Toxicologie (hors obligations réglementaires)

213 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent des composés perfluorés par voie intraveineuse ou orale, séjournent 24 heures en cage à métabolisme, puis sont tuées après un prélèvement de sang important, l'appareil chauffant utilisé pour l'injection dans la queue pouvant provoquer des brûlures. Le porteur cherche des stratégies pour accélérer l'élimination des PFAS accumulés dans l'organisme. Il affirme qu'il n'est "pas possible de s'affranchir" de l'animal, le devenir d'une molécule n'étant pas prévisible par des études in vitro.

Objectifs

L’objectif du projet est d’élaborer et évaluer une ou des stratégies de remédiation pour augmenter l’élimination corporelle des composés alkyl perfluorés (PFAS) accumulés dans l’organisme et réduire ainsi les niveaux d'exposition systémique des PFAS et leurs impacts sur la santé Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de caractériser les processus physiologiques qui limitent l’excrétion des PFAS et conduisent à leur accumulation. La clairance rénale jouant a priori un rôle majeur par rapport à la clairance biliaire, nous analyserons ensuite les mécanismes qui contrôlent l’élimination rénale des PFAS dont les propriétés de la liaison des PFAS aux protéines plasmatiques et les processus de filtration glomérulaire, de sécrétion et de réabsorption tubulaires des PFAS. Les résultats orienteront les approches exploratoires de remédiation vers l’utilisation d’inhibiteurs de la réabsorption rénale des PFAS. L’étude de la relation entre l’exposition systémique aux PFAS et un ou des biomarqueurs prédictifs de leurs effets perturbateurs métaboliques pourra être utilisée comme critère de jugement de la capcité des approches exploratoires à réduire les concentrations au-dessous des seuils d’expression des effets délétères des PFAS.

Bénéfices attendus

La prévention des effets délétères des contaminants environnementaux repose essentiellement sur la réduction des expositions externes via l’établissement de doses sans danger. Cette approche ne permet cependant pas de protéger l’homme des substances chimiques dont la principale source d’exposition est interne, comme certains des composés alkyls perfluorés (PFAS). La très faible capacité d’élimination corporelle de ces composés serait à l’origine de la demi-vie plasmatique élevée, de certains d’entre eux qui s’élève à plusieurs années chez l’homme, et est à l’origine de leur bioaccumulation. L’augmentation de l’élimination de ces composés représente le moyen de diminuer l’exposition des tissus aux effets toxiques de ces substances. Pour cela, notre approche basée sur la caractérisation des processus physiologiques qui limitent l’excrétion des PFAS et leurs effets toxiques permettra d’identifier des méthodes de remédiation.

Procédures

Dans le cadre de la procédure 1, 84 souris recevront une administration intraveineuse unique (N=42) ou une administration orale unique (N=42). Les souris seront hébergées pendant 24h dans une cage à métabolisme. Un prélèvement de sang unique sera réalisé chez l’animal anesthésié et immédiatement suivi de la mise à mort et des prélèvements de tissus. Six autre souris (contrôles) seront hébergées pendant 24h dans une cage à métabolisme et à l'issue des 24h, un prélèvement de sang unique sera réalisé chez l’animal anesthésié et immédiatement suivi de la mise à mort et des prélèvements de tissus. Au cours de la première étude de la procédure n°2, un prélèvement unique de sang sera réalisé chez l’animal anesthésié (n=15) et immédiatement suivi de la mise à mort. Au cours de la deuxième étude de la procédure n°2, toutes les souris (n=36) recevront une administration orale quotidienne d’un mélange de composés alkyl perfluorés pendant 4 jours et, 3 jours après le début des administrations orales, une administration unique intraveineuse d’iohexol seul (n=12), avec du mannitol (n=12) ou avec un inhibiteur des transporteurs rénaux (n=12). Suite à l'administration intraveineuse, les souris seront hébergées pendant 24h dans une cage à métabolisme afin de recueillir les urines et les fèces. Trois prélèvements sanguins de sang seront réalisés au cours des 24h chez l’animal anesthésié. Le dernier prélèvement sera immédiatement suivi de la mise à mort. Les 60 souris de la procédure 3 recevront une administration orale quotidienne pendant 28 jours. Au bout des 28 jours, un prélèvement de sang unique sera réalisé chez l’animal anesthésié et immédiatement suivi de la mise à mort et des prélèvements de tissus. Les administrations orales seront réalisées par gavage. La durée du gavage varie de 10 à 30 secondes. Les administrations intraveineuses seront réalisées dans une veine latérale de la queue à l’aide d’une seringue à insuline de 0.5ml avec aiguille sertie (0.30mm x 12mm, Aniject 0.5ml INS 100U Pentafine, 30Gx1.2). Les souris seront placées dans le tube de contention de l’appareil illuminateur de queue pour permettre une bonne contention de la queue qui sera placée dans la gouttière prévue à cet effet de façon à ce qu’elle soit éclairée, et forme un angle de 45° entre l’aiguille et la queue. La durée des administrations intraveineuses varie de 30 secondes à 2 minutes. La durée des prélèvements sanguins varie de 10 à 30 secondes.

Impact sur les animaux

Une brûlure de la queue pourrait être induite par l’appareil illuminateur de queue utilisé pour les administrations dans la veine caudale. Cet appareil illumine efficacement la queue mais du fait de la température élevée, la queue ne doit pas être maintenue en continu plus de 2-3 minutes dans la gouttière d’éclairage pour éviter les brûlures

Devenir

Les souris seront mises à mort après le prélèvement d’un volume de sang important qui est requis pour l’ensemble des dosages réalisés pour chacune des procédures du projet (dosage des PFAS, dosage de l’iohexol, évaluation des marqueurs métaboliques).

Remplacement

Pour l’ensemble du projet, il n’est pas possible de s’affranchir de l’utilisation d’animaux vivants car le devenir d’une molécule dans un organisme (pharmacocinétique) n’est pas prévisible par des études in vitro compte-tenu de la complexité des mécanismes mis en jeu (absorption, destruction par la flore intestinale, métabolisme hépatique, diffusion tissulaire, élimination rénale, …).

Réduction

Une réduction très importante du nombre d’animaux sera permise par l’administration des PFAS en mélange. En effet, l’administration simultanée des 10 PFAS permettra d’évaluer sur les mêmes animaux le devenir des 10 PFAS et de réduire d’un facteur 10 le nombre d’animaux. La méthode d'analyse des données qui sera mise en œuvre permettra de réduire à un seul, le nombre de prélèvement par animal. En effet, contrairement aux méthodes classiques d'analyse qui nécessitent d'obtenir un grand nombre de données sur le même animal, cette approche permettra d’analyser simultanément toutes les données obtenues avec des animaux différents. Aucune approche statistique ne sera réalisée.

Raffinement

Les souris seront hébergées dans des milieux enrichis : tunnels et papier pour faire des nids. Excepté lors de l'hébergement en cage à métabolisme, les animaux seront hébergés en groupe. Les animaux seront habitués au contact avec les expérimentateurs et une surveillance accrue des souris par ces mêmes expérimentateurs sera réalisée lors de l’hébergement des souris dans les cages à métabolisme. Les animaux seront également habitués à entrer dans le tube de contention et à séjourner dans une cage à métabolisme afin de les entrainer à coopérer lors des manipulations. Les prélèvements sanguins seront réalisés sous anesthésie gazeuse. Durant toute l'étude, les animaux seront surveillés deux fois par jour afin de s’assurer de leur prise alimentaire et de leur accès au système de distribution d’eau. Une pesée réalisée toutes les deux semaines permettra de s’assurer de leur prise normale de poids au cours de l’étude. Les procédures n’induisant que peu de souffrance, un animal dont l’état est préoccupant (présentant au moins un des facteurs répertoriés ci-après) serait éliminé et mis à mort car considéré comme anormal par rapport aux autres : mauvais état du pelage, pâleur des yeux ou des extrémités, perte de poids, anorexie prolongée, difficultés respiratoires sévères ou prolongées (particulièrement si accompagnés de cyanose), difficultés digestives (diarrhée prolongées, …), diminution marquée de l’activité ou décubitus latéral, léthargie, hémorragie sévère incontrôlée, déshydratation sévère ou prolongée, signes neurologiques sévères (ex : tête penchée, tremblements, grincement de dents, convulsions, paralysie, incoordination motrice, etc.).

Choix des espèces

La souris est choisie au titre de modèle de référence en toxoicologie. Le choix du modèle des souris femelles C57BL6 s’appuie sur des résultats préliminaires qui montrent la pertinence de ce modèle pour évaluer les effets des PFAS sur le métabolisme énergétique hépatique. Ainsi, une étude récemment réalisée au laboratoire a montré qu’une stéatose hépatique était induite par un traitement par voie orale des souris C57BL6 avec du PFOA à une dose très faible (5 ng/kg.j). De plus, la comparaison des résultats avec ceux précédemment obtenus chez des souris femelles C57BL6 invalidées pour les récepteurs CAR (Constitutive Androstane Receptor) et PXR (Pregnane X Receptor) apportera des informations très importantes sur le rôle de ces récepteurs nucléaires dans les mécanismes de contrôle de la réabsorption rénale des PFAS. Le projet sera réalisée chez des souris adultes âgées de 10 semaines. L’étude toxicocinétique se déroulant sur une période de 120 jours, il est important que les animaux soient au même stade physiologique (adulte) tout au long de l’étude.

2 520 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue par ponction intracardiaque sous anesthésie, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent chaque jour, pendant seize jours au maximum, des composés par voie orale, intraveineuse, intrapéritonéale ou sous-cutanée, pour déterminer la dose maximale tolérée d'inhibiteurs de kinases. Le porteur annonce comme seul effet indésirable attendu une perte de poids, et prévoit la mise à mort de tout animal atteignant un point limite. Il conclut que le recours à la souris est "indispensable" parce que les tests in vitro ne prédisent pas la toxicité d'un organisme vivant.

Objectifs

Le projet s'inscrit dans un contexte de développement de nouvelles molécules thérapeutiques ciblées de la classe des inhibiteurs de protéines kinases conçues par "fragment based drug design", dans le but de traiter des pathologies à fort besoin médical en santé humaine : maladies inflammatoires, pathologies affectant le système nerveux périphérique et central, et cancers. L’approche du « fragment-based drug design », ou conception de médicaments par la méthode des fragments, consiste à cribler des molécules organiques de masse moléculaire très faible (fragments) qui n’ont la plupart du temps qu’une faible affinité pour la cible compte tenu de leur taille. Le criblage va se faire contre une cible thérapeutique choisie dans le cadre d’une pathologie particulière. Il va s’agir ensuite de combiner différents fragments identifiés et/ou de les faire évoluer en se basant sur la structure tridimensionnelle de la protéine cible considérée pour obtenir un candidat médicament de forte affinité et spécificité pour la cible étudiée. Ce projet se situera dans la phase d’évaluation préclinique du médicament qui marque les premiers pas de son développement. Les études précliniques ont pour but de collecter des données d’ordre pharmacologique, pharmacocinétique et toxicologique, le tout sur des modèles de cellules mises en culture et au sein d’organismes animaux vivants. Les études sur les modèles de cellules en culture et la pharmacocinétique in vivo des composés à tester auront déjà été évaluées en amont de ce projet, qui quant à lui permettra d’obtenir des informations sur la toxicité du composé test. Après avoir selectionné les molécules in vitro à travers des cribles biologiques pertinents, il est nécessaire d'évaluer la dose maximale tolérée in vivo. En effet, le développement de tout nouveau composé thérapeutique nécessite l'évaluation du rapport bénéfice/risque entre les doses thérapeutiques efficaces, et les effets secondaires et les niveaux de toxicité potentiels, suceptibles de diminuer ou annuler les effets curatifs de nouvelles molécules. L'importance d'évaluer les propriétés toxiques des molécules candidates ne peut donc pas être sous évaluée. L'objectif du projet est de déterminer la gamme optimale de doses de la molécule ne générant pas d'effets indésirables chez la souris, ainsi que ses paramètres posologiques (dose et fréquence d’administration).

Bénéfices attendus

Ce projet a pour objectif d'identifier la plage de dose utilisable d'une nouvelle molécule thérapeutique ciblée, c’est à dire ne générant aucun effet indésirable chez la souris. Ceci permettra d’optimiser sa posologie pour l’évaluation de son activité biologique sur des modèles murins de pathologies humaines, mais également d'ajuster la dose initiale utilisée lors des essais cliniques. Ce projet s'inscrit dans un contexte de thérapie ciblée qui regroupe un ensemble de traitements qui s’intègrent dans une stratégie thérapeutique dite « de précision ». Ce terme est utilisé en oncologie pour caractériser les médicaments qui ciblent spécifiquement une protéine et/ou un mécanisme impliqués dans le développement tumoral, de manière à les bloquer. En théorie leur cible n’est censée être présente (ou surexprimée) que dans les cellules tumorales de certains patients, ces médicaments sont donc à priori sans effet sur les cellules saines, en opposition aux cytotoxiques qui agissent sur leur cible mais aussi sur de nombreuses autres cellules (d’où leurs effets indésirables). A plus long terme cette évaluation de nouveaux composés a donc pour but de sélectionner les meilleures molécules thérapeutiques, présentant peu ou pas d'effets indésirables dûs au traitement, pour le traitement de maladies à forts besoins médicaux non satisfaits (maladies neurodégénératives, inflammatoires et cancer) et ainsi améliorer la prise en charge des patients.

Procédures

Les animaux se verront administrer des composés test quotidiennement ou biquotidiennement pendant 16 jours maximum. Les administrations seront faites par injection du produit par voie orale ou intraveineuse ou intrapéritonéale ou sous-cutanée. A la fin de la procédure expérimentale, les animaux seront anesthésiés avec une injection par voie intrapéritonéale et une ponction intracardiaque sera réalisée. Les animaux seront pesés quotidiennement.

Impact sur les animaux

L'effet indésirable attendu suite à l'administration d'une nouvelle molécule est une perte de poids.

Devenir

Les animaux sont euthanasiés, ils ne peuvent pas être réutilisés car cela risquerait d’introduire un biais dû aux possibles interactions entre les composés testés.

Remplacement

Les molécules testées dans ce projet sont systématiquement préalablement évaluées in vitro pour leur paramètres physico-chimiques, leur activité biologique, leur selectivité pour la cible visée et leur toxicité. Si ces tests sont nécessaires et permettent d'identifier les meilleures molécules candidates, ils ne permettent malheureusement pas de prédire la toxicité in vivo. Ces approches expérimentales ne constituent donc pas des méthodes alternatives ou substitutives à la complexité d’un organisme vivant. L'effet de l’administration du composé test in vivo résulte de l'interaction entre de nombreux mécanismes physiologiques qui ne peuvent être reproduits in vitro. Le recours à l’utilisation d’un modèle animal est donc indispensable.

Réduction

Le nombre d'animaux par groupe a été determiné de manière statistique afin d'obtenir des résultats analysables avec un test statistique. La réduction du nombre d'animaux utilisés dans ce projet passe également par l'optimisation de l'utilisation des groupes contrôles : dans la mesure du possible des études pourront être définies pour tester plusieurs molécules en parallèles afin de limiter l’utilisation d’animaux dans les groupes contrôles.

Raffinement

Un soin particulier sera apporté au raffinement et à l'anticipation des points limites au cours du projet. Le suivi quotidien individuel des animaux par le biais de leur observation et pesées quotidiennes permettra de minimiser au mieux les nuisances induites par l’étude. Dans le cas de l’atteinte de l’un des points limites définis dans le projet l’animal sera euthanasié. En cas d'approche de ces critères des croquettes mouillées seront mises à disposition des animaux pour éviter d'atteindre les points limites.

Choix des espèces

Ce projet s'inscrit dans un contexte de développement d'inhibiteurs de kinases pour le traitement de pathologies dans différentes aires thérapeutiques : oncologie, maladies inflammatoires et pathologie du système nerveux. La majorité des modèles animaux développés pour ces pathologies sont des modèles de souris génétiquement modifiées, souris transgéniques pour les pathologies inflammatoires et système nerveux, souris immunodéficientes pour les modèles en oncologie. Afin de tester l'activité biologique in vivo des molécules développées il est donc nécessaire d'avoir recours à ces modèles murins. Dans ce projet il n'y aura pas d'induction de pathologie, cependant ces études de détermination de la dose maximale tolérée serviront pour la suite de l’évaluation préclinique du médicament (notamment pour les études d’efficacité). Il est donc prévu d’utiliser la même souche pour ce projet et pour les études d’évaluation de l’efficacité afin d’éviter l’apparition d’une toxicité innatendue liée à la différence de souche lors de l’étude d’efficacité. Les animaux seront adultes, soit 8 à 10 semaines lors du début de l’étude, afin d’avoir un système immunitaire, hormonal et métabolique mature dans le but d’obtenir la réponse recherchée sans biais.

100 mini-porcs vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, une partie tuée pour analyser un organe et la plupart réutilisés pour d'autres tests ou la formation. Chaque animal reçoit une administration unique d'un candidat médicament, par voie intraveineuse, orale, sous-cutanée ou sur la peau, suivie de prélèvements de sang répétés. Le porteur indique que le même animal peut être réutilisé après sept jours pour tester une autre molécule ou une autre voie, et évoque un possible placement en association comme le GRAAL. Il affirme qu'un "organisme vivant entier" est nécessaire et qu'aucune méthode in vitro validée n'existe, la peau du porc ressemblant à celle de l'humain.

Objectifs

L’objectif du projet est d’évaluer le devenir de molécules candidats médicaments après administration unique par différentes voies d’administration, afin de déterminer comment elles sont absorbées, distribuées, métabolisées et éliminées de l’organisme. Les informations apportées permettent de modéliser le comportement de la molécule dans l’organisme et de prévoir les doses et posologies pour son utilisation future. Elles contribuent au choix de la voie d’administration pour les futures études réglementaires de toxicologie dans l’espèce non-rongeur, qui seront soumises aux autorités de santé pour l’enregistrement de nouveaux médicaments.

Bénéfices attendus

Les données obtenues permettront de mieux caractériser des molécules candidats médicaments en vue d’une future administration chez l’homme. Elles contribueront au choix de la voie d’administration pour les études réglementaires de toxicologie nécessaires à l’enregistrement du médicament, et au choix des doses thérapeutiques chez l’homme.

Procédures

Chaque animal recevra une administration unique de la molécule candidat médicament, qui pourra être effectuée par voie intraveineuse (1 minute ou 10 min dans le cas d'une injection lente), orale (environ 2 minutes), sous cutanée (30 secondes) ou topique (5 minutes) selon le mode d’administration prévu dans les études de toxicologie réglementaire et en clinique. Des prélèvements sanguins seront ensuite effectués à différents temps après l’administration pour doser la molécule dans le sang. Ces prélèvements pourront s’effectuer sur animal vigile (5 minutes pour la contention et le prélèvement) ou sur animal anesthésié (temps d’anesthésie approximativement 5 min, prélèvement 1 minute, réveil 1 à 2 minutes). Afin de réduire le nombre d’animaux nécessaire à ce type d’étude, le même animal pourra recevoir une nouvelle administration de la molécule par une autre voie d’administration, ou dans une autre formulation, après une période minimum de 7 jours permettant à l’animal de récupérer et à la molécule d’être éliminée.

Impact sur les animaux

- Les administrations et prélèvement peuvent induire un certain niveau de stress, et potentiellement de douleur, qui seront limités par la maitrise des gestes techniques. - A priori, aucun effet toxique des molécules testées n’est attendu après administration unique en raison des doses utilisées dans les études de pharmacocinétique choisies pour n’entrainer aucune toxicité. Toutefois, l’animal sera observé après l’administration afin de repérer toute réaction cutanée liée à l’application topique, ou tout signe de mal être pouvant être lié au traitement et mettre en place un suivi adapté en accord avec les points limites préétablis. - A priori, aucun effet indésirable n’est attendu sur les animaux après les prélèvements sanguins répétés du fait de l’alternance des sites de prélèvement. Un point de compression d’environ 30 secondes sera effectué après chaque prélèvement pour s’assurer de l’arrêt du saignement. Par ailleurs, une attention particulière sera apportée au niveau des sites de prélèvements afin de repérer tout signe inattendu d’inflammation qui pourrait entrainer une douleur chez l’animal. Des fiches d’observation sont mises en place et permettent de suivre les points limites préalablement établis.

Devenir

A l’issue de la procédure, les animaux pourront : - soit être euthanasiés si le protocole nécessite le dosage de la molécule dans un organe cible, ou en cas d’effet indésirable sévère inattendu qui n’aurait pas pu être traité après intervention du vétérinaire - soit être réutilisés dans une autre procédure expérimentale pour tester une autre molécule, ou à des fins de formation et de maintien des compétences aux gestes techniques. Cette réutilisation se fera conformément aux dispositions réglementaires en vigueur et après avis du vétérinaire. - soit être replacés dans des organismes pouvant les accueillir et les réhabiliter (type association GRAAL)

Remplacement

Un organisme vivant entier est nécessaire pour caractériser la distribution d’une molécule candidat médicament jusqu’à son élimination de l’organisme. Il n’existe aucune méthode alternative in vitro validée scientifiquement offrant une alternative fiable à l’expérimentation animale pour répondre aux questions adressées par ce projet.

Réduction

Les molécules évaluées auront auparavant été testées dans des tests in vitro afin de n’évaluer que des molécules présentant un potentiel thérapeutique élevé et ainsi réduire le nombre de mini porcs utilisés dans ce projet. Des groupes de 8 animaux au maximum seront utilisés pour évaluer chaque molécule (4 males et 4 femelles) dans le cas où le sexe de l’animal pourrait avoir un impact sur la distribution de la molécule, par exemple en raison de son mode d’action. Cependant, 4 animaux seront préférentiellement utilisés pour évaluer chaque molécule, ce qui permet d’obtenir des analyses statistiques robustes et une interprétation scientifique des données. Si les études préliminaires générées dans d’autres modèles ont montré une faible variabilité des paramètres influençant la distribution de la molécule, le nombre d’animaux pourra être limité à 3 par groupe. Afin de réduire le nombre d’animaux, un effort sera porté sur l’utilisation d'un même animal pour tester une autre voie d’administration, une autre formulation, ou un autre candidat médicament après accord du vétérinaire. Dans ce cas, un délai minimum de 7 jours sera appliqué pour que l’animal puisse récupérer, et pour garantir l’élimination de la molécule de l’organisme.

Raffinement

Les conditions d’hébergement et de soins sont conçues de manière à réduire au maximum toute douleur, souffrance, angoisse ou dommages que pourraient ressentir les animaux, en conformité avec les législations françaises et européennes. Par défaut, les animaux sont hébergés en box collectifs sur copeaux de bois. Dans le cas d’administration par voie topique, les animaux sont hébergés en box individuels afin d’éviter le transfert du produit d’un animal à l’autre par contact. Dans ce cas, les box individuels permettent de garder un contact visuel et olfactif avec leurs congénères afin de diminuer le stress. Si cela ne nuit pas à l’expérimentation, un fruit pourra également être donné, comme récompense, et le milieu environnemental pourra être enrichi par l’apport de jouets adaptés au mini porc. De la musique peut également être présente dans les salles d’hébergement. Dès l’arrivée des animaux, une période d’acclimatation d’au moins 15 jours sera appliquée avant toute procédure expérimentale afin qu’ils s’habituent à l’environnement, aux conditions d’hébergement, à la présence humaine et aux interactions avec le personnel. La première semaine, les interactions seront limitées à la présence humaine, y compris dans les box avec possibilité de contact physique avec les animaux (palpation des oreilles, cou, dos, pattes…) et habituation à la pesée. A partir de la deuxième semaine, l’habituation aux différentes situations auxquelles les animaux pourront être soumis dans l’étude pourra commencer. Afin de limiter le stress des animaux au moment de l’étude, les animaux seront habitués à être pris dans les bras, placés dans le hamac qui servira aux prélèvements sanguins… Aucun geste invasif ne sera pratiqué pendant cette période. Afin de s’assurer du bien-être animal, les animaux seront observés quotidiennement et les observations notées dans des grilles d’observation afin de tracer tout signe inattendu. En cas d’altération de l’état d’un animal, la surveillance sera augmentée au minimum à 2 fois par jour. En cas de signes de douleur, il sera soigné en appliquant des protocoles analgésiques pré établis adaptés au mini porc. Des points limites adaptés sont pré établis avec un arbre décisionnel permettant de traiter toute souffrance de l’animal en accord avec le vétérinaire

Choix des espèces

Dans le cadre du développement d’un nouveau médicament, la distribution de l’actif dans l’organisme doit être étudiée dans au moins deux espèces animales mammifères dont une espèce non-rongeur, en vue des études de toxicité réglementaires nécessaires à l’enregistrement. Le mini porc est une des espèces non-rongeur fréquemment utilisée en particulier pour les produits en dermatologie administrés par voie topique, en raison des nombreuses similitudes entre la peau de porc et la peau humaine. La quantité de produit dosée dans le sang chez le mini porc servira au choix des doses testées dans les études de toxicologie réglementaires et/ou les études cliniques chez l’homme. L’espèce mini porc est également sélectionnée pour ce type d'étude, parce qu’elle permet de prélever plusieurs millilitres de sang de manière répétée sur le même animal après administration du produit. Les mini porcs utilisés sont âgés au minimum de 6 semaines à réception (animaux sevrés) et au maximum de 12 mois. D’une manière générale, le poids est un facteur déterminant pour la quantité de médicament administré à l’animal (souvent en faible quantité à ce stade de développement) mais également en termes de manipulation de l’animal. Aussi l’âge maximal est fixé à 12 mois pour limiter les difficultés de contention qui peuvent être préjudiciables au bien-être animal. Pour les produits administrés par voie topique, les animaux seront préférentiellement utilisés à partir de 9 semaines. En effet, c’est à cet âge que l’épaisseur de l’épiderme et du derme approche celle de l’homme adulte. Cette similarité est essentielle pour mimer la pénétration cutanée des produits administrés par voie topique.

140 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Des souris transgéniques reçoivent pendant 6 à 12 mois une alimentation enrichie d'un mélange de six pesticides, avec suivi de la glycémie, séjours en cage métabolique, tests de tolérance au glucose et à l'insuline par injection puis prélèvements sanguins répétés, pour explorer un lien entre pesticides, maladie de Parkinson et diabète. Seuls des mâles sont exposés, et les animaux sont tués pour prélever cerveau, pancréas et autres organes. Le porteur affirme que ces liens n'ont "jamais été explorés" et écarte les modèles cellulaires ou invertébrés comme inadaptés à sa question.

Objectifs

Notre projet vise à apporter des connaissances sur les liens potentiels qui n’ont jamais été explorés à notre connaissance entre exposition alimentaire à des pesticides et des maladies humaines chroniques fréquentes, les maladies de Parkinson (MP) et le diabète, à l’aide d’un modèle « humanisé » développant une maladie neurodégénérative caractérisée par l'accumulation anormale d'agrégats de la protéine alpha-synucléine dans le cerveau. Ce projet s’inscrit dans un contexte ou certaines données épidémiologiques suggèrent que le diabète serait associé à un risque accru de maladie de Parkinson. Par ailleurs, plusieurs méta-analyses confirment le lien entre exposition professionnelle aux pesticides et MP. Dans ces conditions, notre projet envisage l’évaluation de la toxicité d’un mélange de 6 pesticides à des doses individuelles supposées ne pas exercer d’effets sur la santé chez l’homme mais rapportées pour induire en mélange un surpoids et/ou un diabète chez des souris non transgéniques. En utilisant ce mélange, nous étudierons alors le lien entre les perturbations métaboliques observées et les mécanismes qui sous-tendent le développement de la MP dans un modèle de souris transgéniques.

Bénéfices attendus

Le projet vise à apporter des éléments de connaissance concernant le rôle de l’exposition quotidienne à de faibles doses de pesticides en mélange via l’alimentation dans l’incidence des maladies neurodégénératives associées à la protéine alpha-synucléine (comme la maladie de Parkinson) et du diabète. Par ailleurs, ce projet doit permettre d'investiguer le lien entre le diabète et la maladie de Parkinson.

Procédures

Premièrement, 40 souris (10 par lot) feront l'objet d’un suivi périodique de la glycémie sur 6 mois (semaine 9, 17, et 24). Après une période de jeûne de 4-6h des prélèvements de sang seront effectués pour la lecture de la glycémie avec un glucomètre (3 minutes par animal). Deuxièmement, 40 souris (10 par lot) feront l’objet de prélèvements urinaires et d’un suivi des paramètres métaboliques (glycémie et test de tolérance au glucose) sur 12 mois. Les animaux seront mis individuellement dans des cages métaboliques pour récupérer les urines sur une période de 24h (semaine -1, 6, 27 et 52). Pour le suivi périodique de la glycémie, les modalités du point 1 seront appliquées en semaine 9, 24, 29 et 42. Enfin, Pour les tests de tolérance au glucose (semaine 16, 36, et 48) après une période de jeûne de 4-6h, une injection intrapéritonéale d’une solution saline de D-Glucose stérile sera réalisée. Huit prélèvements de sang seront effectués, pour la lecture de la glycémie avec un glucomètre sur une période de 2h30min. Par ailleurs, deux prélèvements sanguins supplémentaires seront réalisés pour un dosage ultérieur de l’insuline plasmatique qui sera mesurée 30 min avant et 15 minutes après l’injection du DGlucose. Troisièmement 20 souris (5 par lot) feront l’objet de tests fonctionnels et d’un suivi des paramètres métaboliques selon les mêmes modalités que le point 2 (glycémie et test de tolérance au glucose) sur 12 mois. Les tests fonctionnels (semaine 0/1, 12/13, 25/26, 38/39 et 51/52) seront réalisés afin d’évaluer les conséquences fonctionnelles de l’exposition aux pesticides, en comparaison avec le vieillissement normal. Lors de chaque test, les animaux seront évalués pendant 7 minutes. Quatrièmement 40 souris (10 par lot) feront l’objet de tests fonctionnels (selon les mêmes modalités que le point 3) et d’un suivi des paramètres métaboliques (glycémie et test de tolérance à l’insuline) sur 12 mois. Pour le suivi périodique de la glycémie, les modalités du point 1 seront appliquées en semaine 9, 24, 29 et 42. Enfin pour les tests de tolérance à l'insuline intrapéritonéal (semaine 15, 35 et 47) les souris seront mises à jeun pendant 4-6h puis une injection intrapéritonéale d’une solution d'insuline (0,75U insuline/kg de poids corporel) sera réalisée. Huit prélèvements de sang seront effectués pour la lecture de la glycémie avec un glucomètre sur une période de 2h30min.

Impact sur les animaux

L'administration d'aliment enrichi avec le mélange de 6 pesticides a déjà été réalisée chez la souris sans complication observée pour elles-mêmes. Le taux de mortalité lié à ce régime est nul. Les suivis envisagés sont couramment utilisés et n'induisent pas d'effet indésirable particulier en dehors de la douleur ou du stress induit par l'acte lui-même. En cas de souffrance (blessure, absence de prise de poids ou perte de poids supérieure à 20%), les souris seront mises à mort. Concernant les animaux qui seront soumis à un ensemble de tests fonctionnels, la planification des tests est prévue afin de limiter le stress des animaux et garantir un niveau d’activité. En particulier, lors de chaque session, les tests seront étalés sur 2 semaines et aucun suivi des paramètres métaboliques ne sera réalisé durant la période de suivi des capacités motrices des souris.

Devenir

Les souris seront mises à mort à la fin de chaque procédure afin de procéder au prélèvement des organes nécessaires à l'exploitation des résultats : cerveau, pancréas, foie, moelle épinière, tissu adipeux, intestin, fèces, yeux et sang.

Remplacement

L'étude des liens entre la maladie de Parkinson et le diabète de type 2 en condition d'exposition chronique à un mélange de faibles doses de pesticides à l'aide de cellules, organoïdes, modèles numériques ou modèles animaux moins sensibles (invertébrés) constituerait des approches différentes qui ne pourraient pas répondre aux questions que nous souhaitons aborder. Par ailleurs, l'étude des mécanismes moléculaires au niveau pancréatique dans un modèle murin de synucléinopathie n’a jamais été réalisée, et encore moins dans des conditions d’exposition alimentaire à un mélange de pesticides à faibles doses, pertinente au regard de l’évaluation des risques de l’alimentation humaine.

Réduction

Les animaux exposés seront tous étudiés dans les différentes expériences (tests fonctionnels, suivi métabolique) et ils seront analysés avec les différentes techniques choisies. Les souris seront mises à mort après 6 mois ou 12 mois afin de mimer une exposition d'un consommateur humain durant 15 et 30 ans. Ces choix de durée d’exposition sont également motivés par les caractéristiques spécifiques de l’évolution de la neuropathologie dans la lignée M83 d’une part et par les données déjà publiées sur l’évolution des troubles métaboliques chez la souris conventionnelle d’autre part. La quantité d'animaux par groupe de 35 animaux/groupe est le nombre minimum d’animaux requis pour obtenir des résultats statistiquement interprétables et atteindre l’objectif scientifique du projet. Une fois les données relevées (comparaison de la masse des souris (en g), mesure de la glycémie, réponse au test de tolérance au glucose, réponse au test de tolérance à l’insuline, capacité motrice, étude des perturbations métaboliques et des mécanismes liés au développement de la MP) des tests statistiques sont prévus pour la comparaison des 2 groupes entre eux (exposé, non-exposé). En accord avec les récentes observations publiées, seules les souris mâles seront exposées de façon continue, à l’aliment enrichi (ou non) par le mélange de 6 pesticides pendant 12 ou 6 mois.

Raffinement

Les animaux seront suivis par le personnel qualifié de l'animalerie, avec une attention particulière pour le suivi métabolique des animaux (la mesure du poids, la quantité de nourriture ingérée, tests de tolérance au glucose intrapéritonéal, prise d'urine, mesure de la glycémie) et la mise en œuvre des tests fonctionnels. Les souris seront hébergées avec un environnement enrichi. Elles auront à leur disposition de la boisson et de la nourriture, des huttes, des feuilles de papier pour jouer et des baguettes de bois à ronger. Lors des études précédentes, la tolérance du régime était bonne, aucune sur-mortalité n'avait été enregistrée. En cas de mal être: blessure, poids trop faible (si la perte de poids est de plus de 20%), déshydratation, les animaux seront mis à mort.

Choix des espèces

La lignée de souris transgéniques (M83) exprimant l’alpha-synucléine humaine sera utilisée et exposée (ou non) au mélange de pesticides via l’alimentation, parallèlement aux souris Bl6/C3H, fond génétique de la lignée M83. Les travaux sont proposés à partir de la lignée de souris transgéniques M83 exprimant l’alpha-synucléine humaine mutée A53T. Ce modèle murin, dont l’agrégation protéique est facilitée par la mutation, permettra d’évaluer l’impact du mélange sur la neuropathologie. Nos résultats préliminaires montrent la présence très précoce d’alpha-synucléine phosphorylée en sérine 129 dans les ilots pancréatiques des souris transgéniques. Les souris seront exposées à l’aliment enrichi avec le mélange de 6 pesticides à partir de l’âge de 4 mois (stade adulte) pour nous conformer à la publication de référence.

7 200 larves de poissons zèbres vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent un régime enrichi en graisse pendant huit jours puis une exposition à des polluants, benzo[a]pyrène ou pyrène, pendant sept jours, pour reproduire une maladie du foie gras et ses atteintes cérébrales. Le porteur décrit une nage plus faible ou anarchique comme effet attendu et renvoie au conditionnel un éventuel intérêt chez l'Homme. Il présente le poisson zèbre comme une alternative au modèle rongeur tout en jugeant l'expérimentation animale "indispensable".

Objectifs

Les maladies non-alcooliques du foie (i.e. NAFLD: non-alcoholic fatty liver disease) sont devenues une priorité de santé publique à cause de leur prévalence grandissante (25% de la population générale et plus 70% des personnes obèses). Elles débutent avec la stéatose hépatique (foie gras), stade bénin, qui peut progresser vers la stéatohépatite ou NASH (non-alcoholic steatohepatitis), propice au développement des cirrhoses et cancers du foie et qui peut avoir des répercussions au niveau du cerveau avec le développement d'encéphalopathies. Bien que les causes/mécanismes de cette progression pathologique restent à clarifier, l’exposition aux polluants environnementaux comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) est identifiée comme un facteur de risque. L’un de mécanismes suspectés fait intervenir les vésicules extracellulaires comme un moyen de communication crucial participant aux échanges entre le foie et le cerveau et favorisant la progression de ces maladies et l’apparition de dommages aux niveaux de ces organes. Il apparait donc important d’évaluer le rôle de ces vésicules dans ce contexte de NAFLD et d’exposition aux HAPs et en particulier sur les dommages hépatiques et cérébraux. Etant donné la nature complexe de ces pathologies qui dépendent des interactions étroites entre différents organes, dont le foie et le cerveau, et différents types cellulaires, il est indispensable d’avoir une approche intégrative uniquement retrouvée dans les modèles in vivo. Ainsi, nous mettrons en place une approche expérimentale sur un modèle de poisson-zèbre afin de comprendre le rôle des vésicules extracellulaires dans la progression des NAFLD induite par une exposition aux HAPs.

Bénéfices attendus

Cette phase d'expérimentation in vivo devrait permettre de confirmer le rôle des vésicules extracellulaires dans les effets néfastes d'une exposition à un polluant de l'environnement (benzo[a]pyrène ou pyrène) dans les maladies du foie et les dommages cérébraux associés. En outre, l'étude des potentiels effets protecteurs de molécules capables de réduire la production ou la capture de ces vésicules dans le cadre de ces pathologies pourra être une preuve de concept pertinente et permettre d'envisager d'autres études pour une éventuelle utilisation chez l'Homme.

Procédures

Alimentation avec un régime enrichi en graisse (8 jours) Exposition à des polluants de l'environnement (7 jours)

Impact sur les animaux

L'objectif de ce projet est d'étudier l'apparition et la progression de pathologies hépatiques avec des complications au niveau du cerveau. On s'attend donc à un impact sur la santé des poissons : développement d'une steatohépatite et peut-être le développement des premiers signes d'une encéphalopathie hépatique. Cependant cet impact restera modèré puisque qu'à ce stade de maladie, aucun signe de souffrance ne devrait se manifester mais il se pourrait que le comportempent des poissons soit légèrement altéré (nage plus faible ou anarchique; recherche alimenataire plus lente).

Devenir

A l'issue de la procédure, tous les animaux seront euthanasiés afin d'obtenir suffisamment d'échantillons biologiques pour réaliser les expériences envisagées et garantir au maximum l'obtention de résultats significatifs.

Remplacement

Le recours à l’expérimentation animale est indispensable à l’atteinte des objectifs du projet (3R : Remplacement) puisqu’il s’agit d’étudier le rôle des vésicules extracellulaires, un moyen de communication entre cellules et organes et qui circulent dans le sang. En particulier, l’un des objectifs de ce projet est d’évaluer si des vésicules émises par le foie peuvent induire des dommages au niveau du cerveau. Dans ce contexte, seul l’utilisation de modèles animaux permet d’appréhender la complexité de ces relations entre cellules et organes. Toutefois, l’utilisation du modèle poisson-zèbre reste une alternative au modèle rongeur dans le contexte de l’étude du rôle des vésicules extracellulaires dans les effets délétères des NAFLD.

Réduction

Les plans d’expérimentations ont été réalisés de manière à réduire au maximum le nombre d’animaux utilisés en vue de l’obtention de résultats significatifs et d’éviter les réplicats inutiles. En effet, de par l’expérience que nous avons de ce modèle et des expériences que nous voulons réaliser, nous avons pu déterminer le nombre minimal d’animaux à utiliser pour obtenir des résultats significatifs et reproductibles malgré la variabilité liée à l’expérimentation animale.

Raffinement

Les études seront conduites dans le respect des normes les plus strictes en matière de soins des animaux et d’évaluation de la souffrance animale (suivi d’une grille d’évaluation de la souffrance adaptée au modèle). Les animaux seront maintenus dans des installations modernes et agréées pour assurer un confort maximal aux animaux (qualité de l’eau, accès à la nourriture, température, cycle jour/nuit, nombre de poisson par bac…). Si une souffrance excessive venait à être détectée, quelle qu’en soit la cause (hébergement, manipulation, impact des traitements), les expérimentations concernées seront arrêtées et les procédures seront révisées (modifications des conditions d’hébergement, réduction des doses d’exposition aux agents toxiques…). Tout le personnel impliqué dans le travail des animaux a suivi une formation conformément aux réglementations institutionnelles et aux lois nationales relatives à la protection des droits des animaux.

Choix des espèces

Ce projet vise à évaluer l’impact des HAP sur l’appartion et la progression des NAFLD (maladies du foie allant de la stéatose vers un état pathologique, la stéatohépatite et qui peut se traduire également par complication au niveau cérébral). Le modèle de poisson zèbre se positionne comme un modèle d’étude intermédiaire entre les modèles in vitro et les modèles murins et ainsi à l’avenir limiter l’utilisation de ces modèles mammifères. Le modèle zebrafish possède, en effet, de nombreux atouts : une grande similitude physio-pathologique avec l’Homme notamment concernant le foie et les NAFLD (types cellulaires et métabolisme) mais également au niveau de la neurotoxicité ; une grande sensibilité dans la réponse aux agents hépatotoxiques et aux perturbateurs endocriniens ainsi que des avantages méthodologiques (transparence des larves permettant l’observation directe d’organes internes). Les animaux seront utilisés, après éclosion, au stade larvaire entre 4 et 12 jours post-fertilisation. En effet, à partir du 4ème jour, les larves présentent un foie fonctionnel et sont capables de se nourrir de l’alimentation apportée : 2 éléments essentiels à ce projet. D’autre part, de nombreuses études ont montré qu’à cet âge, les larves de poisson-zèbre pouvaient être utilisées comme modèle pour tester la toxicité d’agents chimiques au niveau du foie ou étudier le développement des NAFLD (induite par l’alimentation notamment) mais également pour évaluer la neurotoxicité de différents traitements.