Toxicologie (hors obligations réglementaires)

Seize heures sans nourriture avant le test de l'aliment caché, une nuit de test de préférence au sucre, deux tests d'anxiété, un conditionnement de peur sur deux jours : 504 souris enchaînent neuf épreuves comportementales après sept jours d'instillations nasales d'antibiotiques sous anesthésie. Elles reçoivent ensuite par le nez des bactéries ou du microbiote de patients parkinsoniens, ce qui peut déclencher deux mois plus tard une maladie de Parkinson expérimentale, avec malnutrition, troubles de la motricité et faiblesse musculaire. Le niveau de souffrance déclaré est modéré, et toutes sont tuées pour l'analyse de leurs tissus nasaux, nerveux, sanguins et intestinaux. Le porteur présente le recours à la souris comme un moyen d'éviter d'utiliser des primates non humains.

Objectifs

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus fréquente en France, après la maladie d'Alzheimer. C’est une maladie complexe, d’étiologie encore inconnue, caractérisée par une destruction d’une population spécifique de neurones, entraînant un déficit au niveau de l’initiation et du contrôle des mouvements. Sur le plan moléculaire, des lésions sont retrouvées et correspondent à des amas pathogènes formés par une protéine : l’α-synucléine. Les troubles olfactifs sont fréquents dans la MP et sont souvent présents plusieurs années ou décades avant l'apparition des symptômes moteurs. Les troubles précoces de l’odorat dans la MP pourraient être la conséquence d’un déséquilibre du microbiote nasal. Dans cette étude, nous émettons l’hypothèse qu’il existe un lien entre le microbiote nasal et les déficits olfactifs de la MP. Ce modèle expliquerait tout d’abord les lésions inflammatoires de la muqueuse olfactive constatées chez les patients MP, ainsi que l'accumulation de la protéine neurotoxique dans les structures olfactives. Nous proposons d’élucider le rôle du microbiote nasal et de ses métabolites dans la perte de l’odorat observée au décours de la maladie de Parkinson (MP). Nos trois principaux objectifs sont de clarifier (1) le rôle exact de profils spécifiques de microbiotes nasaux avec les performances olfactives, (2) l’impact de l’environnement sur le microbiote nasal et (3) tester le lien entre microbiote nasal et MP. L’opportunité d’étudier deux populations ayant une exposition environnementale très différente, en France métropolitaine et aux Antilles, devrait permettre d’identifier des anomalies du microbiote spécifiques à la maladie de Parkinson. Les souris constituent un modèle pertinent pour ce projet car (1) elles peuvent facilement être colonisées par des microbiotes d’origine humaine et (2) elles peuvent développer des maladies proches de la MP très rapidement après gavage avec des échantillons provenant de selle de patients MP.

Bénéfices attendus

Nous proposons d’élucider le rôle du microbiote nasal et de ses métabolites dans la perte de l’odorat observée au décours de la maladie de Parkinson (MP). Nous couplerons notre analyse moléculaire du microbiome avec l’analyse métabolique de la muqueuse nasale et du sérum de patients MP et de souris transplantées avec du microbiote humain de patients MP. Ce projet nous permettra d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans le déséquilibre du microbiote nasal et de proposer des biomarqueurs et des nouvelles cibles thérapeutiques. Les résultats de ce projet pourraient améliorer la prise en charge médicale des patients.

Procédures

Chaque animal sera soumis à : - une instillation intranasale d’antibiotiques (30 secondes) tous les jours pendant 7 jours sous anesthésie légère (5 minutes) - une seule instillation intranasale de bactéries (30 secondes) trois jours après la dernière instillation d’antibiotiques, sous anesthésie légère (5 minutes) - une restriction alimentaire de 16 heures avant de passer le test de la nourriture cachée (durée : 15 minutes). - Un test d’anxiété (20 minutes) - Un test de reconnaissance de nouveaux objets (20 minutes) - Un test de préférence au sucrose (une nuit) : mesurant leur préférence à boire une solution sucrée plutôt que de l’eau plate (test effectué sur une nuit, biberons additionnés de sucre et biberon normal). - Un second test d’anxiété (10 minutes): - Un test mesurant la perception aux odeurs des souris (15 minutes) - Un test des capacités morices (5 minutes) - Un test d’évitement des prédateurs (10 minutes). - Un test de test de conditionnement de peur (10 minutes pendant 2 jours)

Impact sur les animaux

Chaque animal sera soumis à : - une instillation intranasale d’antibiotiques (30 secondes) tous les jours pendant 7 jours sous anesthésie légère (5 minutes) L’anesthesie gazeuse provoque un inconfort de courte durée. La piqure d'aiguille pour l’injection d’anesthésique entraîne une douleur légère de courte durée. L’instillation intranasale d’antibiotiques provoque un inconfort de courte durée. - une seule instillation intranasale de bactéries ou de microbiote humain (30 secondes) trois jours après la dernière instillation d’antibiotiques, sous anesthésie légère (5 minutes) L’anesthesie gazeuse provoque un inconfort de courte durée. La piqure d'aiguille pour l’injection d’anesthésique entraîne une douleur légère de courte durée. - L’instillation intranasale de microbiote humain ou de bactéries comme des Staphylocoques provoque un inconfort de courte durée et peut induire deux mois après l’instillation une maladie de Parkinson expérimentale chez la souris qui présentera alors des signes de malnutrition, des problèmes de motricité et une faiblesse musculaire. - Une restriction alimentaire de 16 heures avant de passer le test de la nourriture cachée (durée : 15 minutes). La restriction alimentaire induit habituellement un stress physique modéré et de la détresse modérée pendant une durée de 16 heures avant la réalimentation.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure car il est nécessaire que tous leurs tissus nasaux, nerveux, sanguins et intestinaux soient analysés en détail pour identifier les mécanismes sous-tendant le développement de la maladie de Parkinson.

Remplacement

Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de méthode alternative à l’expérimentation animale pour tester la perception, la mémoire et la coordination motrice.

Réduction

Notre stratégie expérimentale est conçue de manière à réduire le plus possible le nombre d’animaux. Le nombre d’animaux estimé pour ce projet a été calculé par un biostaticien de manière à ce que, pour chaque expérience, les groupes utilisés soient constitués de 12 souris, le nombre minimal requis pour que l’analyse statistique ultérieure permette une évaluation pertinente des résultats. Nous avons calculé qu’un nombre de 12 souris minimum par groupe est nécessaire.

Raffinement

Notre stratégie expérimentale est conçue de manière à réduire tout stress et inconfort de l’animal. Après l’instillation intranasale de bactéries ou de microbiote humain, chaque animal fera l’objet d’une évaluation quotidienne pendant 2 jours puis tous les 7 jours pour s’assurer de sa bonne santé (mesure du poids, analyse de l’allure du pelage, de l’état de vigilance, de la posture, du comportement moteur général et du comportement exploratoire dans la cage). Nous allons particulièrement surveiller l’apparition de signes chroniques parkinsoniens comme un trouble de la motricité (allure de la marche, activité locomotrice, comportement exploratoire dans la cage, coordination motrice et équilibre) et une faiblesse musculaire (incapacité à bien se mouvoir sur la grille de la cage). Ces signes cliniques sont habituels dans les modèles expérimentaux de maladie de Parkinson chez la souris. Si l’animal présente des signes parkinsoniens, il fera l’objet d’un suivi plus poussé : Il sera pesé tous les jours et du gel hydrique sera disposé sur la litière pour améliorer la prise alimentaire. Si cet animal en plus des signes parkinsoniens se met à présenter une perte de poids ≥20% du poids basal, est déshydraté ou reste prostré, il sera mis à mort immédiatement.

Choix des espèces

Le système nerveux des souris est proche de celui de l’humain et sensible au développement de pathologies expérimentales parkinsoniennes comme par exemple après l’administration de microbiote intestinal humain provenant de patient parkinsonien. Nous disposons d’un nombre important d’outils et de données avec ce modèle qui devraient nous permettre de tester les liens entre déséquilibre du microbiote nasal et neuropathologie parkinsonienne et d’établir des schémas thérapeutiques, voire préventifs pour les humains, en évitant donc de recourir à des primates non humains. Nous utiliserons des souris surexprimant un gène humain qui nous permettront d’appréhender le facteur génétique de l’hôte dans la pathologie. Adulte, à partir de 6 semaines après la naissance, car la maladie touche les adultes.

358 rats mâles vont être utilisés, tous tués à l'issue pour le prélèvement du cerveau et des poumons, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun passe soixante minutes immobilisé dans un tube de contention pour inhaler un aérosol de particules de tungstène, après six séances d'habituation à ce tube réparties sur deux semaines. Une partie reçoit en plus une irradiation gamma du corps entier, puis viennent quatre échographies de trente minutes et cinq prélèvements sanguins échelonnés sur trois mois. Le rat a été retenu parce que la plateforme d'inhalation du laboratoire est dimensionnée pour lui : les animaux doivent peser 350 grammes à quinze grammes près pour tenir dans les tubes sans trop y bouger.

Objectifs

Le concept d’exposome prend en compte le fait que, tout au long de sa vie, un individu va être exposé à un ensemble de polluants environnementaux et professionnels qui vont avoir une répercussion sur sa santé. Ces expositions multiples peuvent produire des effets plus prononcés que lorsque l’on considère un polluant séparément. Notre projet porte sur les effets biologiques d’une coexposition à un stresseur chimique et à un stresseur radiologique sur le cerveau. Ce nouveau projet, fort de la base de résultats acquis au cours des projets précédents, viendrait compléter les connaissances en se concentrant sur la vascularisation du cerveau. Les stresseurs sélectionnés : particules de tungstène métal - valence chimique de notre co-exposition - et irradiation gamma – valence radiologique - sont pertinents au regard de ceux auxquels les travailleurs du nucléaire pourraient être exposés de façon accidentelle lors de taches spécifiques qu’ils auraient à effectuer. L’objectif de notre étude est d’identifier les mécanismes impliqués dans la réponse de la vascularisation cérébrale à une exposition aigüe à des doses faibles de rayonnements ionisants, associée ou non à l’inhalation d’un aérosol particulaire de tungstène chez le rat in vivo. Les analyses réalisées permettront d’étudier si l’exposition à ces deux stresseurs ensemble induit des effets potentiellement plus prononcés que lorsque les expositions se font séparément. Pour cela, l’évaluation de potentielles conséquences sera réalisée à différents niveaux d’analyse : de l’expression de gènes, à la cellule jusqu’au fonctionnement et à l’intégrité des vaisseaux. Cette approche permettra d’identifier les principaux processus biologiques qui sont affectés selon les différents types d’exposition.

Bénéfices attendus

En associant les résultats de ce projet avec les précédentes études, nous pourrons mieux comprendre le rôle de la vascularisation cérébrale dans les effets observés en lien avec notre schéma de coexposition. Ces résultats permettront de prendre en compte l’ensemble des effets avec les autres composantes du cerveau, notamment les différents types cellulaires : les neurones, les cellules gliales. A plus long terme, cette étude alimentera les réflexions sur l'évolution du système de radioprotection dans la gamme des faibles doses de rayonnement ionisants. Cette étude permettrait une meilleure identification des risques réels pour une optimisation des normes d’un point de vue sanitaire et la connaissance des effets biologiques après exposition à des doses faibles combinées à un autre stresseur sur le cerveau.

Procédures

Un nombre réduit d’animaux participeront à la mise au point de certaines étapes : prélèvements sanguins répétés sur animal anesthésié (max 5 prélèvements par animal) et réalisation d’échographie avec produit (1 injection i.v. par animal sur animal anesthésie suivie d’une échographie). Les animaux seront exposés en une seule fois à un aérosol de particules de tungstène (durée 60 min en tube à contention). Pour l’habituation à cette contention, ils auront eu 6 séances d’habituation d’une durée allant de 10 à 60 min réparties sur deux semaines à raison de 3 séances par semaine. Certains lots recevront une dose unique d’irradiation sous la forme de rayonnement gamma en corps entier à une faible dose de 50 mGy. Pour cette irradiation, ils seront placés dans une boite d’irradiation. Ils seront en vigile pour cette irradiation. La durée de l’irradiation est d’une minute. La durée totale de la mise en boite, transport dans le bâtiment, irradiation et remise en cage n’excède pas 30 minutes. Certains lots seront exposés aux deux types de stresseurs dans la même journée en dose unique également. Pour tous les animaux, les échographies et les prélèvements de sang sont non invasifs et effectués sous anesthésie. Les animaux auront 4 séances d’échographies de 30 minutes chacune : une avant l’exposition, puis à 24 heures, 28 jours et 3 mois. Le nombre de prélèvements sanguins est de 5 reparti entre 15 minutes et 3 mois post-exposition, et le volume n’excèdera pas 500 microlitres à chaque prélèvement.

Impact sur les animaux

Les protocoles d’exposition impliquent des périodes de contention dont le stress est réduit par des procédures prévues. Les expositions par inhalation et/ou d’irradiation ne sont pas susceptibles d’induire de douleurs nécessitant l’administration de produits antalgiques, ni avant, ni après la procédure. Les prélèvements sanguins et les administrations i.v. nécessitent une piqure qui va entrainer une douleur légère et de courte durée. Ces actes seront réalisés sur des animaux anesthésiés dans le respect des bonnes pratiques. Il n’est pas attendu d’effet secondaire des produits administrés. Les animaux seront surveillés après chaque manipulation.

Devenir

A la fin de la procédure, tous les rats seront euthanasiés pour prélever les organes (cerveau, poumons, notamment) pour permettre de réaliser les analyses biologiques (biologie moléculaire, histologie) complétant les analyses fonctionnelles réalisées sur tous les animaux de ce projet.

Remplacement

Pour mimer l’exposition corps entier à une irradiation externe et à une inhalation sous la forme d’un polluant particulaire qui mime nos situations d’exposition professionnelles, il est nécessaire d’avoir recours à une exposition sur un modèle intégré (système nerveux central, voies aériennes supérieures, poumons, reins). Pour répondre à nos objectifs scientifiques, les études in vitro présentent des limites pour l’évaluation des mécanismes au niveau cellulaire après une exposition à des doses faibles de rayonnement ionisant et à l’inhalation de particules. Elles ne permettent pas d’identifier des processus physiologique et/ou physiopathologique. Cet argument est également valable pour les modèles d’organoïdes de cerveau car ils n’intègrent pas les cellules responsables de la réponse neuroinflammatoire. Il est également très difficile de maintenir des cultures cellulaires au-delà de 3 semaines dû au vieillissement cellulaire et aux cycles limités des cellules. Dans ce projet l’idée est d’évaluer la vascularisation organique cérébrale, et la niche neurovasculaire qui regroupe différents types cellulaires qui ne peuvent pas être tous cultivés en même temps. De plus, il n’est pas possible d’évaluer l’irrigation fonctionnelle du cerveau dans des modèles in-vitro.

Réduction

Au total, 358 animaux seront utilisés dans ce projet. Le nombre d’animaux par groupe a été établi avec l’utilisation d’outils statistiques. Des analyses statistiques ont permis d’optimiser le nombre d’animaux par groupe selon les effets attendus. Le nombre d’animaux par groupe a été déterminé sur la base de la littérature existante sur des schémas d’exposition similaires et sur le retour d’expérience des projets précédents.

Raffinement

Les rats font l’objet d’un suivi quotidien. Ils sont pesés à l’arrivée pour vérifier la conformité avec le poids demandé au fournisseur. Ils sont également pesés au cours de la procédure d’habituation aux tubes à contention, témoin de leur état de santé et de l’adéquation de leur prise de poids avec la taille des tubes. Tout signe de prostration de l’animal, de blessures importantes dues à des bagarres par exemple entrainera l’euthanasie anticipée. Si le comportement d’un animal est altéré, il sera pesé avec un point limite à 20% de perte de poids. Lors des différentes procédures, un arrêt cardiaque durant l’anesthésie sera traité par massage cardiaque. Les infections ou blessures éventuelles seront traitées localement. Le transfert des animaux de l’animalerie à la plateforme d’irradiation située dans le même bâtiment se fera en boite de transport opaque et possédant un filtre. Le stress potentiel lié à ce transport est nettement réduit pas la procédure d’habituation à la contention. Les prises de sang et les injections par la veine caudale sont réalisées sous anesthésie.

Choix des espèces

Le rat est le modèle de référence pour les études en toxicologie de l’inhalation en mode nose-only. La plateforme d’inhalation que nous possédons au laboratoire est également adaptée au rat : vitesse des flux d’air au sein de la chambre d’inhalation, taille des tubes de contention, taille des emplacements dans la chambre d’inhalation. Cette espèce est le modèle utilisé dans les protocoles d'inhalation précédents réalisés au laboratoire. Le rat est également un modèle de référence pour les systèmes physiologiques étudiés dans ce projet : système nerveux, voies olfactives : épithélium nasal, nerfs olfactifs et bulbes olfactifs, voie pulmonaire. Ainsi, nos résultats pourront être comparés aux précédentes études que ce soit celles du laboratoire et celles issues de la littérature pour les modes d’exposition par inhalation, mais également par irradiation. Les rats sont utilisés au stade adulte de 12 semaines afin de pouvoir comparer les résultats obtenus avec les expériences précédentes au laboratoire et avec la littérature portant sur les effets d’exposition par inhalation à des particules métalliques et par irradiation externe. Le stade adulte correspond au stade auquel l’homme est le plus exposé par ces modes d’exposition combinés pour la population cible que nous visons, c’est-à-dire les travailleurs. Tel qu’évoqué précédemment, le rat mâle de 12 semaines sera utilisé et le poids à l’arrivée doit être situé aux alentours de 350 ± 15 grammes pour tous les animaux afin d’être dans la gamme de taille et de poids adéquate pour pouvoir rentrer dans les tubes à contention au bout des deux semaines d’habituation. Il faut qu’ils puissent être capables de rentrer dans les tubes tout en étant suffisamment contenu à l’intérieur afin de limiter les mouvements dans les tubes pendant les expositions à l’aérosol et qu’ils ne s’agitent pas trop.

Pour mesurer si des nanoparticules inhalées par une mère abîment les poumons de sa descendance, 2 240 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour le prélèvement d'organes. Les femelles gestantes puis allaitantes reçoivent les nanoparticules directement dans la trachée sous anesthésie, une fois par semaine pendant six semaines. Leur descendance passe des mesures de fonction pulmonaire de 5 à 45 minutes, éveillée, à quatre stades de développement, de la fin de gestation à l'âge adulte. Le porteur annonce que les souriceaux grandissent normalement, tout en prévoyant qu'un comportement maternel anormal et des anomalies de développement pourraient apparaître, et une mise à mort rapide dès l'atteinte d'un point limite.

Objectifs

Les nanotechnologies sont en plein essor depuis le début du XXIème siècle. Cependant, l'utilisation exponentielle des nanoparticules (NP) suscite des inquiétudes quant à leurs potentiels effets sur la sante de l’Homme et sur l’environnement. En effet, en raison de leur présence dans de nombreux produits du quotidien (produits cosmétiques, alimentation, produits d’entretien, expositions professionnelles etc.), nous y sommes régulièrement exposés, que ce soit par voie cutanée, orale ou pulmonaire. Des analyses toxicologiques sont donc nécessaires pour connaitre les risques liés à leur utilisation, notamment dans le cadre d’expositions pendant la période périnatale, lorsque l’organisme en développement est particulièrement sensible aux agressions environnementales. Des études récentes réalisées chez la souris ont montré que des nanoparticules administrées à des femelles gestantes ou lactantes peuvent atteindre le fœtus, traversant la barrière placentaire via la circulation sanguine, ou le souriceau après passage dans le lait maternel. Les conséquences de ces expositions périnatales jusqu’à l’âge adulte sont encore peu étudiées, il apparait cependant qu’elles peuvent provoquer des défauts dans divers organes (reins, foie, organes sexuels) chez la descendance. Une étude a montré qu’une exposition maternelle aux nanoparticules pendant la gestation (voie pulmonaire) provoque des anomalies de développement pulmonaire chez la descendance. Ce présent projet s’inscrit dans leur continuité. Le développement pulmonaire (chez l’Homme comme chez la souris) comporte une phase prénatale et une phase post-natale allant jusqu’à un mois après la naissance chez la souris. L’objectif principal de ce projet est d’évaluer les conséquences d’une exposition maternelle aux nanoparticules pendant la période de lactation sur le développement et la fonction pulmonaires de la descendance et d’évaluer les potentiels effets combinés d’une exposition pendant la gestation et la lactation, à l’aide d’approches in vivo et in vitro complémentaires. Les résultats obtenus permettront de contribuer à l’évaluation des risques liés à ce type d’exposition chez les femmes enceintes, allaitantes et leurs enfants.

Bénéfices attendus

Bien que l’impact d’une exposition directe aux nanoparticules sur le site d’exposition (poumons, systeme digestif) ait été bien décrit ces dernieres années, les conséquences d’expositions maternelles aux nanoparticules sont relativement peu etudiées et se concentrent sur le développement prénatal de la descendance. Les analyses des conséquences a l’age adulte d’expositions périnatales a ces nanoparticules sont rares, notamment dans le cas particulier du développement pulmonaire. Ce projet nous permettra donc d’en apprendre davantage sur la toxicite des nanoparticules chez la souris, dans un modèle in vivo permettant d’étudier la transmission de ces particules de la mère a la descendance (circulation sanguine, lait maternel) et ses conséquences sur le développement pulmonaire des souriceaux dans des conditions physiologiques. Ce projet aura pour bénéfice de contribuer a l’évaluation des risques liés a des expositions périnatales aux nanoparticules pour les femmes enceintes, allaitantes ainsi que leurs enfants.

Procédures

Les femelles gestantes et lactantes seront soumises a des expositions pulmonaires aux nanoparticules (administration par voie pulmonaire via la trachée) sous anesthésie de manière hebdomadaire pendant 6 semaines (geste technique realisé en quelques minutes, réveil et récupération rapides pour l’animal). La descendance sera soumise à des mesures longitudinales non invasives de fonction pulmonaire sur animaux vigiles durant de 5 à 45 minutes à plusieurs stades de leurs vies.

Impact sur les animaux

La descendance des souris femelles exposées aux nanoparticules au cours de la gestation ne présente pas de létalité excessive ou d’anomalies évidentes de développement, les souriceaux grandissent normalement jusqu’à l’âge adulte. Dans le cadre de ce projet, les expositions comprendront la période de gestation ainsi que celle de lactation. L’exposition des femelles chaque semaine pendant la gestation puis la lactation pourrait induire un stress conduisant à un comportement maternel anormal. Des anomalies de développement pourraient apparaitre chez la descendance, une attention particulière sera portée a leur croissance dès les premiers jours de vie afin de détecter des troubles éventuels.

Devenir

Les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure afin d'étudier les effets de l'exposition aux nanoparticules (prélèvement d'organes).

Remplacement

Notre étude porte sur l’impact d’une exposition maternelle aux nanoparticules sur le développement pulmonaire de la descendance. Ces nanoparticules peuvent passer des poumons de la mère à son systeme sanguin, s’accumuler dans ses organes et enfin atteindre la descendance, en traversant le placenta ou en passant dans le lait maternel ingéré par les nouveau-nés. Cette transmission résulte d'une complexité impossible a modéliser de manière bioinformatique ou par technique de culture cellulaire. Nous souhaitons ensuite mesurer les conséquences de cette exposition périnatale sur la physiologie et la fonction pulmonaires de la descendance jusqu’à l’âge adulte, que nous ne sommes pas en mesure de modéliser par des méthodes alternatives à l’heure actuelle. Notre étude sur modèle murin nous permettra justement de modéliser des expositions maternelles humaines bien plus complexes, pour lesquelles nous avons encore peu de données.

Réduction

Nous avons optimisé les protocoles afin d’étudier le phénotype pulmonaire à la fois des mâles et des femelles. Nous réalisons un maximum d’analyses sur le même animal afin d’utiliser tous les animaux générés dans nos procédures et d’en minimiser le nombre, tout en gardant la puissance statistique nécessaire pour mettre en évidence des variations biologiques Afin de reduire au maximum le nombre d’animaux utilisés dans ce projet, nous n’effectuerons que les seules expériences indispensables, et nous nous efforcerons de réutiliser les animaux lorsque celà est possible, notamment le contingent de mâles d’accouplement nécessaires pour générer des femelles gestantes.

Raffinement

Pour les besoins de notre étude, nous travaillerons avec les femelles gestantes et lactantes particulièrement sensibles au stress. Au cours de nos travaux antérieurs portant sur les femelles gestantes, nous avons mis au point un protocole permettant de minimiser ce stress, en les hébergeant a deux par cage, en rangeant ces cages aux endroits de plus faible passage dans le box d’hébergement, et en les enrichissant fortement par l'ajout de refuges en carton, de carrés de cellulose et de lanieres de papier. Apres le sevrage, les souris de la descendance bénéficieront des mêmes conditions d’enrichissement, et seront hebergées en groupes sociaux de 5 souris maximum par cage, pour réduire leur stress et favoriser leur bien-être. Au cours de l’expérimentation, toutes les étapes de la procédure seront realisées en limitant au maximum la souffrance et l’angoisse animale. Les animaux seront sous observation quotidienne pendant toute la durée du protocole, et l’évaluation permanente de l’état général des souris permettra de respecter le bien-être animal et d’appliquer la mise a mort rapide à l’atteinte d’un point limite.

Choix des espèces

Le modele murin a été choisi dans notre projet car la souris est le modèle le plus utilisé en toxicologie, la litterature à son sujet est donc abondante. Par ailleurs, le projet nécessite un modèle mammifère permettant la transmission des nanoparticules de la mère a la descendance par la circulation sanguine et le lait maternel. Or, les quelques études décrivant cette transmission ont été réaliées dans le modèle murin. Le but du projet est de caractériser les effets d’une exposition périnatale aux nanoparticules sur le développement et la fonction pulmonaires jusqu’à l’âge adulte, les poumons se développant chez la souris en pré et post-natal. Le phénotype pulmonaire de la descendance sera analysé a 4 stades : en fin de gestation (dernier tiers), a la naissance (nouveau-ne) afin d’étudier l’impact d’une exposition prénatale, au stade juvénile afin de visualiser les effets d’une exposition post-natale pendant la période de lactation et à l’âge adulte afin d’en évaluer les conséquences a long terme

3 660 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacun pouvant subir une chirurgie du dos de trente minutes pour une injection entre les méninges, six prélèvements de sang en vingt-quatre heures et jusqu'à dix-sept heures en cage à métabolisme. Avant la mise à mort, une aiguille traverse la peau à la base du crâne pour ponctionner le liquide céphalorachidien. L'objet est de mesurer la toxicité de candidats médicaments administrés par voie intrathécale, en amont d'études réglementaires qui utiliseront davantage d'animaux non-humains. Le porteur indique que 183 rats pourront être réutilisés dans un autre projet, ceux ayant subi un premier geste invasif sans avoir reçu de traitement, les 3 477 autres étant tués pour prélèvement de sang, de liquide céphalorachidien et d'organes.

Objectifs

De nos jours, une proportion très importante des pathologies pouvant être décrites atteint le système nerveux. Ces maladies neurologiques, difficiles à traiter, sont très invalidantes, voire mortelles et considérées comme la première cause de handicap dans le monde. En effet, en 2021, il était estimé que près de 3 milliards d’individus étaient atteints d’une maladie neurologique. De même, le nombre de cancers atteignant le système nerveux représente une proportion non négligeable du nombre total de cancers, avec de même une difficulté de traitement du fait de leur localisation. Dans ce contexte, l’objectif principal de la R&D (recherche et développement) pharmaceutique est de développer de nouveaux candidats médicaments qui seront évalués durant des essais cliniques afin de satisfaire les besoins médicaux grandissants et d’améliorer le traitement de ces maladies touchant le système nerveux. Pour beaucoup de ces maladies, un dérèglement de la production de protéines ou une accumulation de celles-ci au niveau cérébral est en cause. Il est possible aujourd’hui de cibler l’ARN d’une protéine du cerveau au fonctionnement anormal pour l’éliminer. Cela nécessite la mise en œuvre de candidats médicaments qui doivent atteindre les cellules du système nerveux. Le passage de la barrière hématoencéphalique (BHE) étant critique, la plupart des candidats médicaments utilisés pour le traitement des maladies neurologiques est administrée au niveau des lombaires entre les méninges par administration dans l’espace intrathécal (IT) chez l’Homme. L’objectif de ce projet est d’évaluer la tolérabilité puis le profil de sécurité complet de candidats médicaments et/ou véhicules (agents de transport du principe actif) administrés par voie IT chez le rat. En effet, le rat présente une forte homologie physiologique et anatomique avec l’Homme.. De plus, la voie intrathécale utilisée en clinique humaine peut être réalisée chez cette espèce. Ainsi, après sélection par screening in vitro puis in vivo des formulations et des candidats médicaments les plus prometteurs, les études préliminaires vivo de sécurité non clinique incluses dans ce projet vont permettre de déterminer le profil de sécurité des candidats médicaments et de connaître ainsi la fenêtre thérapeutique (en comparant la dose toxique à la dose efficace). Les données d’efficacité et de sécurité permettent conjointement de décider à chaque étape l’arrêt ou la poursuite du développement du médicament.

Bénéfices attendus

Actuellement, une grande majorité des médicaments pour le traitement de maladies affectant le système nerveux et notamment neurodégénératives est administré par voie intrathécale, permettant le passage de la barrière hémato-encephalique et l’action du médicament sur le cerveau. Cependant, la voie intrathécale est contraignante pour le patient et le candidat médicament peut, au cours de son développement, être confronté à des problèmes de tolérabilité, de distribution et de dégradation précoce. Le bénéfice apporté par ce projet est l’optimisation du développement de candidats médicaments en évaluant très précocement leur toxicité éventuelle, en déterminant un profil de sécurité complet (réduction ainsi du nombre d’études réglementaires et du nombre global d’animaux utilisés pour un projet thérapeutique) et en ajustant au mieux les doses et le schéma expérimental avant d’initier des études réglementaires qui nécessitent un nombre plus important d’animaux. Cette approche permet également de réduire les contraintes auxquelles les animaux sont soumis dans ces études en s’assurant de la bonne tolérance du candidat médicament. En effet, les deux procédures de ce projet permettent la sélection du meilleur candidat et l’arrêt des candidats les moins prometteurs, réduisant ainsi le nombre d’études réalisées et donc le nombre d’animaux utilisés au total pour un projet thérapeutique.

Procédures

- A l’administration (unique à 1 fois toutes les 3 semaines maximum) de composés par voie intrathécale nécessitant un abord chirurgical sous anesthésie et couverture analgésique – durée de la chirurgie environ 30 minutes - A l’administration d’analgésique en pré, péri et post opératoire ou lors de l’euthanasie -administration de 10 secondes environ - A des prélèvements de sang grâce à la technique du microsampling sur animal vigile (faible volume de sang prélevé à la veine marginale de la patte) : 6 prélèvements maximum sur 24 heures, 2 fois maximum dans l’étude – contention de 30 secondes environ et prélèvement durant 10 secondes environ - A des recueils urinaires d’une durée maximale de 17 heures en cage à métabolisme (1 fois par étude au maximum) - A un prélèvement unique de sang réalisé sous anesthésie et analgésie avant l’euthanasie - A un prélèvement unique de Liquide Céphalo Rachidien réalisé par voie transcutanée (ponction avec une aiguille au travers de la peau) via la cisterna magna (cavité située en bas de la boîte crânienne) sous anesthésie et analgésie avant l’euthanasie - A des examens paracliniques (ophtalmologie, cardiologie,) nécessitant une contention légère de 2 minutes environ au maximum 2 fois par étude

Impact sur les animaux

Dans le cadre de ce projet, des nuisances ou douleurs peuvent survenir à savoir : - Conséquences directes des actes expérimentaux : • Administration intrathécale : la phase de chirurgie nécessaire à l’administration du composé testé (d’une durée d’environ 20 minutes) et du suivi post-opératoire peut générer du stress et de la douleur (degré de sévérité modérée) • Administrations d’analgésique : la contention d’une durée maximale de 15s peut générer du stress et l’administration (moins de 10s) de la douleur (degré de sévérité léger) • Prélèvements de sang à la veine marginale de la patte ou à la veine caudale : La contention d’une durée maximale de 2min ainsi que le prélèvement (moins de 30s) peuvent générer du stress et de la douleur (degré de sévérité léger) • Induction de l’anesthésie gazeuse (pour chirurgie ou prélèvement de sang ou autre liquide biologique, liquide céphalo-rachidien (LCR), préalable à l’euthanasie etc) : l’induction qui est rapide peut générer du stress (degré de sévérité léger). - Conséquence indirecte des actes expérimentaux : La molécule administrée peut en elle-même induire des effets cliniques (modifications de la prise de poids, baisse d’activité locomotrice par exemple) et peut provoquer une nuisance pour l’animal.

Devenir

L’ensemble des animaux ayant reçu l’administration d’un candidat médicament dans ce projet seront euthanasiés à l’issue de chaque procédure pour la collecte de sang/ liquide cephalo-rachidien (LCR) pour analyse (biologie clinique, biomarqueurs) et d’organes pour lecture anatomopathologique. Les seuls cas de réutilisation possible dans un autre projet concernent les rats pour lesquels au moins un premier geste invasif a été réalisé dans le cadre de la procédure (entrant dans la définition de la procédure expérimentale réglementaire ex : micro-sampling) et qui n’ont pas reçu de candidat traitement /véhicule : -du fait d’une décision anticipée d’arrêt de l’étude ou d’un groupe à la suite d’observation de signes cliniques sur un autre rat traité du groupe par exemple

Remplacement

Ce projet a pour but d’évaluer la tolérabilité puis d’établir un profil de sécurité de candidats médicaments à visée neurologique. Actuellement, il n’existe pas d’alternative, validée scientifiquement, éthiquement et réglementairement, à l’utilisation d’animaux tout comme il n’existe pas de modèle vitro suffisamment complet pour juger du passage de la barrière hématoencéphalique ainsi que la tolérabilité et le profil de sécurité de ces candidats médicaments. L’utilisation d’un modèle animal reste donc nécessaire et le rat est l’espèce rongeur la plus adéquate pour répondre à l’ensemble des objectifs du projet (voie intrathécale possible chez cette espèce, processus physiologiques très semblables à l’Homme). L’ensemble des designs expérimentaux de ce projet est néanmoins optimisé afin de n’utiliser que le strict minimum d’animaux et de générer des données utilisables pour les études ultérieures. De plus des méthodes alternatives de screening vitro de passage de la barrière hémato-encéphalique sont utilisées pour caractériser et sélectionner les candidats médicaments ou véhicules à tester dans ces études ce qui permet de réduire fortement leur nombre.

Réduction

Une sélection des candidats médicaments les plus prometteurs est réalisée à l’aide de screening vitro et/ou silico avant la mise en place des études incluses dans ce projet. Le nombre habituel d’animaux (2 à 8 animaux/dose avec une mixité selon la procédure conduisant à 2 à 4 individus/sexe/dose ou candidat médicament) est déterminé pour être un compromis efficace afin d’atteindre les objectifs des différentes procédures, pour générer de la donnée consolidée pour les études ultérieures tout en utilisant le nombre d’animaux le plus restreint possible Le choix de ce nombre est basé sur la littérature (recommandations sur les bonnes pratiques d’études de sécurité non clinique) et sur l’expérience interne. Les études de ce projet sont mises en place précocement et profitent des informations apportées par les études de pharmacologie réalisées en parallèle (efficacité, engagement de la cible) avant de réaliser les études vivo nécessaires à la poursuite du développement de la molécule. Elles correspondent ainsi à une étape supplémentaire de sélection du candidat médicament, visant à réduire le nombre total d’animaux utilisés : selon les résultats de ces études et des études d’efficacité pharmacologique, le développement de la molécule peut être arrêtée évitant ainsi de réaliser les études suivantes comportant un effectif d’animaux plus important. Selon la procédure, les études permettent de mesure de nombreux paramètres sur un même animal, grâce à différents examens cliniques et paracliniques peu invasifs (observations cliniques, poids et température corporelle, prélèvement de sang pour pharmacocinétique ou biologie clinique, prélèvements d’organes…) réduisant aussi le nombre d’animaux nécessaire dans ce projet. Enfin, l’utilisation de la technique du microsampling pour prélèvement de sang (prélèvement d’un faible volume à la veine marginale de la patte) peu invasive, rapide, permet de réaliser une cinétique complète sur un même individu, contribuant ainsi à la réduction du nombre d’animaux (en évitant l’ajout d’animaux dédiés à la pharmacocinétique dans l’étude), tout en respectant les limites de volémie physiologiques et le bien-être animal et sans chauffage préalable pour provoquer la dilatation des vaisseaux. En cas de protocole particulier (exemple : besoin de suivre plus précisément un paramètre particulier) le service de biostatistiques pourra être mis à contribution pour définir le design expérimental le plus optimal.

Raffinement

Des observations cliniques sont réalisées chaque jour. Dès que des signes cliniques sont observés, une décision est prise en concertation entre le vétérinaire, le responsable scientifique, la Structure chargée du Bien-Etre des Animaux (SBEA) et les équipes en charge des animaux. Selon les signes cliniques observés, et si les animaux sont en phase d’étude ou pas, une prescription de soins, un arrêt de traitement, ou une euthanasie peuvent être mis en place, tout en tenant compte de l’objectif de l’étude. Cette décision se base si besoin sur le score d’une grille de points limites spécifique à l’espèce étudiée, mise en place avant l’apparition des points limites. L’administration par voie IT est réalisée dans des conditions d’asepsie optimales, sous anesthésie gazeuse avec tapis chauffant, analgésie et anesthésie locale pré, péri et post-opératoire Le protocole d’analgésie sera adapté au cas par cas. L’ensemble des animaux est hébergé et manipulé dans un secteur à confinement spécifique avec des procédures d’accès, des conditions d’hébergement et de manipulations strictes appliquées par tout le personnel et intervenants. Les animaux sont régulièrement manipulés et l’ensemble du personnel technique formé pour générer le moins de stress possible lors des actes expérimentaux. Tous les animaux sont stabulés en groupes, sauf cas exceptionnel justifié scientifiquement (signes cliniques nécessitant l’hébergement individuel n’excédant pas 6 heures, recueil urinaire n’excédant pas 17 heures), avec de l’enrichissement adapté aux besoins du rat (matériel de nidification, matériel à ronger). Au cas par cas, on peut mettre en place des modifications des conditions d’hébergement pour raffinement (ex : chauffage en cas d’hypothermie transitoire). Pour les prélèvements de sang, la technique du microsampling (prélèvement d’un faible volume de sang à la veine marginale de la patte) est mise en place. Cette technique, rapide, peu invasive, permet de limiter l’impact d’une cinétique et de respecter les limites physiologiques du rat (recommandations SBEA disponibles en interne). Elle permet également d’éviter le placement préalable de l’animal dans une enceinte thermorégulée nécessaire à la bonne réalisation du geste. Enfin, dès qu’un acte expérimental nécessite une incision une analgésie est mise en place en plus de l’anesthésie gazeuse.

Choix des espèces

L’ensemble des procédures de ce projet est réalisé sur l’espèce rat car : - Le rat présente une forte homologie physiologique, comportementale et anatomique avec l’Homme et ainsi une forte valeur translationnelle. De plus la voie intrathécale nécessaire à l’administration des formulations de ce projet peut être réalisée chez le rat. - Les structures cérébrales, dont certaines sont la cible des futurs candidats médicaments sont plus faciles à discerner chez cette espèce. - Les études réglementaires ultérieures et nécessaires au développement d’un candidat médicament utilisent ce modèle expérimental. La sélection se fait aussi sur des critères réglementaires, éthiques, scientifiques afin d’obtenir la meilleure prédiction possible de la réponse chez l’Homme. S’ajoutent à cela les données historiques (internes et issues de la littérature) relatives au rat (âge, sexe) et nécessaires à l’évaluation et l’interprétation des effets ainsi que les données des études pharmacologiques réalisées en amont. Les rats utilisés sont des jeunes adultes et adultes, conformément aux requis réglementaires et correspondant à l’âge des animaux utilisés communément dans les protocoles de recherche de candidat médicament et dans les études ultérieures à ce projet.

Isolés en cage individuelle pendant quatorze semaines, soumis à treize prélèvements de sang à la queue étalés sur deux heures, à 72 heures en cage de mesure de la dépense d'énergie puis à 48 heures en cage de recueil des urines et des fèces, 144 rats subissent des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Tous sont tués à la fin pour doser leurs organes. Le projet évalue l'intérêt nutritionnel et les risques toxicologiques de quatre farines d'insectes, présentées comme une alternative durable aux protéines animales. Le porteur annonce vouloir étudier la motricité, la mémoire, le stress et l'anxiété de ces rats, sans nommer un seul des tests comportementaux prévus.

Objectifs

La production alimentaire actuelle est indissociable de son empreinte écologique. En effet, notre façon de nous alimenter devra changer en raison de l'épuisement de certaines ressources, de la dégradation de l'environnement et de la biodiversité liée à certaines pratiques agricoles et habitudes de consommation. Pour nourrir la population mondiale de demain, il y a un enjeu majeur à trouver d'autres sources de protéines riches en composés nutritionnel d'intérêt pour pallier la consommation de viandes et de poissons (dont la disponibilité diminue). Les insectes riches en protéines de haute qualité sont considérés comme une alternative durable aux protéines animales face à la raréfaction des ressources naturelles et à l’augmentation de la population mondiale. Actuellement, 2/3 des terres agricoles dans le monde sont consacrées à l’élevage ou à la production d’aliments pour le bétail. Ce mode de production a des répercussions négatives sur notre environnement, notamment sur l’émission de gaz à effet de serre, sur l’eau potable et sur les surfaces agricoles. L’élevage des insectes, plus vertueux, utilise des déchets agricoles et nécessite en moyenne quatre fois moins de nourriture qu’un élevage conventionnel. Face à cette problématique, la consommation de farine d’insectes se présente comme une solution durable et écologiquement viable pour nourrir l’ensemble de la population. Néanmoins, il est essentiel d’évaluer les impacts sur la santé d’un remplacement des protéines de notre alimentation actuelle par des protéines d’insectes. Ainsi notre objectif est d’évaluer les impacts sur la santé d’une consommation de farine d’insectes. De plus, nous nous intéressons aux différentes conditions d’élevage des insectes car l’alimentation donnée aux insectes pour leur croissance peut impacter leur qualité nutritionnelle et leur potentielle contamination. Notre évaluation des impacts sanitaires reposera sur deux objectifs : 1) l’évaluation des bénéfices nutritionnels et 2) l’évaluation des risques toxicologiques, le tout en fonction des conditions d’élevage.

Bénéfices attendus

Nous pensons que le statut nutritionnel de ces farines d’insectes sera comparable, voire supérieure, à celui des produits animaux traditionnellement consommés et représentant l’apport protéinique dans notre alimentation. Notre étude pourra potentiellement mettre en évidence un bénéfice nutritionnel à la consommation de ces farines dont il est envisagé qu'elles puissent être utilisées pour remplacer les protéines d'origine animale dans notre alimentation. De plus, pour promouvoir une alimentation humaine à base de farine d’insectes il est nécessaire d’évaluer les impacts sur la santé d’une consommation de ces farines d’insectes et donc d’étudier leur contamination en résidus de pesticides et contaminants de l’environnement. Une évaluation approfondie du rapport bénéfice/risque est donc indispensable pour déterminer s’il est possible de promouvoir une augmentation de la consommation de farine d’insectes et si ces farines peuvent être consommées en quantités suffisantes pour remplacer les protéines animales. L’étude inclut également l’analyse de différentes méthodes de production d’insectes afin de mieux maîtriser les modes d’élevage dans le but d’optimiser les avantages nutritionnels tout en minimisant les risques pour la santé. En conséquence, cette recherche pourra offrir des recommandations précises aux producteurs en matière d’élevage, ainsi qu’à la population concernant leur consommation. Si la qualité nutritionnelle et la sécurité sanitaire des farines d’insectes sont confirmées, leur utilisation pour remplacer les protéines animales pourrait avoir un impact environnemental positif. En effet, remplacer la consommation de poisson par celle d’insectes présenterait un avantage notable, notamment en réduisant la pression sur la biodiversité marine, menacée par la pêche intensive répondant à la demande croissante en protéines animales.

Procédures

Les animaux seront en isolement physique pendant 14 semaines. Ils pourront cependant se sentir, s’entendre et se voir. Treize prélèvements sanguins au niveau de la queue, espacés sur 2 heures, seront réalisés pendant les tests de glucose et d’insuline, à la 12ème et 13ème semaine. De plus, ce protocole nécessite de placer les animaux en cage de mesure de dépense d’énergie pendant 72 heures afin d’évaluer l’impact de l’alimentation sur le métabolisme et sur leur activité locomotrice spontanée. Au cours de cette intervention les rats sont placés dans des cages de dimension similaire à celle utilisée pour l'hébergement standard. Seul le couvercle est différent : dans ce cas, il est équipé des capteurs nécessaires au recueil des données. Les cages sont disposées dans une enceinte dotée de capteurs infrarouge permettant de suivre le déplacement de l'animal. Ce protocole nécessite également de placer les animaux en cage spécifique de recueil d’urines et de fèces pendant 48h pour le recueil des urines et fèces en fin de protocole. Pour les mesures de tolérance au glucose, à l’insuline et avant l’euthanasie, la durée de mise à jeun ne dépasse jamais 15 heures consécutives et permet d’obtenir des résultats fiables et en accord avec ce qui est réalisé dans la littérature. Ces éléments classent la procédure en classe de gravité modérée selon les recommandations réglementaires.

Impact sur les animaux

Ce protocole nécessite l’isolement des animaux en cage individuelle tout au long du protocole afin de contrôler la consommation quotidienne d’eau et d’aliment de chaque animal et maîtriser ses refus. Le milieu sera enrichi le plus possible à l'aide de jouets. Treize prélèvements sanguins au niveau de la queue, espacés sur 2 heures, seront réalisés pendant les tests de glucose et d’insuline, à la 12ème et 13ème semaine. Pour le test du glucose, un gavage oral sera réalisé sur quelques secondes. Pour le test de l’insuline, une injection sera réalisée en quelques secondes. De plus, ce protocole nécessite de placer les animaux en cage de mesure de la dépense d’énergie pendant 72 heures afin d’évaluer l’impact de l’alimentation sur le métabolisme. Ce protocole nécessite également de placer les animaux en cage spécifique de recueil d’urines et de fèces pendant 48 heures pour le recueil des urines et fèces en fin de protocole. Pour les mesures de tolérance au glucose, à l’insuline et avant l’euthanasie, la durée de mise à jeun ne dépasse jamais 15 heures consécutives et permet d’obtenir des résultats fiables et en accord avec ce qui est réalisé dans la littérature. Ces éléments classent la procédure en classe de gravité modérée selon les recommandations réglementaires.

Devenir

Tous les rats seront euthanasiés à la fin de la procédure afin de pouvoir réaliser l’ensemble des prélèvements nécessaires, notamment des dosages au niveau des organes.

Remplacement

Cette étude fait suite à une étude in vitro réalisée au sein de notre projet. Ils démontrent une faible toxicité en test sur cellules pour une exposition à une fraction d’insecte. Dans ce même projet nous avons également analysé la composition nutritionnelle et la contamination de plusieurs farines d’insectes. Ceci a révélé une teneur en métaux lourds à étudier plus en détail. Notre étude vient donc dans la suite de ces résultats, évaluer l’impact sur un organisme entier. De même, aucun modèle de simulation ne pourra reproduire la complexité de l’organisme et il n’existe pas, dans ce cas-là, d’alternative expérimentale. L'étude du métaolisme ainsi que les effets bénéfiques nutritionnels d’une alimentation enrichie en farine d’insectes ne peut pas être évaluée in vitro. Une étude épidémiologique ne peut pas être réalisée dans ce cas car la farine d’insectes est très peu consommée (et de manière irrégulière) en France. Cette consommation par quelques individus est anecdotique et correspond à des quantités très faibles de farine d’insectes. Une étude épidémiologique ne pourrait pas être réalisée avec les données de consommations de pays consommant régulièrement des insectes car la production d’insectes est différente de celle aujourd’hui réalisée en Europe. De plus, cette étude s’intéresse à la métabolisation et l’élimination par un organisme entier de substances toxicologiques tels des contaminants ou résidus. Le modèle de rat correspond à l'espèce la plus pertinente et la moins susceptible de ressentir de la douleur, de la souffrance ou de l'angoisse de façon durable sans qu'il soit possible de la soulager. Aucun modèle in vitro ne permet d'atteindre les objectifs fixés, le rat est un modèle approprié et bien validé pour ce genre d’étude De plus, le recours à l’expérimentation animale permet de maîtriser les apports et les consommations en nourriture enrichie en farines d’insectes sur la durée totale du projet (95 jours) ainsi que tous les facteurs qui pourraient influencer ces paramètres.

Réduction

Le nombre d’animaux s’appuie sur une étude statistique de l’effectif nécessaire basée sur des données de la littérature qui permet chez un groupe ayant consommé des protéines d’insectes de mesurer des modifications des statuts nutritionnels statistiquement différentes d’un groupe témoin. Selon nos évaluations statistiques et ce qui a été retrouvé dans la littérature scientifique, nous estimons un nombre de sujets nécessaires de douze rats par groupe afin de pouvoir visualiser une différence statistique entre les groupes. De plus, nous souhaitons tester quatre farines insectes différentes qui présentent des propriétés nutritionnelles et des contaminations en polluants différentes afin d’identifier celle qui sera la plus pertinente à commercialiser. Le nombre de rats dans chacun des groupes expérimentaux a été décidé afin d'assurer des résultats scientifiques fiables et robustes tout en utilisant un nombre total d'animaux minimal. Notre protocole utilisera des rats femelles et des rats mâles. Ce choix est fait en regard de différences connues entre le métabolisme chez la femelle et chez le mâle.

Raffinement

Les rats seront nourris avec un régime standard auquel sera incorporé de la farine d’insectes qui permet de couvrir l’ensemble des besoins nutritionnels et caloriques des rats. Ce protocole nécessite l’isolement des animaux en cage individuelle tout au long du protocole afin de contrôler la consommation quotidienne d’eau et d’aliment de chaque animal et maîtriser ses refus. Le milieu sera enrichi le plus possible. De même, les cages des animaux seront placées dans une même salle de stabulation et les animaux pourront se voir et se sentir tout du long du protocole. Des méthodes d’enrichissement social seront mises en place pour tous les animaux : une remise en groupe sociaux une fois par semaine pendant 15 minutes et deux séances de tickling par semaine de 5 minutes. Les animaux bénéficieront d'une surveillance quotidienne avec des critères d'observation stricts. Au-delà du non-respect d’un certain nombre de ces critères, ils seront considérés en souffrance et sortiront de l'étude.

Choix des espèces

Le modèle rat a été choisi en tenant compte de la littérature récente et des études de biodisponibilité et de toxicologie. En effet, les études sur le sujet ont pour la plupart été réalisées sur des modèles de rat. Nous comptons nous appuyer sur les données décrites dans ces études pour l’analyse de nos résultats. Le choix du rat se justifie également par les connaissances déjà accumulées dans le laboratoire sur ce modèle. Le rat est un modèle qui a la capacité de prendre des décisions et de s'adapter à son environnement avec des zones cérébrales fonctionnelles analogues à celles de l'homme notamment pour la motricité, la mémoire et le stress ou l’anxiété. Nous souhaitons étudier ces comportements dans notre étude pour évaluer l'impact des apports nutritionnels. C'est également une espèce plus susceptible de fournir des résultats satisfaisants et la moins susceptible de ressentir de la douleur, de la souffrance ou de subir des dommages durables dans les conditions de la procédure expérimentale. Les rats seront âgés de 10 semaines pesant environ 250g au démarrage de l'étude. Les rats seront âgés de 24 semaines à la fin de l'étude. Notre étude cible une population de jeunes adultes plus disposée à consommer des protéines issues d’insectes. Nous souhaitons donc avoir des rats « équivalents » à cette tranche d’âge. De plus, plusieurs études de biodisponibilité de protéines ou d’impact toxicologique via une exposition alimentaire ont été menées sur des rats de cet âge. Réaliser l’expérimentation dans des conditions similaires à ces études nous permettrait de comparer nos résultats avec ceux de la littérature.

Des rats sains, retenus comme le modèle rongeur "le plus prédictif" en toxicologie, sont les premiers à recevoir les candidats médicaments de ce laboratoire. 2 700 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, 135 pouvant être réutilisés dans un autre projet, les autres tués pour le prélèvement du sang, du liquide céphalorachidien et des organes. Ils reçoivent le composé jusqu'à trois fois par jour pendant quatre semaines, par gavage ou par injection, subissent jusqu'à six prises de sang en 24 heures, un recueil urinaire de dix-sept heures en cage à métabolisme et des examens ophtalmologiques et cardiologiques. Le porteur présente ce projet comme un moyen de réduire le nombre d'animaux des études réglementaires ultérieures, en écartant plus tôt les candidats les moins prometteurs.

Objectifs

Il reste encore de nombreuses pathologies pour lesquelles les besoins thérapeutiques ne sont pas satisfaits. L’objectif de la recherche et du développement (R&D) de nouveaux candidats médicaments est de développer de nouvelles entités chimiques ou biologiques qui seront évaluées durant des essais cliniques en vue de satisfaire les besoins médicaux. Pour un candidat médicament, la R&D pharmaceutique in vivo se doit de déterminer la fenêtre thérapeutique pour l’administration chez l’Homme, c’est-à-dire l’intervalle de doses entre lequel le candidat est à la fois actif et efficace (pharmacologie) et engendre le moins de toxicité possible (sécurité non clinique). Pour cela, des études de toxicologie (incluses dans cette demande d’autorisation de projet) ainsi que des études de pharmacologie (efficacité, mode d’action du candidat médicament) doivent être mises en place préalablement à tout essai clinique chez l’Homme. Lors du développement d’un médicament, il est nécessaire d’évaluer en parallèle : - l’efficacité : à l’aide d’études de pharmacologie sur la souris (modèle mimant la pathologie) (procédures encadrées par d’autres projets) - et la sécurité : à l’aide d’études de toxicologie sur le rat sain (forte homologie physiologique et anatomique avec l’Homme et modèle rongeur considéré comme le plus prédictif en toxicologie) (procédures encadrées par la présente DAP). Les études préliminaires in vivo de sécurité non clinique incluses dans ce projet permettent de déterminer le profil de sécurité des candidats médicaments et de connaître la fenêtre thérapeutique (gradient pour lequel des doses sont à la fois efficaces et non toxiques). Les données d’efficacité et de sécurité permettent ainsi conjointement de décider à chaque étape l’arrêt ou la poursuite du développement du médicament. Les études de ce projet interviennent précocement dans le processus de développement pharmaceutique (en amont des études in vivo réglementaires) et ne sont réalisées que sur des molécules sélectionnées après une première étape de caractérisation et de sélection des molécules in vitro (tests de neurotoxicité ou d’hépatotoxicité sur des cellules) et in silico (analyse informatique de la toxicité d’un composé pour le génome). Elles sont réalisées chez le rat uniquement pour les candidats médicaments les plus prometteurs qui seront utilisés pour la suite du développement afin de déterminer en parallèle leurs profils de sécurité, s’ils n’étaient pas encore établis.

Bénéfices attendus

Ce projet s’inscrit dans le cadre de la recherche et développement de nouvelles entités à visée thérapeutique. Le bénéfice apporté par ce projet est l’optimisation du développement de candidats médicaments en évaluant très précocement leur toxicité éventuelle, en déterminant un profil de sécurité complet (réduction ainsi du nombre d’études réglementaires et du nombre global d’animaux utilisé pour un projet) et en ajustant au mieux les doses et le schéma expérimental avant d’initier des études réglementaires qui nécessitent un nombre plus important d’animaux. Cette approche permet ainsi de réduire les contraintes auxquelles les animaux sont soumis dans ces études en s’assurant de la bonne tolérance du candidat médicament. En effet, les deux procédures de ce projet permettent la sélection du meilleur candidat et l’arrêt des candidats les moins prometteurs, réduisant ains le nombre d’études réalisées et donc le nombre d’animaux utilisé pour un projet.

Procédures

- A l’administration (unique à réitérée 1 à 3 fois par jour pendant 1 jour à 4 semaines) de composés par voie orale ou parentérale - A l’administration d’analgésique avant l’euthanasie - A des prélèvements de sang grâce à la technique du microsampling (faible volume de sang prélevé à la veine marginale de la patte) : 6 prélèvements maximum sur 24 heures, 2 fois maximum dans l’étude - A des recueils urinaires d’une durée maximale de 17 heures en cage à métabolisme (1 fois par étude au maximum) - A un prélèvement unique de sang réalisé sous anesthésie et analgésie avant l’euthanasie - A des examens paracliniques (ophtalmologie, cardiologie,) nécessitant une contention légère au maximum 2 fois par étude

Impact sur les animaux

Dans le cadre de ce projet, des nuisances ou douleurs peuvent survenir à savoir : • Administration orale : la contention d’une durée de moins de 15sec et le passage de la sonde de gavage dans l’œsophage (moins de 10sec) peuvent générer du stress chez l’animal (maximum 3 fois par jour) (Degré de sévérité léger) • Administration intraveineuse : le passage dans une enceinte thermorégulée (nécessaire pour dilater les veines et réaliser le geste dans de bonnes conditions) d’une durée maximale de 5min, la contention dans une boite adaptée à l’espèce utilisée (2min maximum) peuvent générer du stress et l’injection de la douleur (maximum 2 fois par jour) (Degré de sévérité modéré). • Administrations intrapéritonéales, intramusculaires, intranasales ou sous-cutanées : la contention d’une durée maximale de 15s peut générer du stress et l’injection (moins de 10 sec) de la douleur (maximum 3 fois par jour). Degré de sévérité léger pour une intrapéritonéale unique ou modéré si l’administration intrapéritonéale est réitérée. Pour les autres types d’administration degré léger. • Instillation oculaire (topique externe) : la contention d’une durée de moins de 15sec peut générer du stress et la molécule administrée de la douleur pour l’animal (maximum 1 fois par jour) (Degré de sévérité léger) • Prélèvements de sang à la veine marginale de la patte, veine mandibulaire ou à la veine caudale : la contention d’une durée maximale de 2min ainsi que le prélèvement (moins de 30s) peuvent générer du stress et de la douleur (maximum 6 points de prélèvement sur 24h) (Degré de sévérité modéré) • Recueil urinaire (cages à métabolisme) : le changement d’environnement et l’isolement de courte durée (inférieure à 17h) peuvent générer une nuisance et un stress pour l’animal (Degré de sévérité léger). • Administration sous-cutanée (analgésique) : la contention d’une durée maximale de 15s peut générer du stress et l’injection (moins de 10s) de la douleur (Degré de sévérité léger). Conséquence indirecte des actes expérimentaux : La molécule administrée peut en elle-même induire des effets cliniques et provoquer une nuisance pour l’animal.

Devenir

L’ensemble des animaux ayant reçu l’administration d’un candidat médicament dans ce projet seront euthanasiés à l’issue de chaque procédure pour la collecte de sang/ liquide céphalorachidien pour analyse et d’organes pour lecture anatomopathologique. Les seuls cas de réutilisation possible dans un autre projet concernent les rats pour lesquels au moins un premier geste invasif a été réalisé dans le cadre de la procédure (entrant dans la définition de la procédure expérimentale réglementaire ex : micro-sampling) et qui n’ont pas reçu de candidat traitement /véhicule : -du fait d’une décision anticipée d’arrêt de l’étude ou d’un groupe à la suite d’observation de signes cliniques sur un autre rat traité du groupe par exemple -ou s’il s’agissait d’animaux finalement non inclus.

Remplacement

Ce projet couvre l’ensemble des études de sécurité très précoces réalisées sur les candidats médicaments de notre recherche, études pour lesquelles il n’existe pas d’alternative, validée scientifiquement, éthiquement et réglementairement, à l’utilisation d’animaux. En effet, la mise en place précoce d’un profil de sécurité d’un candidat médicament nécessite l’utilisation d’organismes complexes. L’ensemble des designs expérimentaux de ce projet est néanmoins optimisé afin de n’utiliser que le strict minimum d’animaux et de générer des données utilisables pour les études ultérieures. De plus des méthodes alternatives in vitro et in silico sont utilisées au préalable dans la caractérisation et la sélection des molécules à tester dans ces études. S’ajoutent à cela des informations des études de pharmacologie sur l’efficacité des candidats médicaments, permettant de réduire fortement le nombre de molécules testées in vivo

Réduction

Une sélection des molécules les plus prometteuses est réalisée à l’aide de tests vitro / silico avant la mise en œuvre de ce projet. Le nombre habituel d’animaux (4 à 8 animaux/dose avec une mixité conduisant à 2 à 4 individus/sexe/dose ou candidat médicament) est déterminé pour être un compromis efficace afin d’atteindre les objectifs scientifiques tout en utilisant le moins d’animaux possible. Il permet d’intégrer de la mixité (nécessaire pour évaluer la toxicité d’un composé sur l’appareil reproducteur mâle et femelle) dans les groupes sans avoir à doubler le nombre d’animaux. Ces études permettent de confirmer les données obtenues grâce aux méthodes alternatives Elles sont mises en place précocement et profitent des informations apportées par les études de pharmacologie réalisées en parallèle (développement de modèle et de recherche de mode d’action du candidat médicament). Elles correspondent ainsi à une étape supplémentaire de sélection du candidat médicament, visant à réduire le nombre total d’animaux utilisés : selon les résultats de ces études et des études de pharmacologie, le développement de la molécule peut être arrêté évitant ainsi de réaliser les études suivantes comportant un effectif d’animaux plus important. Elles permettent aussi de mieux cibler les doses et le schéma d’administration pour les études suivantes, diminuant ainsi le risque et l’impact sur le bien-être des animaux. Selon la procédure, un nombre important d’examens cliniques et paracliniques peuvent être réalisés par animal (observations cliniques, poids et température corporelle, examen ophtalmologique, prélèvement de sang pour pharmacocinétique ou biologie clinique, etc…) réduisant aussi le nombre d’animaux nécessaire à chaque procédure de ce projet. En cas de protocole particulier (exemple : nouveau schéma d’administration ou suivi d’un paramètre particulier) le service de biostatistiques pourra être impliqué pour définir un design expérimental optimal. Enfin, la technique du microsampling pour prélèvement de sang (prélèvement d’un faible volume à la veine marginale de la patte) peu invasive, rapide, permet de réaliser une cinétique complète sur un même individu, contribuant ainsi à la réduction du nombre d’animaux (en évitant l’ajout d’animaux dédiés à la pharmacocinétique dans l’étude), tout en respectant les volémies physiologiques et le bien-être animal.

Raffinement

Des observations cliniques approfondies sont réalisées chaque jour. Dès que des signes cliniques sont observés, une décision rapide est prise en concertation entre le vétérinaire, le responsable scientifique, la Structure chargée du Bien Être des Animaux (SBEA) et les équipes en charge des animaux. Selon les signes cliniques observés, et si les animaux sont en phase d’étude ou non, une prescription de soins, un arrêt de traitement, une diminution de doses ou une euthanasie peut être mise en place, tout en tenant compte de l’objectif de l’étude. Cette décision se base si besoin sur le score d’une grille de points limites spécifique au rat mise en place avant l’apparition des points limites. L’ensemble des animaux est hébergé et manipulé dans un secteur à confinement spécifique avec des procédures d’accès, des conditions d’hébergement et de manipulations strictes appliquées par tout le personnel et intervenants. Les animaux sont manipulés et peuvent être entrainés si l’étude nécessite un geste technique particulier (exemple : contention pour administration par injection). L’ensemble du personnel technique formé pour générer le moins de stress possible lors des actes expérimentaux. Les groupes peuvent être mixtes sans avoir à doubler le nombre d’animaux. Tous les animaux sont stabulés en groupes, sauf cas exceptionnel justifié scientifiquement (signes cliniques nécessitant l’isolement, recueil urinaire par exemple), avec de l’enrichissement adapté aux besoins du rat (matériel de nidification, matériel à ronger). Au cas par cas, on peut mettre en place des modifications des conditions d’hébergement pour raffinement (ex : chauffage en cas d’hypothermie transitoire). Pour les prélèvements de sang, la technique du microsampling (prélèvement d’un faible volume de sang à la veine marginale de la patte) est mise en place dès que possible. Cette technique, rapide, peu invasive et peu stressante, permet de limiter l’impact d’une cinétique et de respecter les limites de volémie physiologiques du rat (recommandations SBEA disponibles en interne). La durée du recueil urinaire sera limitée à son strict minimum (maximum de 17h). Enfin, dès qu’un acte expérimental nécessite une incision, une analgésie adaptée est mise en place en plus de l’anesthésie gazeuse.

Choix des espèces

Les 2 procédures de ce projet sont réalisées sur l’espèce rat car elles interviennent en amont des études réglementaires réalisées sur ce modèle. Comme ces études permettent, en particulier, de choisir les doses et le schéma d’administration des études réglementaires et d’identifier les organes cibles potentiels pour ajuster au mieux les examens à réaliser dans les études réglementaires obligatoires, elles doivent être réalisées sur le même modèle expérimental que celui des études réglementaires. La sélection se fait aussi sur des critères réglementaires, éthiques, scientifiques afin d’obtenir la meilleure prédiction possible de la réponse chez l’Homme. Lorsque cela est possible, l’espèce rat doit répondre aux effets pharmacodynamiques du candidat médicament. S’ajoutent à cela les données historiques (internes et issues de la littérature) relatives au rat (par souche, âge, sexe) et nécessaires à l’évaluation et l’interprétation des effets ainsi que les données des études pharmacologiques réalisées en parallèle chez la souris. Les animaux sont des jeunes adultes et adultes, conformément aux requis réglementaires et correspondant à l’âge des animaux utilisés communément dans les protocoles de recherche de candidat médicament et dans les études ultérieures à ce projet.