype dommageable seront utilisés. Les couples reproducteurs commerciaux seront utilisés. Les animaux seront injectées une seule fois : soit par voie intraveineuse (5 minutes d’anesthésie gazeuse), ou par voie intracérébrale (70 minutes sous anesthésie gazeuse avec injection d'analgésique en pré-operatoire ,et application d'analgésique sur le site incisé. Des études comportementales (le test du labyrinthe d'expérimentation en Y ou Y-maze, et le test de la picine de Morris) seront réalisées afin d’évaluer les effets des vecteurs injectés sur les déficits cognitifs. le test du Y-maze sera realisé en une session d'une jounrée. Le test de la piscine de Morris comprend des sessions d'entrainement de 4 à 8 jours, puis un test effectué en une journée, juste apres la session d'entrainement. Le jour d'euthanasie, un prélèvement du liquide céphalo-rachidien et sanguin sera realisé sous anesthésie.
Impact sur les animaux
Parmis les effets indésirables attendus sur les animaux nous pouvons noter les éléments suivants : 1)Une douleur peut survenir lors la mise en barre d’oreille des animaux, 2) Un risque de saignement peut avoir lieu au moment de la craniotomie. 3) Un risque de traumatisme mécanique locale relativement faible peut être également être observe suite l’injection de l’aiguille dans le cerveau des souris. 4) Un risque anesthésique pouvant entrainer des séquelles chez l’animal. 5) Un risque d’infection oculaire peut-être observé après les injections intra-veineuses en retro-orbitale. 6) Une perte de poids dûe à l’injection d'AAV pourrait être observée (5 à 7% du poids de référence total de l’animal, selon nos précédentes études), bien que les concentrations des AAVs utilisées soient déjà évaluées in vitro dans nos précédentes études afin d’éviter toute toxicité chez la souris.7) un stress lié à la manipulation de des animaux lors des tests comportements
Devenir
l’ensemble des animaux seront euthanasiés à la fin des actes prévues que ce soit pour l’élevage (sans prélèvement) de la lignée ou à l’issue des procédures (avec prélèvement pour analyse).
Remplacement
Remplacement: Le recours aux modèles animaux est essentiel, car aucun type de culture cellulaire ou système synthétique ne permet à ce jour de reproduire la complexité architecturale des cellules du cerveau en particulier leurs interactions structurelles et fonctionnelles. Les animaux utilisés dans le cadre de ce projet sont nés et élevés en captivité dans des élevages agrées.
Réduction
Le nombre d’animaux utilisés est optimisé pour obtenir résultats statistiquement pertinents. Leur nombre (172) a été restreint au minimum indispensable de façon à obtenir des données nécessaires pour valider l’efficacité d’une stratégie thérapeutique innovante qui peut être considérée comme cible dans plusieurs maladies neurodégénératives. La taille des effectifs a donc été établie grâce à un calcul de puissance. Afin de limiter le nombre total d’animaux essentiels au projet, les tests de comportement et les analyses histologiques, biochimiques et moléculaires post-mortem seront dans la mesure du possible réalisés sur les mêmes animaux. Le design expérimental a pour but d’obtenir un maximum d’informations en utilisant un minimum d’animaux. Les différents paramètres (comportementaux, biochimiques, histologiques, etc) seront analysés grâce à des essais appropriés en fonction des demandes/exigences expérimentales.
Raffinement
Les protocoles d’anesthésie et d’analgésie ont été définis et validés par une équipe vétérinaire. De plus, en cas d’observation de la moindre douleur, les souris recevront un traitement analgésique et si cette douleur devait persister, les animaux seraient euthanasiés pour éviter toute souffrance. La douleur/souffrance des rongeurs utilisés dans cette étude sera diminuée par l’injection locale d’analgésique et par protocole analgésique pour les procédures chirurgicales. L’expérimentateur surveille la respiration de la souris et adapte si besoin l’analgésie et le dosage de l’anesthésique. Les animaux reçoivent un traitement analgésique approprié selon le geste chirurgical. Un gel ophtalmique sera appliqué immédiatement après l’injection. Une surveillance particulière de l’œil sera faite en post opératoire pour vérifier l’absence d’infection oculaire. Le geste de l’injection intraveineuse est maitrisé par l’applicateur. L’anesthésie générale sera assurée par une anesthésie gazeuse. L’application de critères d’arrêts standards en élevage/utilisation, et le suivi quotidien des animaux hébergés en groupe certifient le bien-être des animaux. Le suivi est renforcé la semaine suivant la chirurgie puis celui-ci est ensuite allégé a 1 fois par semaine sauf à l’approche de points limites qui auront été définis préalablement. De plus, les tests comportementaux étant réalisés de façon hebdomadaire sur plusieurs jours, favorisent un suivi renforcé et une habituation des souris à la salle et à l’utilisateur. Un environnement enrichi constitué d’un nestlet pour la fabrication du nid et d'un igloo sera ajouté dans chaque cage. Les animaux seront hébergés en groupe.
Choix des espèces
Afin de tester différentes approches thérapeutiques pour traiter les différentes maladies neurodégénératives, il est nécessaire de disposer d'animaux modèle. A ce jour, seules les souris transgéniques pour la maladie d'Alzheimer permettent de mimer suffisamment fidèlement la pathologie. C’est pourquoi nous les utilisons dans des études d’efficacité de nouvelles cibles thérapeutiques, comme l'évaluation de la surexpression de la protéine X. Dans ce projet des animaux jeunes adultes (souris : 4-8 semaines) seront utilisés. Chez ce modèle murin, les défauts neuropathologiques apparaissent dès 6 semaines puis ces défauts progressent ensuite de manière exponentielle. Nous réaliserons les injections stéréotaxiques ou intraveineuses de manière précoce (4-8 semaines) afin de maximiser les effets bénéfiques du traitement sur la neuropathologie et le comportement).
Etude de la comorbidité schizophrénie – troubles de la consommation d’alcool dans le modèle « MAM »
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
- Recherche fondamentale
- Système nerveux
1 070 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Exposés dès l'adolescence à l'alcool et à des cannabinoïdes, ils sont soumis à des sessions de consommation d'alcool puis à une craniotomie pour implanter une électrode mesurant la dopamine. Le projet étudie la comorbidité entre schizophrénie et troubles de la consommation d'alcool sur un modèle induit dès la période embryonnaire. Le porteur affirme que ces mécanismes psychiatriques complexes ne sont pas remplaçables par des méthodes in vitro ou in silico.
Objectifs
L'objectif principal de ce projet est d'étudier l'impact d'expositions précoces aux drogues sur les troubles de la consommation d'alcool à l'âge adulte dans un modèle animal de schizophrénie. En effet il existe une prévalence élevée de patients atteints de schizophrénie qui présentent un trouble de la consommation d'alcool. Les consommations d'acool et de cannabis sont fréquentes à l'adolescence aussi bien dans la population générale que chez les sujets qui risquent de présenter la maladie. Nous chercherons donc à étudier le rôle de ces expositions précoces d'alcool et d'agent cannabinoides sur les comportements des animaux modèles de schizophrénie mais également sur la neurotransmission dopaminergique. En effet la dérégulation de ce système de neurotransmission est directement impliquée aussi bien dans les troubles de la conosmmation d'alcool que dans ceux associés à la schizophrénie.
Bénéfices attendus
L'exposition précoce à l'alcool durant l'adolescence est nécessaire pour l'observation à l'âge adulte d'une consommation exagérée d'alcool. Nous n'avons pour le moment aucune information concernant la co-exposition avec des agents cannabinoides, drogues très fréquemment consommée par les adolescents et les jeunes adultes atteints de schizophrénie ou non. Grâce à ces expériences, nous pourrons obtenir des données importantes concernant les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent les troubles de la consommation d'alcool dans un modèle pertinent pour l'étude de la schizophrénie. L'aspect neurobiologique de ce projet aidera la communauté scientifique à mieux comprendre l'impact d'une exposition précoce à des drogues couremment utilisées sur les systèmes dopaminergiques.
Procédures
Les animaux seront soumis à des sessions de consommation d'alcool volontaire soit dans la cage de stabulation (24 heures 1 jour sur 2 pendant 8 à 15 semaines), soit dans des cages d'auto-administration opérante (sessions de 15 minutes, 5 jours par semaine sur une période de 4-5 mois). A l'âge adulte une partie des animaux seront soumis à une craniotomie (30 à 40 minutes) dont l'objectif est d'implanter une micro-électrode d'enregistrement de la libération de dopamine, neurotransmetteur crucial aussi bien dans les troubles observés dans la schizophrénie que dans les troubles de la consommation de drogues.
Impact sur les animaux
Douleurs post-opératoires de palier 1 l'âge adulte suite à l'implantation des canules par craniotomie. Durée prévue : 2-3 jours
Devenir
Tous les animaux seront euthanasiés à la fin de cette procédure pour nous permettre de collecter les cerveaux pour des analyses histologiques, biochimiques ou génétiques nécessaires pour finalser le projet.
Remplacement
Les études de mécanismes complexes de maladies psychiatriques comme la schizophrénie ou l'addiction ne sont pour le moment pas remplaçables par des méthodes in vitro ou in sillico. Les mécanismes impliqués sont trop complexes pour pouvoir être simplifiés à ce jour. Le modèle que nous avons choisi fait partie des modèles les plus utilisés et les plus complets avec une validité de ressemblance, une validité de construction et une validité de prédiction très bien décrites dans la littérature.
Réduction
Le nombre d'animaux nécessaire à chacune des expériences a été estimé sur la base d'expériences précédentes utilisant un autre modèle animal de schizophrénie et en prenant en compte la variabilité interindividuelle observée aussi bien dans les modèles animaux que dans les différents paradigmes comportementaux utilisés. Nous utiliserons au maximum les mêmes animaux entre les différentes procédures pour limiter le nombre total d'animaux utilisés dans ce projet. De plus nous réaliserons les expériences aussi bien sur les mâles que sur les femelles pour ne pas avoir à éliminer les animaux surnuméraires mais également, dans le but d'une réduction, ne pas à avoir à refaire tout ce projet ultérieurement uniquement sur les femelles (et donc euthanasier les ratons mâles surnuméraires à ce moment).
Raffinement
Tout au long du projet les animaux seront surveillés quotidiennement et des points limites adaptés à chaque procédure expérimentale ont été établis avec une prise en charge de la douleur et de la souffrance potentielles adaptée à chaque procédure. Les animaux seront stabulés dans des cages enrichies grâce à une buchette en bois et un tunnel en carton.
Choix des espèces
Le modèle MAM est un modèle décrit chez le rat et nous développons ce projet dans le cadre d'une collaboration multicentrique qui a très largement décrit ce modèle en France. Pour poursuivre nos études en commun, nous devons utiliser le même modèle que nos collaborateurs. Le rat est un modèle idéal pour l'étude de la comorbidité troubles de la consommation d'alcool/schizophrénie en particulier en ce qui concerne certaines études comportementales comme l'auto-administration d'alcool qu'il est plus difficile d'observer chez les souris. Les animaux seront utilisés tout au long de leur vie. La mise en place du modèle MAM se déroule au cours de la période embryonnaire et les animaux issus des cette première procédure seront utilisés jusqu'à l'âge adulte. Tous les petits seront soumis à la procédure d'exposition aux drogues pendant la période d'adolescence (entre les jours 28 et 50). Les rats seront conservés jusqu'à l'âge adulte pour évaluer les effets d'une telle pré-exposition précoce sur les comportements et la neurobiologie à l'âge adulte.
Etude de microdialyse cérébrale pendant et après l’administration d’un nouveau médicament chez le primate non-humain.
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
9 macaques à longue queue vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque animal subit une chirurgie stéréotaxique d'environ trois heures pour implanter une canule cérébrale, puis reste maintenu en chaise de contention pendant environ six heures lors des séances de microdialyse. Le projet évalue la capacité d'un médicament à franchir la barrière hémato-encéphalique. Le porteur justifie le recours à ces primates non-humains par leur proximité phylogénétique avec l'humain.
Objectifs
Le présent projet a deux objectifs liés entre eux : le premier objectif est d’évaluer la capacité d'un médicament à traverser la barrière hémato-encéphalique après son administration (par voie intraveineuse, sous-cutanée ou orale), le second objectif est d’évaluer la capacité du médicament à induire une réponse pharmacodynamique dans le cerveau. Le premier objectif est donc de démontrer la pénétration cérébrale, pour cela, il est nécessaire d’évaluer la concentration tissulaire libre du médicament dans le cerveau à l’aide de la microdialyse. Le second objectif est de démontrer que le médicament permet d’activer le récepteur cérébral cible.
Bénéfices attendus
Ce projet permet d’évaluer la capacité d’un médicament à traverser la barrière hémato-encéphalique et sa capacité à induire une réponse pharmacodynamique dans le cerveau. En cas de réussite, le médicament pourra être testé chez l’homme.
Procédures
Après une période d'acclimatation suffisante (un mois minimum), les animaux subiront une chirurgie d'implantation de canule cérébrale. Ces canules de guidage seront implantées sous anesthésie générale et analgésie lors d'une chirurgie stéréotaxique d'une durée approximative de 3 heures. Les animaux bénéficieront d'une période de récupération de 7 jours afin notamment que la barrière hémato-encéphalique se reforme. A la fin de cette période de récupération, les animaux seront placés en chaise à contention pour laquelle ils auront été entraînés précédemment. La sonde de microdialyse sera insérée, via la canule de guidage dans le cerveau. Le microdialysat à la sortie de la sonde sera collecté et la sonde stabilisée le temps nécessaire. Après l'administration du médicament, la collecte des microdialysats sera poursuivie avec des aliquots prélevés toutes les 20 minutes. Des prélèvements sanguins seront réalisés à intervalle régulier. La perfusion et collecte cérébrale sera poursuivie pendant 6h. Une semaine après cette première microdialyse cérébrale, les animaux seront à nouveau placés en chaise à contention. la sonde de microdialyse sera insérée, via la canule de guidage, dans le cerveau. Le microdialysat à la sortie de la sonde sera collecté et la sonde stabilisée le temps nécessaire. Après l'administration du médicament (par une autre voie ou à une autre dose que la première fois), la collecte des microdialysats sera poursuivie avec des aliquots prélevés toutes les 20 minutes. Des prélèvements sanguins seront également réalisés à intervalle régulier. La perfusion et collecte cérébrale sera poursuivie pendant 6h. Les volumes et les doses administrés aux animaux seront en accord avec les recommandations éthiques en vigueur et validés par les sponsors. Les volumes prélevés et le temps de repos accordé aux animaux entre chaque prélèvement seront en accord avec les recommandations éthiques. Les administrations et prélèvements sont donc très ponctuels, la contrainte principale étant le séjour d'environ 6 heures en siège à contention. Les animaux seront suivis individuellement et quotidiennement tout au long de la procédure afin de détecter tout signe clinique de douleur ou de détresse. En fin de protocole, les animaux seront anesthésiés puis euthanasiés pour récolte de liquide céphalorachidien et de différents organes pour analyses.
Impact sur les animaux
Pendant et après la chirurgie d’implantation de la canule, comme toute chirurgie et malgré les moyens mis en place, il subsiste un risque de douleur ou d’inflammation. Des signes cliniques au niveau du site chirurgical et des sites d'administration (intraveineux ou sous-cutané, liés ou non à la molécule) peuvent apparaître (hématome, œdème léger, etc.). Pour les besoins de la microdialyse cérébrale, les animaux seront maintenus en siège à contention plusieurs heures d’affilée. Malgré les mesures mises en place, il est possible, du fait des différences intra-individuelles, qu’un animal présente toujours des signes de stress pendant les contentions en siège.
Devenir
Tous les animaux seront euthanasiés à la fin de la procédure pour récolte et analyse des organes.
Remplacement
Les études de preuve de concept chez l’animal sont indispensables au développement de nouvelles molécules pharmaceutiques. En effet, celles-ci permettent de démontrer la faisabilité ou de valider un nouveau procédé. Ici, l’objectif est de prouver que la molécule est capable à la fois de passer la barrière hémato-encéphalique et d’agir sur les cibles du cerveau, le modèle animal est donc indispensable.
Réduction
Dans ce projet, un nombre maximum de 9 animaux (3 animaux par étude) sera utilisé afin de réduire au maximum le nombre d’animaux, tout en permettant d'atteindre les objectifs scientifiques.
Raffinement
Les animaux seront suivis individuellement et quotidiennement tout au long de l’étude afin de détecter tout signe clinique de douleur ou de détresse (grille d’observation du bien-être). Des périodes de récupération suffisantes seront accordées aux animaux après la chirurgie et entre les prélèvements ainsi qu’entre les administrations. Des mesures préventives et correctives de diminution de la douleur et du stress seront déterminées au préalable de la procédure. Les animaux bénéficieront du programme d’enrichissement défini par la structure du bien-être animal de l'installation, notamment la mise disposition de jouets dans les hébergements et la distribution de friandises systématique en fin de journée. Une rotation du matériel d’enrichissement, incluant une désinfection, sera organisée une fois par semaine pour éviter la lassitude et renouveler l’intérêt des animaux. Les animaux seront hébergés par groupes sociaux dans des volières conformes aux recommandations pendant toute la durée de l’étude. De même, le personnel veillera à garder une interaction quotidienne avec chaque animal afin de diminuer le stress qui pourrait être engendré par les manipulations. La chirurgie d'implantation de la canule sera réalisée par une équipe experte (extérieure à la société) qui a déjà réalisé cette chirurgie à de nombreusezs reprises et notamment il y a quelques années au sein de notre société. La technique chirurgicale est donc parfaitement maîtrisée ainsi que le protocole d'anesthésie/d'analgésie et de récupération de chirurgie. Le site chirurgical et les sites d'administration seront suivis pendant plusieurs jours après la chirurgie et les administration pour détecter tout signe clinique potentiel. Pour les besoins de la microdialyse cérébrale, les animaux seront maintenus en siège à contention plusieurs heurex d'affilée, la chaise à contention sera donc adaptée pour améliorer le confort des sièges et permettre aux animaux d'être quasiment autonomes (accès aux jouets, aux friandises, au biberonà, tout en gardant une interaction constante avec le manipulateur. Un entraînement spécifique des animaux sera mis en oeuvre pendant la phase d'acclimatation afin de réduire au maximum leur stress le jour des mises en siège prolongées.
Choix des espèces
En raison de la grande proximité phylogénétique entre le Primate Non-Humain (PNH) et l’Homme et en particulier des similitudes du fonctionnement cérébral et des comportements entre ces deux espèces, le modèle primate constitue un modèle de choix pour l’évaluation de molécules qui ont pour cible des récepteurs cérébraux. Le macaque cynomolgus a été choisi car le système nerveux central est connu pour être différents entre les rongeurs et les primates concernant par exemple l'expression ou le métabolisme des transporteurs d'efflux. Il apparaît qu'il existe une meilleure corrélation entre l'expression des protéines d'adhésion et de transport entre l'homme et le singe cynomolgus qu'entre l'homme et les rongeurs. De plus, il existe une meilleure corrélation entre le taux de recyclage du LCR du macaque cynomolgus et l'homme qu'entre la souris et l'homme.
Etude des séquelles de la malaria cérébrale par neuroimagerie
- Recherche appliquée
- Maladies infectieuses
- Troubles nerveux
- Recherche fondamentale
- Système nerveux
504 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant des niveaux de souffrance léger et sévère. Elles sont infectées par un parasite provoquant une malaria cérébrale, une partie n'étant pas traitée et développant perte de poids, hypothermie et troubles neurologiques avant d'être tuées, les autres suivies par IRM sous anesthésie pendant six mois puis soumises à des études comportementales non détaillées. Le projet étudie les séquelles cérébrales de la maladie. Le porteur affirme que le recours à l'animal est incontournable, aucune méthode in vitro ou in silico n'existant selon lui.
Objectifs
La malaria est une cause majeure de morbidité et de mortalité avec 241 millions de cas cliniques et plus de 627000 morts en 2020 (OMS). Elle est causée par un parasite du genre Plasmodium inoculé par le moustique Anophèle. La majorité des décès survient chez les enfants de moins de 5 ans en Afrique sub-saharienne. La malaria cérébrale, complication la plus létale de l’infection par Plasmodium falciparum, se traduit par une encéphalopathie accompagnée de convulsions, de pertes de conscience, et d’un coma conduisant au décès dans 15 à 20 % des cas, tandis que des déficits neurologiques peuvent subsister chez les survivants. Il n’existe à ce jour aucun traitement efficace de cette complication. Dix à 20 % des sujets survivant à une malaria cérébrale présentent des troubles neurologiques importants immédiatement après la maladie (cécité corticale, parésie, hypotonie, ataxie, épilepsie, troubles de la mémoire, de l’élocution etc...) qui peuvent régresser ou persister. Chez d’autres sujets, sans séquelles apparentes après la maladie, des atteintes neurologiques telles qu’une épilepsie, ou une hyperactivité avec déficit de l’attention se manifesteront plus tardivement. Alors que les séquelles de la complication cérébrale contribuent au coût humain, social et économique de la malaria en compromettant le développement et l’éducation des enfants qui en sont atteints, elles ne sont que très peu étudiées. Malgré l’autorisation en 2021 d’un vaccin contre la malaria (RTS,S/AS01) destiné à la population pédiatrique, il est peu probable qu’il conduise à l’éradication de la maladie et de sa complication la plus létale, puisqu’on estime qu’il ne permettra de réduire que 30% de la mortalité résultant des formes sévères de malaria. Nous utiliserons un modèle de malaria cérébrale avec survie obtenu chez la souris infectée par Plasmodium Berghei ANKA et traitée par un antimalarique dès l’apparition des signes neurologiques (504 souris seront utilisées). Ce modèle nous permettra d’étudier sur le long terme l’évolution des séquelles cérébrales sur les plans anatomique, métabolique, vasculaire et fonctionnel. Nous mettrons en œuvre des techniques d’imagerie non-invasives (IRM) réalisées sous anesthésie. Ces études permettront d’obtenir une information sur la distribution spatiale et temporelle des lésions, et de vérifier différentes hypothèses comme l’atteinte persistante des capillaires ou l’altération des connexions neuronales (connectome) aux niveaux structural et fonctionnel.
Bénéfices attendus
Cette étude repose sur l’emploi d’un modèle de malaria cérébrale chez la souris très utilisé en pathologie car présentant de nombreux points communs avec la maladie pédiatrique. Elle s’appuie aussi sur des méthodes avancées de neuroimagerie transposables à l’homme qui permettent l’exploration non-invasive du cerveau. L’étude par imagerie de la malaria cérébrale chez la souris a permis d’identifier pour la première fois en 2005 l’œdème cérébral ischémique comme principale caractéristique de la maladie et cause de décès. Ces résultats ont été confirmés 10 ans plus tard par deux études conduites sur des cohortes pédiatriques en Afrique, les enfants malades ayant bénéficié d’un examen clinique par neuroimagerie. L’objectif de notre projet est l’identification des lésions ou anomalies sous-tendant les déficits neurologiques chez les sujets ayant survécu au syndrome cérébral. Ces travaux réalisés sur un modèle expérimental très proche de la maladie humaine devraient permettre de mieux comprendre la nature des séquelles cérébrales chez les animaux ayants survécu à une malaria cérébrale qu’elles soient structurales, métaboliques, vasculaires, ou fonctionnelles. Notre étude est susceptible de fournir des marqueurs diagnostiques/pronostiques transposables à l’homme qui permettraient d’améliorer le suivi des patients et d’évaluer l’efficacité d’interventions thérapeutiques.
Procédures
Inoculation du parasite : les animaux induits pour la malaria cérébrale seront inoculés avec le parasite par une unique injection intrapéritonéale à l’état vigile, l’intervention n’est pas douloureuse et ne dure que quelques secondes. Examen clinique : le suivi des animaux induits pour la malaria et non traités par un antimalarique inclura 2 prélèvements sanguins pour suivi de la parasitémie. Le prélèvement d’une goutte de sang au niveau de la queue sera réalisé à l’état vigile, sans contention. Les animaux malades et traités subiront 3 prélèvements. Traitement : les souris induites pour la malaria et traitées recevront une injection intrapéritonéale quotidienne à l’état vigile du traitement anti-malarique pendant 10 jours. Les groupes contrôles recevront une injection quotidienne à l’état vigile d’une solution saline ou du traitement antimalarique selon les groupes. Imagerie cérébrale: les animaux seront imagés sous anesthésie, la durée de l’examen sera inférieure à 1h30. Les animaux contrôles et les animaux induits pour la malaria cérébrale et traités subiront 7 examens au total sur une période de 6 mois. Les souris induites pour la malaria cérébrale mais non traitées seront imagées deux fois (une semaine avant inoculation et une fois pendant la maladie). Les animaux contrôles et les animaux induits par la malaria cérébrale seront soumis à deux études comportementales, une fois à la fin du suivi de six mois.
Impact sur les animaux
Les animaux contrôles seront examinés par IRM avant administration d’une solution saline ou de chloroquine (selon les groupes), puis une fois par mois pendant 6 mois après la fin du traitement. La solution saline et la chloroquine seront administrées en ip une fois par jour pendant 10 jours. Elles ne produisent aucun effet délétère détectable par examen clinique ou monitoring physiologique. L’examen IRM sera conduit sous anesthésie gazeuse. Les seules nuisances ou effets indésirables possibles pour ces deux groupes sont essentiellement la défaillance cardiorespiratoire sous anesthésie, très rare avec l’isoflurane administré à faible dose. L’utilisation d’un monitoring physiologique permet en général de détecter les premiers signes de défaillance et d’interrompre immédiatement l’anesthésie ce qui permet le réveil rapide des animaux. Les animaux induits pour la malaria cérébrale et non traités seront examinés par IRM avant l’injection du parasite. Quatre à 6 jours après l’injection, les animaux présenteront les premiers signes de la maladie (perte de poids, poil hérissé, yeux mi-clos, léthargie). Puis, 6 à 8 jours après l’inoculation, les manifestations neurologiques apparaitront (hypothermie, diminution de la coordination et de la motricité) pouvant conduire au coma et à la mort. Les animaux seront imagés lors des premières manifestations neurologiques et euthanasiés sous anesthésie. L’examen par IRM et l’euthanasie auront lieu avant la survenue d’une hypothermie sévère, de convulsions et du coma. Les animaux induits pour la malaria cérébrale et traités à la chloroquine seront examinés par IRM avant l’injection du parasite. Ils seront traités dès l’apparition des premières manifestations neurologiques. Ils seraient euthanasiés s’ils présentaient une aggravation de leur état, la chloroquine étant inefficace à un stade avancé de la maladie. Les animaux traités efficacement par la chloroquine seront suivis comme les groupes contrôles par IRM pendant 6 mois. Les animaux ayant eu une malaria cérébrale sont moins actifs que les sujets contrôles. Les autres effets indésirables possibles sont liés au risque anesthésique pendant les examens IRM.
Devenir
A l’issue de chacune des procédures, les animaux seront euthanasiés afin de prélever le cerveau en vue d’analyses biochimiques ou immunohistochimiques selon les cas.
Remplacement
Le recours à l’animal est incontournable car la détection des séquelles cérébrales et le suivi de leur évolution au cours du temps ainsi que leur impact sur la fonction cérébrale ne peuvent être réalisés que sur des animaux vivants. Il n'existe pas de méthode alternative in vitro ou in silico. Notre projet étudiera l’évolution de plusieurs paramètres cérébraux comme le métabolisme, le débit sanguin, le connectome structural, et le connectome fonctionnel. Le suivi de ces paramètres nous permettra d’identifier la nature des séquelles de la malaria cérébrale et de mieux comprendre leur impact sur la fonction cérébrale à divers âges de la vie.
Réduction
L’utilisation de techniques d’imagerie non invasive permettra de réduire le nombre d’animaux grâce au suivi longitudinal de chaque individu ce qui permettra le recueil d’un grand nombre de données anatomiques, métaboliques et fonctionnelles sur un même animal dans des conditions de stress minimal.
Raffinement
Le raffinement concernera toutes les procédures du projet ainsi que les conditions d’hébergement des animaux et devrait permettre de réduire le stress, l’angoisse et la douleur. En ce qui concerne l’induction de la malaria cérébrale et son traitement, un examen clinique quotidien permettra de déceler sans retard des signes d’aggravation neurologiques qui nécessiteraient de recourir à l’euthanasie. Tous les examens cliniques par imagerie seront réalisés sous anesthésie gazeuse avec surveillance physiologique. Un délai d'acclimatation minimum de 14 jours et une habituation à l'expérimentateur seront assurés. Les animaux seront hébergés en groupes sociaux, avec cycle jour/nuit, nourriture et boisson ad libitum et enrichissement environnemental. Les cages contiendront des rondins de bois à ronger, du coton pour la nidification, un refuge en plastique, et une roue fast-track avec igloo afin de diminuer les comportements agressifs, réduire l’ennui, et favoriser l’expression d’un maximum de comportements naturels.
Choix des espèces
L’inoculation du parasite murin Plasmodium Berghei ANKA chez la souris est un modèle validé et reconnu de malaria cérébrale pédiatrique qui a permis des avancées majeures dans la compréhension des mécanismes pathogéniques de cette maladie. Dans la majorité des études utilisant le modèle obtenu par inoculation de PbA, les souris induites pour la malaria cérébrale sont de jeunes adultes (entre 8 et 12 semaines). Plusieurs études ont montré une résistance au développement de la malaria cérébrale chez des animaux plus âgés. Nous induirons donc la malaria cérébrale chez des animaux âgés de 8 semaines.
Caractérisation de lignées épileptiques de souris génétiquement modifiées pour la voie mTOR
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
- Recherche fondamentale
- Système nerveux
Une souris qui fait une crise de plus de cinq minutes, ou plus de dix crises par jour pendant les enregistrements, atteint un point limite et est mise à mort. 450 souris de lignées génétiquement modifiées sur la voie mTOR, sujettes à des crises d'épilepsie spontanées, vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré à sévère, toutes tuées, au plus tard à un an pour celles qui ne font aucune crise. Elles sont génotypées par un prélèvement au bout de la queue à une semaine, puis, selon les groupes, subissent l'implantation d'électrodes dans le crâne suivie d'un isolement pour des enregistrements vidéo-EEG d'une semaine, répétés après une à deux semaines de repos, ou jusqu'à sept tests de comportement de dix minutes à une heure. Le résumé ne nomme aucun de ces tests, destinés à repérer des "altérations comorbides à l'épilepsie".
Objectifs
Le projet a pour but de caractériser les conséquences fonctionnelles de mutations de la voie mTOR retrouvé chez l’homme, qui conduisent à des phénotypes épileptiques. Nous créerons de nouveaux modèles de souris génétiquement modifiées afin de faire un suivi de leur phénotype, ainsi qu’une caractérisation électrophysiologique et comportementale (altérations comorbides à l’épilepsie).
Bénéfices attendus
Le projet permettra de valider les modèles murins d’épilepsie, afin de comprendre les mécanismes à l’origine des crises d’épilepsies et de développer de nouvelles cibles thérapeutiques. Ces avancées sont urgentes en raison de la pharmacoresistance élevée des patients avec une dysplasie focale corticale liée à ces mutations, et la nécessité du recours à la chirurgie de l’épilepsie pour contrôler les crises.
Procédures
**Les lignées maintenues dans le cadre de ce projet peuvent présenter des crises d'épilepsies spontanées. Une chirurgie sous anesthésie et analgésie (1h maximum) sera pratiquée pour l’implantation d’électrode intracrânienne puis isolement et enregistrement EEG (Electro-encéphalographique) afin d’enregistrer l’activité électrique cérébrale sur animal vigile (session d’une semaine séparée par 1-2 semaine de repos) pour détecter des crises d’épilepsie spontanées. Des études de comportement sur animal vigile (7 tests maximum, tous les 2-3 jours, d’une durée minimale de 10 min et maximale d’1h par test) seront réalisées. **
Impact sur les animaux
**Les nuisances attendues sont : 1) Le développement prédit d’un phénotype épileptique avec des crises spontanées dont la fréquence reste à définir (quotidienne, hebdomadaire ou mensuelle selon les modèles), 2) La chirurgie due à l’implantation intra crâniale d’électrodes (douleur, inconfort), et l’isolement des animaux prévus pour l’enregistrement vidéo-EEG de l’activité électrique cérébrale 3) Un stress lié à l’analyse comportementale des animaux.**
Devenir
**Maintien et suivi de lignées dommageables : les animaux implantés seront euthanasiés dès qu’un point limite sera atteint, ou à l’âge d’un an maximum si aucune crise ne survient. Analyse vidéo-EEG (enregistrement de l’activité électrique cérébrale) : les animaux seront euthanasiés à la suite de la détection de crises épileptiques, ou à l’âge d’un an maximum si aucune crise ne survient. Les animaux étant implantés avec des électrodes, nous ne pouvons pas utiliser les animaux pour le comportement car les électrodes pourraient avoir un impact. Des prélèvements pourront être réalisés pour études biochimiques (Western blot). Analyse comportementale : Les animaux seront euthanasiés à la fin de la procédure.**
Remplacement
L’utilisation d’animaux est justifiée car: (1) Les modifications cérébrales nécessaires ne peuvent être étudiées chez l’humain. (2) La culture cellulaire ne reproduit pas certaines propriétés des crises d'épilepsie dans un cerveau entier. (3) La modélisation in silico nécessite des données expérimentales encore manquantes
Réduction
**Nous veillerons à générer le minimum d'animaux nécessaires à la fois pour le maintien de nos lignées et pour leur utilisation dans des expériences en vue de produire des conclusions scientifiques statistiquement fiables. La taille des effectifs a été établie grâce à un calcul de puissance, nous procèderons à des tests statistiques pour une interprétation fiable des résultats. Le calcul de puissance sera ajusté selon les premiers résultats, car nous ne pouvons pas encore prédire les différences de moyennes et de variabilité entre nos groupes. Nous avons prédit un minimum de 10 animaux par groupe (n=450). **
Raffinement
**Les animaux sont hébergés selon les normes en vigueur et les cages enrichies d’un nid de coton, et d’une maison en cas d’inconfort (animal isolé) ou pour les souris gestantes. Si un animal fait une crise de plus de 5 minutes (par observation dans la cage), cela constituera un point limite. De plus, lors des enregistrements vidéo-EEG (enregistrement de l’activité électrique cérébrale) : si un animal fait plus de 10 crises par jour, cela constituera un point limite. Les animaux feront donc l'objet d'une surveillance étroite par le personnel de soin animalier. Le poids, l'apparence physique et des changements de comportement seront les facteurs pris en compte. Suite à la procédure d’implantation d’électrodes, on administre un analgésique. Ce traitement pourra être prolongé jusqu’au rétablissement de l’animal (si aucun point limite n’est atteint). L'expérimentateur pèsera les animaux chaque jour suivant la chirurgie pendant une semaine, puis une fois par semaine, et évaluera objectivement l'apparence physique de l'animal (convulsions, dos voûté) et son comportement (lenteur des mouvements) au moins une fois par semaine. D'autre part, les animaux feront l'objet d'un suivi postopératoire avec une surveillance rapprochée de l'expérimentateur jusqu'au réveil complet de l'animal et surveillance quotidienne étroite de l'expérimentateur et du personnel de soin animalier pendant les deux semaines suivant la chirurgie. Les mouvements, le poids, la respiration et les réflexes tels que le retrait de la patte seront observés. S'ils révèlent une dégradation ou une souffrance de l'animal, celui-ci sera euthanasié afin d’arrêter la douleur.**
Choix des espèces
**Nous travaillerons sur une espèce animale: la souris. Notre choix a été motivé par des raisons scientifiques: (1) Nos études portent sur des modèles génétiques d'épilepsie nécessitant des modifications génétiques ciblées, possibles chez ces animaux (CRE/lox). (2) L'établissement de lignées pures avec un fond génétique stable et homogène utilisées dans les laboratoires du monde entier permet la reproductibilité et la comparabilité des résultats et donc la réduction du nombre d’animaux. (3) Ces deux espèces sont majoritairement utilisées pour modéliser les crises d’épilepsies. Elles ont donc été explorées de manière exhaustive de la molécule au comportement, permettant une solide base scientifique sur laquelle baser nos travaux. (4) Les rongeurs ont un cerveau suffisamment élaboré pour générer des activités épileptiques dont les mécanismes pathologiques aux niveaux cellulaire et moléculaire sont similaires à l'humain. Les animaux seront génotypés par biopsie d’un bout de queue (environ 1 mm) à l’âge de 1 semaine (avant la queue est trop peu développée pour permettre le prélèvement). Pour le suivi, les animaux seront observés dès l’âge de 15 jours (une fois le génotype établi). L'épilepsie apparaissant généralement à l'âge juvénile-jeune adulte Pour les autres procédures, les souris seront utilisées à partir de l’âge 3 semaines (après sevrage). Pour la même raison que l'âge d'observation des animaux, de plus la procédure n°2 impose un isolement des animaux après chirurgie, or cela n'est pas possible avant sevrage.**
Evaluation de l’efficacité de composés pharmacologiques dans un modèle d’épilepsie néonatale liée au gène Kcnq2.
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
- Recherche fondamentale
- Système nerveux
Traitées par l'alimentation, par gavage ou par injection intrapéritonéale, pendant un à trois jours ou chaque jour de leur 25e à leur 90e jour de vie, des souris porteuses d'un variant du gène Kcnq2 font des crises d'épilepsie spontanées et passent des tests d'apprentissage et de mémoire que le résumé ne nomme pas. 960 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour prélever leur système nerveux central. L'équipe prévoit de tester 20 molécules, et un résultat favorable servirait de base à une demande d'essai clinique chez l'enfant. Le porteur écrit qu'aucun "effet indésirable particulier n'est attendu", puis qu'une crise spontanée peut conduire "à la mort de l'animal".
Objectifs
Des variants pathogènes dans le gène KCNQ2 provoquent une épilepsie dans l'espèce humaine. Cette épilepsie se manifeste par de fréquentes crises survenant durant les tous premiers mois de vie (avant l'âge de 3 mois). Cette activité épileptique est accompagnée d'une détérioration des fonctions cognitives et motrices. Il n'existe pas de traitement et les anti-épileptiques classiques sont inefficaces. Nous étudions une souris modèle knock-in porteuse d'un variant récurrent du gène KCNQ2 (T274M). La souris hétérozygote pour ce variant reproduit les caractéristiques principales de la maladie humaine. Ce modèle permet de mieux comprendre la pathophysiologie de la maladie et de tester de nouvelles approches thérapeutiques. Ce modèle est le premier (et le seul pour le moment) qui puisse permettre de tester des approches thérapeutiques sur organisme entier dans un contexte valide par rapport à la pathologie humaine. Le projet comporte la stabulation d'animaux à phénotype dommageable, leur traitement par des candidats médicaments et l'évaluation de leur phénotype sur le plan des crises d'épilepsie et des capacités cognitives. A l'heure actuelle, il existe des molécules qui vont atténuer les crises d'épilepsie chez les enfants présentant une épilepsie liée au gène KCNQ2 (par exemple la carbamazépine). La multiplicité des traitements subis par ces enfants et leur hétérogénéité (clinique et génétique) ne permet cependant pas d'établir clairement si les traitements efficaces sur les crises le sont aussi sur le développement neurologique. Il s'agit pourtant d'une question essentielle. Pour l'ensemble de ce projet, nous envisageons de tester 20 molécules. Nous avons pour objectif d'identifier des molécules qui apporteront un bénéfice en terme de neurodéveloppement. Si le traitement est efficace, nos souris modèle devront présenter moins de crise mais aussi avoir un neurodéveloppement le plus normal possible.
Bénéfices attendus
Ce projet devrait permettre d'évaluer l'efficacité de candidats médicaments dans un modèle unique d'encéphalopathie épileptique. Si un candidat médicament s'avère efficace pour diminuer les crises d'épilepsie et pour améliorer les déficits cognitifs dans le modèle, les résultats serviront de base à une demande d'essai clinique dans l'espèce humaine.
Procédures
Traitements pharmacologiques par l'alimentation, par gavage ou injection intrapéritonéale en fonction des candidats médicaments. Traitements aigus (1 à 3 jours) ou chroniques (entre P25 et P90) en fonction de la pharmacocinétique des composés testés. Prélèvements sanguins en fin de protocole pour estimer la biodisponibilité des composés ou de leurs métabolites et confirmer l'exposition.
Impact sur les animaux
Etant donné que les molécules administrées sont censées avoir un effet antiépileptique, nous attendons une amélioration du phénoptype des anilmaux (moins de crises, meilleures capacités d'apprentissage). Aucun effet indésirable particulier n'est attendu. Dans le pire des cas, les candidats médicaments n'auront pas d'efficacité. S'ils aggravent le phénotype (voir suivi des animaux ci-dessous), les traitements seront alors immédiatement interrompus. Dans ce modèle, il est également possible que les animaux présentent une crise spontannée conduisant à la mort de l'animal.
Devenir
Les animaux sont conservés pendant la durée de la procédure (traitement, évaluation des améliorations phénotypiques, prélèvement sanguin) puis euthanasiés en fin de procédure afin de prélever le système nerveux central pour réaliser des analyses histologiques, transcriptomiques et protéomiques.
Remplacement
Les épilepsies sont provoquées par des décharges inadaptées de cellules excitables en réseau. Les crises ainsi générées se traduisent, le plus souvent, par des mouvements anormaux. Pour étudier la pathologie dans toutes ses dimensions et espérer pouvoir produire des résultats qui seront transférables à l'espèce humaine, il est nécessaire d'avoir recours à un modèle animal car les cellules isolées ne récapitulent pas ce qui se passe dans un cerveau entier. Le gène Kcnq2 est très conservé entre la souris et l'Homme. Les tests phénotypiques sont bien développés dans cette espèce. Le modèle que nous utilisons est le premier et le seul disponible pour le moment pour cette pathologie. Avant que le modèle vivant ne soit utilisé, les médicaments candidats ont été testés sur des modèles cellulaires in vitro et dans des neurones dérivés de modèles iPS avant d'en préciser les caractères de d'efficacité et de toxicité éventuelle. L'étude des capacités d'apprentissage et de mémorisation ne peut être effectuée que sur l'animal vivant.
Réduction
Le nombre d'animaux utilisé sera optimisé et calculé de façon à ce que les effets attendus puissent être détectés avec un niveau de significativité suffisant tout en garantissant la sécurité des résultats s'ils doivent être utilisés ultérieurement pour justifier un essai clinique pédiatrique.
Raffinement
L'hébergement est adapté aux besoins physiologiques des animaux et permet l'expression de leur gamme normale de comportements. La méthode d'administration des traitements la moins contraignante possible sera utilisée (dans les croquettes servant d'alimentation à chaque fois que cela est possible). Des points limite clairs sont définis et les animaux seront euthanasiés lorsqu'ils atteindront les critères d'interruption.
Choix des espèces
Les souris génétiquement modifiées sont un modèle qui permet de modéliser une pathologie humaine car il s'agit de mammifères disposant d'un répertoire génétique très similaire à celui de l'espèce humaine. La technologie de recombinaison homologue utilisée pour générer le modèle utilisé est parfaitement au point dans cette espèce et a permis de générer des centaines de modèles pertinents pour étudier les maladies humaines et pour développer des traitements spécifiques. Les souris seront traitées au moment où apparaissent les crises d'épilepsie spontanées dans ce modèle et uniquement chez des animaux sevrés (entre P25 et P30). La suppression des crises d'épilepsie est le premier critère de jugement d'efficacité de la molécule testée. Le traitement pourra se poursuivre quotidiennement jusqu'à P90 où l'évaluation finale de leur comportement sera effectuée (tests d'apprentissage et mémorisation). Dans l'espèce humaine, la maladie est sporadique (sans histoire familiale) et n'est donc détectée chez un nourrisson qu'au moment où les premières crises apparaissent. Nous nous placerons donc dans ce même cas de figure avec les animaux modèles étudiés ici, traités au moment où leur pathologie se manifeste.
Imagerie de la neuroinflammation par ultrasons, chez la souris nouveau-né et la jeune souris
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
- Recherche fondamentale
- Système nerveux
1 506 souris, dont des souriceaux de 5 jours, vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance sévère. Elles reçoivent une injection de molécule pro-inflammatoire dans le péritoine ou directement dans le cerveau, subissent une ouverture de la boîte crânienne sous anesthésie et des séances d'imagerie par ultrasons, pour étudier la neuroinflammation du cerveau en développement. Le porteur indique que l'injection provoque un retard de croissance et peut entraîner des troubles comportementaux et moteurs, et décrit trois tests évaluant la communication sociale, la reconnaissance de l'odeur maternelle et le stress. Les retombées annoncées pour le nouveau-né humain prématuré sont renvoyées au long terme, l'objectif immédiat restant l'imagerie du cerveau enflammé.
Objectifs
La neuroinflammation est une réaction inflammatoire (réaction de l'organisme aux lésions et infections) qui se produit dans le cerveau. Lorsqu’elle survient peu avant ou après la naissance, la neuroinflammation peut impacter des phases critiques du développement du système nerveux central et avoir des conséquences à long terme sur la santé de l’individu (handicaps moteurs, troubles comportementaux, déficits cognitifs…). Cette étude vise à mieux comprendre l’impact de l’inflammation sur le développement cérébral. Nous nous intéressons ici à trois caractéristiques du cerveau : la connectivité entre différentes régions cérébrales lorsqu'elles sont activées, l’architecture vasculaire et la rigidité. La connectivité analyse l’activation simultanée de plusieurs aires cérébrales structurellement différentes. La neuroinflammation engendre des défaillances de cette connectivité fonctionnelle. L’inflammation modifie également les vaisseaux sanguins de la zone touchée, puisqu’elle se traduit par un afflux important de sang à cet endroit. L’architecture vasculaire à l’échelle des microvaisseaux fera l’objet d’une partie de cette étude. Enfin, la neuroinflammation, de par ses conséquences au niveau vasculaire notamment, pourrait modifier la rigidité du cerveau, et nous chercherons à quantifier cette modification. Les ultrasons biomédicaux, utilisés à des fins d’imagerie diagnostique, sont un moyen parfaitement adapté à l’étude de ces trois caractéristiques. L’essor considérable qu’ils ont connu au cours des dernières années a permis d’augmenter le niveau de détail des images, spatialement et temporellement, et leur sensibilité. Dans notre étude, trois techniques d’imagerie ultrasonore seront utilisées : les ultrasons fonctionnels pour étudier la connectivité fonctionnelle, l’imagerie superrésolution pour cartographier l’architecture cérébrale à l’échelle des microvaisseaux, et l’élastographie pour mesurer la rigidité du cerveau inflammé. L’effet de la neuroinflammation sur le comportement sera également étudié. Trois tests comportementaux seront mis en œuvre pour évaluer la communication sociale des animaux, la reconnaissance de l’odeur maternelle par les souriceaux et le stress des animaux.
Bénéfices attendus
Ce projet contribue à enrichir les recherches faites sur la neuroinflammation chez le souriceau, en utilisant une méthode jusque-là peu utilisée pour étudier ce sujet : l’imagerie par ultrasons. En particulier, l’étude de l’impact possible de l’inflammation sur la rigidité du cerveau constitue la principale avancée de ce projet. A plus long terme, les données collectées serviront à la recherche sur le nouveau-né humain prématuré. La neuroinflammation est en effet une conséquence de la prématurité des enfants, dans 20 à 40% des cas. Elle est à l’origine de la plupart des lésions dans le cerveau du nourrisson, regroupées sous le terme d’encéphalopathie du prématuré. Mieux comprendre les modifications de vascularisation, de connectivité et de rigidité induites par la neuroinflammation contribuera à élargir les outils pronostiques de la prématurité, afin de pouvoir mettre en place des interventions plus précoces et ouvrir la voie à de nouveaux traitements.
Procédures
- Les animaux recevront une injection (à travers le péritoine, sans anesthésie, 1 min ; ou directement dans le cerveau, avec anesthésie, environ 30 min) d’une molécule pro-inflammatoire, à deux stades de croissance différents (5 jours et 30 jours après la naissance). - Les animaux au 30ème jour après la naissance nécessitent une opération chirurgicale d'ouverture de la boîte crânienne, au cours de laquelle ils seront placés sous anesthésie générale (environ 1h). - Toutes les mesures d’imagerie ultrasonore (imagerie fonctionnelle, élastographie, imagerie superrésolution) sont réalisées sous anesthésie générale (durée variable en fonction des mesures à effectuer : entre 15 min et 1h30). - L'imagerie superrésolution nécessite en plus l'injection de microbulles dans la circulation sanguine, réalisée sous anesthésie, à l'aide d'une seringue très fine, adaptée à la taille de l'animal (environ 2 min).
Impact sur les animaux
- L’administration intra-péritonéale (i.e., dans le péritoine) ou intra-cérébroventriculaire (i.e., directement dans le cerveau) peut créer une infection locale dans la zone d’injection. - L’injection de molécule inflammatoire engendre un retard de croissance chez les animaux concernés, qui se traduit morphologiquement par une taille et un poids inférieurs à la normale. De plus, les animaux injectés sont susceptibles de développer des troubles comportementaux (caractère asocial, hyperactivité, préférence maternelle non visible…) et moteurs. - Une dose mal estimée d’anesthésie au cours des acquisitions en imagerie peut engendrer le réveil des animaux si trop faible, ou leur mort si overdose, ce qui justifie une étape préalable d'ajustement des doses. - La manipulation des animaux au cours des injections, ainsi que l’injection elle-même, et les tests de comportement sont sources de stress pour les animaux.
Devenir
Pour toutes les procédures, les animaux seront euthanasiés. Ils auront en effet reçu des injections et/ou subi une craniotomie donc ne pourront pas être maintenus en vie.
Remplacement
Notre étude s’intéresse à des caractéristiques du cerveau en activité, entier et fonctionnel, qu’il est par conséquent impossible de reproduire ex vivo (i.e., en-dehors de l'organisme), in vitro (i.e., en milieu artificiel) ou in silico (i.e., par des modèles informatiques).
Réduction
Au total, notre projet nécessitera au maximum 1506 animaux. Nous avons réduit le nombre de souris utilisées au minimum nécessaire et suffisant pour valider scientifiquement notre étude du point de vue de l’analyse statistique.
Raffinement
- Des grilles de scoring en fonction de l’âge des animaux seront proposées pour s’assurer du bien être des animaux et déterminer les points limites. Durant la période d’injection de la molécule inflammatoire, on surveillera la fréquence respiratoire, la recoloration des extrémités et le tonus des animaux. Suite à l’inflammation, on surveillera régulièrement la prise de poids et l’apparition éventuelle de troubles comportementaux (isolement, agressivité) : la molécule inflammatoire sera injectée le matin, puis les animaux seront surveillés 1h, 6h, 10h, 22h et 24h après l’injection (deux personnes se relaieront pour la surveillance). Si l’un de ces points limites est atteint, et/ou à la fin de l’étude, les animaux seront euthanasiés. - Les cages des animaux seront enrichies avec du papier doux et absorbant pour la réalisation du nid, comme dans leur milieu naturel. - Pendant les chirurgies nécessaires pour la mise en place des appareils d’imagerie, les animaux seront anesthésiés et surveillés : si l’animal présente une difficulté respiratoire, une variation importante de sa fréquence cardiaque ou une hypothermie importante, la procédure de chirurgie sera interrompue et l’animal euthanasié. - Au cours des acquisitions en imagerie, sous anesthésie générale, les constantes physiologiques suivantes seront mesurées en continu : fréquence cardiaque, fréquence respiratoire, température.
Choix des espèces
Dans le cas de l’étude de la neuroinflammation, la littérature montre que la souris est une espèce très fréquemment utilisée pour la réalisation de modèles de lésions dans le cerveau. Par ailleurs, ce modèle a l’intérêt de modéliser le cerveau en développement d’un prématuré (un souriceau à 5 jours de vie correspond approximativement à un foetus humain de 24-30 semaines de gestation) ; il pourra donc, à plus long terme, être appliqué au cas du nouveau-né humain. L’objectif de ce projet est d’étudier l’impact de la neuroinflammation sur certaines caractéristiques du cerveau, à différents stades de croissance : les animaux seront utilisés au cours du développement, à un stade encore immature du cerveau (5 jours après la naissance), et à plus long terme, lorsque le cerveau a atteint sa maturité (30 jours après la naissance).
Etude des effets de trois candidats médicaments sur la régénérescence de l’axe moteur périphérique dans un modèle murin de compression nerveuse.
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
192 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance sévère. Elles subissent une chirurgie de lésion du nerf sciatique, des traitements quotidiens par gavage ou injections, deux électromyogrammes sous anesthésie, puis une perfusion intracardiaque, pour tester trois candidats médicaments censés favoriser la régénérescence de l'axe moteur. Le porteur indique que la lésion provoquera de la souffrance et que le gavage quotidien induit un stress. Il justifie le modèle murin par la similitude du système moteur avec celui de l'humain et par des protocoles courts, efficaces, simples et reproductibles.
Objectifs
Les atteintes de l’axe moteur, telles que la perte des axones et des neurones moteurs ainsi que la dénervation musculaire, sont à l’origine des maladies neuromusculaires. Des études montrent que dans certaines maladies neuromusculaires, comme la sclérose latérale amyotrophique, les neurones moteurs encore fonctionnels sont capables de compenser cette perte en créant de nouveaux prolongement axonaux et une réinnervation partielle. Ces mécanismes compensatoires sont induits par des voies de signalisations pro-régénératives : on parle de régénérescence de l’axe moteur. Ici, nous étudierons des candidats médicaments pour leur capacité à promouvoir la régénérescence de l’axe moteur après compression/lésion du nerf sciatique. Pour cela, nous utiliserons un modèle murin de lésion mecanique du nerf sciatique. En effet, la souris possède un système moteur complexe présentant de fortes similitudes avec le système moteur humain. Seulement 10j après la lésion, les souris présentent des signe de récupération fonctionnelle ainsi que réinnervation du muscle. La souris est donc un modèle approprié permettant la mise en place de protocoles expérimentaux courts, efficaces, simples et reproductibles.
Bénéfices attendus
Le projet s'intégre dans la phase préclinique du développement de candidats médicaments pour des maladies invalidantes et . En cas de résultats positifs, le développement du ou des candidats médicaments pourra se poursuivre.
Procédures
Les animaux seront soumis à de la chirurgie, sous anesthésie générale, conduisant à une lésion du nerf sciatique. Cette procédure est une procédure courte (une dizaine de minute). Les procédures incluent des traitements chroniques (quotidiens) par gavage, ou injections intra-péritonéales. La régénéresence du nerf sciatique sera évaluée par EMG (2 fois), sous anesthésie. L'evaluation dure environ 30minutes. Les animaux subiront une perfusion intra-cardiaque sous anesthésie profonde à la fin du projet.
Impact sur les animaux
Les animaux subiront une chirurgie et une lésion mécanique du nerf sciatique. Cette lésion provoquera de la souffrance. Le traitement quotidien des souris par gavage peut induire un stress, particulièrement lors des premières administrations. Les tests de motricités peuvent également induire une nuisance chez les souris.
Devenir
Tous les animaux seront mis à mort afin de collecter des tissus pour des analyses complémentaires (histologie).
Remplacement
Les processus de dénervation et réinnervation impliquent l'interaction de plusieurs types cellulaires (neurones moteurs spinaux et cellules gliales) dans différentes structures cérébrales (striatum, substance noire). Ce degré de complexité ne peut être atteint qu’avec un modèle animal.
Réduction
Le nombre de souris (n par groupe) a été optimisé pour assurer l’obtention de résultats statistiquement significatifs. La motricité fine des souris sera évaluée, des études publiées dans la littérature scientifique suggèrent qu'un nombre de 12 souris par groupe est nécessaire pour obtenir des résultats statistiquement significatifs (puissance: 80%, seuil de significativité à 5%, effect un effet de 25% et un écart type de 15%). Ainsi, pour ce projet, nous travaillerons avec n=12 souris par groupe pour détecter d’éventuel effets significatifs de candidats médicaments.
Raffinement
Le raffinement sera basé sur : (i) la présence d’objets d'enrichissement, (ii) des approches d'analgésies avant, pendant et après l'opération, (iii) et le contrôle strict des besoins physiologiques des animaux (température corporelle) pendant et après l'opération (pour assurer un rétablissement rapide). Les animaux seront hébergés par deux au minimum (5 au maximum), en cages ventilées, avec accès ad libidum à l'eau et à la nourriture. La souffrance des animaux sera limitée au maximum grâce à la recherche quotidienne de signes indicateurs de souffrances. Le projet a défini des points limites. Si un de ces points limites est atteint, le responsable de l’étude sera informé et l’animal sera mis à mort. Si des signes de souffrances sont détectés, le responsable de l’étude sera informé, et un analgésique sera administré. Dans le cas où le traitement analgésique se révèlerait être inefficace, l’animal sera mis à mort.
Choix des espèces
La souris possède un système moteur complexe présentant de fortes similitudes avec le système moteur humain. Une semaine après la lésion du nerf, les souris présentent les premiers signes de réinnervation musculaire. La réinnervation et la récupération fonctionnelle est observable à partir de 10 jours après la lésion. La souris est donc un modèle approprié permettant la mise en place de protocoles expérimentaux courts, efficaces, simples et reproductibles. Nous utiliserons dans ce projet des souris C57BL6. Nous utiliserons des animaux âgés de 6 semaines. Ce stade de développement chez la souris est approprié pour observer une récupération fonctionnelle optimale après la lésion du nerf.
Etude chez la souris de l’implication d’une protéine dans les maladies des vaisseaux cérébraux
- Recherche appliquée
- Troubles cardiaques
- Troubles nerveux
560 souris vont être utilisées dans des procédures menées sous anesthésie, les animaux étant tués avant tout réveil, par exsanguination et perfusion transcardiaque. Le porteur indique recourir à des souris génétiquement modifiées, analysées à différents âges de 10 jours à 12 mois, pour étudier la mort des cellules musculaires des petits vaisseaux cérébraux. Il précise que les lésions cérébrales sont bien tolérées et sans signe clinique, et que la mise à mort par exsanguination, susceptible de s'accompagner de souffrance, se fait sous anesthésie profonde. Il affirme que la manipulation génétique est "indispensable" et qu'aucun modèle in vitro ne peut se substituer, les bénéfices se limitant à l'identification de cibles thérapeutiques.
Objectifs
L'objectif à terme de ce projet est d’élucider les mécanismes moléculaires responsables de la mort des cellules musculaires lisses artérielles dans les maladies des petits vaisseaux cérébraux. Ces maladies sont responsables chez l'homme d'environ un tiers des accidents vasculaires cérébraux et sont une cause majeure de déclin cognitif lié à l'âge. Il n'existe à ce jour aucun traitement spécifique pour ces maladies, une des raisons étant que les mécanismes physiopathogéniques de ces maladies sont encore très mal connus. Un des dénominateurs communs à toutes les maladies des petits vaisseaux cérébraux est la mort des cellules musculaires lisses des artères cérébrales. Ces cellules jouent un rôle clé dans le contrôle de la perfusion cérébrale. De plus, la perte des cellules musculaires lisses des artères cérébrales est impliquée dans la survenue des hémorragies cérébrales. L’analyse protéomique des artères cérébrales de souris et de patients avec la maladie CADASIL a mis en évidence une protéine dont la production est anormale à un stade très précoce de la maladie CADASIL. Les résultats suivants suggèrent que cette protéine pourrait être impliquée dans la mort des cellules musculaires lisses artérielles, non seulement dans la maladie CADASIL, mais aussi dans d’autres formes génétiques ou sporadiques de maladies des vaisseaux cérébraux : 1) cette protéine est produite par les cellules musculaires lisses des artères cérébrales, 2°) l’élimination de cette protéine dans les souris CADASIL permet de prévenir la perte des cellules musculaires lisses artérielles, et 3°) cette protéine est également anormalement produite dans les artères cérébrales d’autres formes génétiques ou multifactorielles de maladies des petits vaisseaux. Les 3 objectifs spécifiques de ce projet sont : 1) d’élucider le rôle de cette protéine dans les vaisseaux cérébraux, 2°) d’étudier le mécanisme par lequel la production anormale de cette protéine contribue à la mort des cellules musculaires lisses artérielles dans la maladie CADASIL, et 3°) de tester l’hypothèse que la production anormale de cette protéine est également impliqué dans la mort des cellules musculaires lisses artérielles d’autres formes génétiques ou multifactorielles de maladies des petits vaisseaux.
Bénéfices attendus
La connaissance des mécanismes moléculaires de la mort des cellules musculaires lisses artérielles dans les maladies des petits vaisseaux cérébraux est fondamentale pour l’identification de cibles thérapeutiques et le développement de traitement pour ces maladies.
Procédures
Mise à mort par exsanguination et perfusion intracardiaque (durée 40 min).
Impact sur les animaux
La perte des cellules murales des vaisseaux peut conduire à des lésions histologiques du cerveau mais ces lésions sont extraordinairement bien tolérées chez la souris (pas de signes cliniques, survie normale) car d'apparition très progressive. La mise à mort par exsanguination au cours de la perfusion intracardiaque peut s’accompagner de souffrance mais celle-ci sera prévenue en réalisant la perfusion sous analgésie et anesthésie très profonde et terminale.
Devenir
mise à mort par exsanguination et perfusion transcardiaque de fixateurs ou de solution saline. La perfusion intracardiaque de fixateurs permet de fixer le cerveau in situ avant son prélèvement et donc de préserver la morphologie des tissus et des vaisseaux du cerveau , ce qui est indispensable dans notre projet. La perfusion de solution saline permet d'éliminer tous les composants protéiques ou cellulaires du sang des artères qui seront prélevées, ce qui est indispensable dans notre projet.
Remplacement
La complexité des interactions vaisseaux –cerveau- débit sanguin fait qu’il est fondamental d’étudier ces anomalies sur l’animal vivant, soumis à l’ensemble des systèmes régulateurs, de façon parfaitement intégrée. De plus, la complexité de ces interactions fait qu’on ne sait pas modéliser correctement ce système in vitro. Pour ces raisons, nous ne pouvons pas substituer au modèle animal un modèle in vitro ou computationnel.
Réduction
Pour limiter le nombre d’animaux, seules les expériences considérées comme absolument indispensables seront réalisées. Nous avons calculé la taille des échantillons en nous basant sur des jeux de données collectées au cours d’expériences précédentes similaires.
Raffinement
Les animaux seront hébergés en groupe sociaux dans des cages enrichies avec du coton . La mise à mort sera effectuée sous analgésie et anesthésie générale profonde. Nous veillerons au bienêtre des animaux en mettant en place une grille de score et en utilisant des points limites adaptés, un arbre décisionnel et des critères d’arrêt de souffrance. Tout signe de douleur, souffrance, angoisse ou stress chez les animaux sera soulagé au préalable avec des analgésiques.
Choix des espèces
La souris est un animal vertébré chez lequel, d'une part, l'organisation du système vasculaire cérébral est assez proche de l'homme et d'autre part les manipulations génétiques sont aujourd’hui réalisables. Ces manipulations génétiques sont indispensables pour la réalisation de ce projet. La majorité des animaux utilisés seront des souris jeunes âgées de 2 mois à souris âgées de 12 mois car il est nécessaire de pouvoir analyser la progression des lésions au cours de la maladie. Un nombre limité d'animaux seront analysées à l’âge de 10 jours afin d'étudier le développement des vaisseaux.
Système Nerveux Central- Tests sur les maladies neurodégénératives
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
Rats : 860
1 276 souris et rats vont être utilisés dans des procédures pouvant atteindre un niveau de souffrance sévère, la plupart tués à l'issue et 120 rats réutilisés pour d'autres études. Des substances neurotoxiques leur sont injectées ou données dans l'alimentation pour provoquer une mort neuronale et des symptômes de maladie de Parkinson, Huntington, Alzheimer, sclérose en plaques ou AVC, suivies de chirurgies dans le cerveau et de tests comportementaux moteurs et mnésiques. Le porteur indique que ces modèles provoquent tremblements, déficits moteurs et parfois agressivité, et teste des substances censées améliorer les symptômes. Il reconnaît l'existence de cultures de neurones et de tranches cérébrales, mais conclut à la nécessité de modèles animaux plus complexes.
Objectifs
Le projet consiste à décrire les tests réalisés pour induire des effets neurotoxiques conduisant à la mort neuronale et à des symptômes moteurs ou non-moteurs chez l'animal
Bénéfices attendus
La recherche de nouvelles thérapies est indispensable pour améliorer les conditions de vie ainsi que l’espérance de vie des patients atteints de maladies neurologiques. A l'heure actuelle, il n'existe pas de traitements curatifs pour lutter contre la maladie de Parkinson, la maladie d'Alzheimer ou la sclérose en plaques. Des médicaments permettent de limiter les symptômes moteurs (L-Dopa) dans le cas de la maladie de Parkinson ou les troubles de la mémoire (Donepezil) dans le cas de la maladie d'Alzheimer. Les corticoïdes sont utilisés en première intention pour diminuer les poussées observées chez les patients atteints de sclérose en plaque. Les immuno-modulateurs et/ou immuno-suppresseurs permettent de limiter la fréquence des poussées. Pour les accidents vasculaires cérébraux, le caillot formé au niveau de l'artère cérébrale peut être dissout par l'administration d'Altéplase dans les premières heures suivant l'apparition des symptômes. Néanmoins, il n'existe pas de traitements neuroprotecteurs ou régénérateurs suite à un AVC. Les substances tests qui seront administrées dans le cadre de chacune de ces procédures seront étudiées soit pour leur capacité à améliorer les symptômes dans ces modèles, soit pour leur capacité à traiter la maladie.
Procédures
Les modèles de maladie de Parkinson et de Huntington sont induits par l’administration unique ou sur 5 jours (intrapéritonéale) d’une substance réactive ; chaque administration dure environ 1 à 2 secondes. Des tests comportementaux moteurs (durée max =60 minutes et entre 1 et 3 tests sur 1 à 5 jours) peuvent être réalisés avant euthanasie des animaux et prélèvement d'organes. Pour mimer la sclérose en plaque, les animaux sont nourris avec des aliments contenants la substance réactive sur une durée de 5 semaines. Des tests comportementaux moteurs peuvent être réalisés pendant ces 5 semaines (maximum de 3 tests sur 1 heure, 1 fois par semaine). A la fin des expériences, des prélèvements d'organes peuvent être réalisés après euthanasie des animaux. Certains modèles Parkinsoniens, des modèles de mort cellulaire ou d'accident vasculaire nécessitent une intervention chirurgicale sous anesthésie générale. Cette intervention dure entre 30 et 60 minutes. Les animaux sont ensuite évalués dans différents tests moteurs (durée maximum = 3 heures par jour, 1 à 2 séries de tests par semaine sur 4 à 5 semaines) ou non-moteurs (tests mnésiques réalisés quotidiennement pendant environ 1 h sur 4 à 5 semaines). Des prélèvements d'organes peuvent être réalisés après euthanasie des animaux. Pour chaque modèle, les animaux recevront une substance test de manière aigue ou de manière chronique au cours de l’expérience. Classiquement, les administrations par bolus durent de l’ordre de la seconde, mais des administrations par infusion peuvent durer jusqu’à plusieurs heures (1 à 2 heures) et seront dans ce cas réalisées via un cathéter implanté sous anesthésie générale. Des prélèvements sanguins peuvent être réalisés en cours d'étude (1 à 2 prélèvements avec au minimum une semaine d'intervalle, chaque prélèvement dure quelques secondes).
Impact sur les animaux
Les modèles utilisés pour mimer certains aspects de la maladie de Parkinson peuvent induire des tremblements au niveau de la mâchoire ou des déficits moteurs légers à modérés. Les tremblements peuvent être également observés au niveau des membres inférieurs ou supérieurs de manière temporaire. Pour le modèle de sclérose en plaque, les déficits moteurs sont relativement légers. Dans les modèles de la maladie d'Alzheimer, les déficits attendus sont plutôt d’ordre mnésique. Dans certains modèles, les animaux peuvent être plus agressifs (ce comportement diminue dans le temps, environ 3 semaines après lésion). Le modèle d'accident vasculaire entraîne des déficits moteurs clairs (difficulté à marcher, à coordonner les mouvements). Pour tous ces modèles sur animal vivant, il est usuel d’avoir déjà des notions de toxicité des composés. Il n’est donc pas attendu de sévérité forte liée aux molécules testées.
Devenir
Les rats ayant subi une procédure légère peuvent être réutilisés pour une nouvelle procédure. Une partie des rats ayant subi une procédure modérée peuvent être ré-utilisés pour une seconde étude (cas d'animaux lésés à la 6-OHDA par exemple). Pour les autres modèles, les animaux seront euthanasiés à la fin des expériences.
Remplacement
Il existe des techniques alternatives permettant d'évaluer les traitements sur des cultures primaires de neurones ou des tranches cérébrales afin de limiter le nombre d'animaux utilisés et de sélectionner les meilleurs candidats médicaments. Néanmoins, l'efficacité de nouveaux traitements doit également être démontré sur des modèles plus complexes (modèles animaux), permettant l'évaluation des effets de substances pharmacologiques sur le comportement des animaux, par exemple.
Réduction
Dans ce projet, des modèles cellulaires sont utilisés pour pouvoir séléctionner les meilleurs candidats médicaments et pouvoir limiter les nombre d'animaux à tester sur des modèles plus complexes. Dans le cas des études chez l'animal vivant, les substances à tester ont déjà subi une phase de sélection afin de réduire le nombre d'animaux vivants testés.
Raffinement
Les procédures décrites ont été optimisées pour limiter la douleur chez l'animal. Les rongeurs sont administrés avec une substance anti-inflammatoire le jour de la chirurgie et pendant 48 heures pour toutes les procédures incluant une chirurgie, à l'exception du modèle d'ischémie cérébrale. Une substance analgésique locale est également appliquée sur le crâne de l'animal pour limiter la douleur. Enfin, un gel ophtalmique est appliqué sur les yeux pour éviter le dessèchement de l'oeil. Lors de la chirurgie, la surface du cerveau peut être endommagée lorsque le crâne est percé et induire une hémorragie. Si l'hémorragie ne cesse pas après l'application de tampons absorbants, l'animal sera euthanasié. Les animaux vont être pesés suite à la chirurgie pour évaluer leur récupération. Un rongeur montrant une perte de poids supérieure à 15%, le poil hérissé ou encore le manque de toilettage sera euthanasié. La chirurgie peut entrainer le gonflement de l'abdomen, lié à un ralentissement du transit intestinal/constipation. De l'huile naturelle (huile de maïs par exemple) peut être administrée pendant plusieurs jours, une à 2 fois par jour, pour limiter la douleur chez l'animal et éviter l'occlusion intestinale. Dans la plupart des modèles de neurodégénerescence, l'évaluation comportementale peut être complétée par des marquages histologique au niveau cérébral afin de raffiner le modèle. L'apparition d'effets secondaires liés à l'administration d'une substance d'essai peut être constaté ou potentialisé suite à l'administration de la substance réactive (exemple de crise épileptique spontanée induite par une substance). Les animaux seront immédiatement anesthésiés/euthanasiés pour raisons éthiques suite à l'observation de ce type de symptômes. Dans certains cas de modèles Parkinsoniens, les mouvements involontaire au niveau de la gueule de l'animal peuvent conduire à des mordillements de la patte controlatérale à la lésion et à une plaie. Cette dernière sera désinfectée avec une solution antiseptique si besoin. Les animaux peuvent perdre du poids pendant la période d'intoxication d'une substance réactive. Si la perte de poids est trop importante (supérieure à 15 %), l'animal sera euthanasié.
Choix des espèces
Des tests de neurotoxicité ont été développés chez le rongeur et sont largement décrits dans la littérature comme méthodes prédictives pour évaluer l'efficacité de nouvelles substances pharmacologiques. Ces tests pharmacologiques sur rongeurs sont réalisés en amont des essais cliniques afin de sélectionner les candidats médicaments les plus efficaces et donc les plus prometteurs pour lutter contre les maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer. Les rongeurs (rats, souris) sont testés une fois sevrés, l’âge peut varier entre 3 semaines et 2 ans, conformément aux données historiques et à la bibliographie scientifique. Ces procédures décrites dans ce projet peuvent être utilisées de façon longitudinale sur des rongeurs depuis la période post-sevrage jusqu'à l'âge adulte.
Intérêt d’une thérapie matricielle pour contrer les dommages cérébraux et les déficits cognitifs induits par la radiothérapie
- Recherche appliquée
- Troubles nerveux
- Recherche fondamentale
- Système nerveux
220 rats sains vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré. Leur cerveau entier est irradié, puis pendant six mois ils reçoivent chaque semaine une injection intraveineuse d'une molécule dite RGTA, avec quatre IRM et quatre batteries de tests comportementaux mesurant la fatigue, la locomotion, l'anxiété et la mémoire. Le porteur indique que l'irradiation provoque fatigue, perte de poids, sécrétions oculaires et érythèmes, qu'il présente comme transitoires. Il affirme qu'il est 'indispensable' de recourir à l'animal pour analyser ces phénomènes, en vue d'un éventuel passage chez l'humain.
Objectifs
Bien que la radiothérapie soit un traitement de référence pour traiter les tumeurs cérébrales, celle-ci peut induire des déficits cognitifs sévères qui altèrent grandement la qualité de vie des patients. L'irradiation cérébrale permet de contrôler la tumeur mais conduit également à des lésions du tissu cérébral sain qui aboutissent à un déclin cognitif, notamment des atteintes mnésiques. Actuellement,, il n’existe aucune prise en charge thérapeutique pour prévenir et/ou réparer les lésions cérébrales induites par la radiothérapie. Ainsi, ce projet vise à évaluer dans un modèle de radiotoxicité cérébrale chez le rat adulte, l’intérêt d’une thérapie matricielle utilisant une molécule dénommée RGTA® (ReGeneraTing Agent). Les effets neuroprotecteurs et pro-cognitifs de cette molécule ont déjà été montrés dans différents modèles animaux de pathologies cérébrales. L’objectif de ce projet est double : 1/ mieux comprendre les mécanismes-clés des déficits cognitifs induits par la radiothérapie cérébrale et 2/ les limiter par une nouvelle thérapie matricielle. L’intérêt de la thérapie RGTA® pour contrer les lésions cérébrales et les déficits cognitifs induits par la RT cérébrale sera évalué dans un modèle de radiotoxicité cérébrale chez le rat sain (non porteur de tumeurs cérébrales). Ce modèle animal a été développé au laboratoire et est bien caractérisé que ce soit en termes de décours temporel des altérations comportementales (fatigue/locomotion/cognition) ou des atteintes du tissu cérébral.
Bénéfices attendus
Cette étude préclinique doit permettre de 1/ de mieux comprendre les mécanismes responsables des troubles cognitifs observés après l'irradiation cérébrale et 2/ d’apporter des preuves expérimentales robustes pour évaluer l'intérêt du RGTA® en tant qu'agent neuroprotecteur, régénérateur et pro-cognitif dans le contexte des lésions cérébrales induites par la RT. 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 comme une irradiation de l’ensemble du cerveau qui durera 10 minutes. Les rats seront ensuite traités chaque semaine, pendant une durée de 6 mois, par la thérapie matricielle ou par son excipent (sérum physiologique), administrés par voie intraveineuse et durera au maximum 5 minutes par animal. Pour évaluer les effets du traitement, des IRM cérébrales d'une durée maximale de 45 minutes par animal seront réalisées et répétées 4 fois pendant l'étude. L'ensemble des animaux réaliseront également plusieurs tests comportementaux pour évaluer la fatigue, l'activité locomotrice, l'anxiété, la mémoire à court-terme et la mémoire à long-terme. Chaque animal réalisera 4 fois cette batterie de tests comportementaux (2 semaines, 1 mois, 3 mois et 6 mois après irradiation cérébrale). L’ensemble des tests comportementaux seront échelonnés sur 2 semaines avec 1 seul test par jour et la durée de chaque test comportemental sera comprise entre 10 et 20 minutes.
Impact sur les animaux
A la suite de 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). Il est important de noter que ces effets indésirables sont transitoires et réversibles. De plus, l’ensemble de ces effets indésirables sont également retrouvés chez les patients traités par radiothérapie et le but de ce projet est d'évaluer l'intérêt du traitement RGTA® pour atténuer et réduire ces effets secondaires.
Devenir
A la fin de l'étude (6 mois après irradiation cérébrale), les animaux des différentes procédures seront mis à mort afin de mener des études post mortem sur le sang et le tissu cérébral.
Remplacement
Bien que des alternatives non-animales seront utilisées dans ce projet, 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 et d’évaluer l’intérêt de la thérapie matricielle utilisée dans ce projet. Ce projet permettra d'obtenir des preuves expérimentales suffisamment robustes pour in fine tester ce traitement 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. Le nombre d’animaux nécessaire à cette étude est estimé à 220 rats répartis en 4 groupes.
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 seront 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 l’équipe et connues par les personnes impliquées dans ce projet. De plus, une échelle d’évaluation de l’état général des animaux (score défini par plusieurs items visuels) a été mise en place dans l’équipe 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 IRM de haute résolution. D’autre part, plusieurs tests comportementaux visant à évaluer les déficits moteurs et cognitifs sont bien décrits chez le rat. Enfin, le modèle de radiotoxicité cérébrale chez le rat utilisé dans ce projet a été developpé par le laboratoire de recherche qui l'a d'ailleurs déjà très bien caractérisé en termes de dommages cérébraux et de modifications comportementales jusqu’à 6 mois après irradiation encéphalique. Ainsi, le laboratoire de recherche maîtise 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 (poids d’environ 350 g) lors de leur arrivée à l’animalerie. L’irradiation cérébrale sera réalisée sur des animaux âgés de 6 mois mais les rats arriveront à l’animalerie 1 mois avant afin de les acclimater dans leur nouvel environnement, de les habituer aux expérimentateurs et aux dispositifs expérimentaux. 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.