Avant que les humains ne puissent bénéficier de nouveaux traitements médicamenteux et d’additifs nutritionnels, les scientifiques testent leur innocuité et leur efficacité sur des animaux, généralement des souris et des rats. Mais, autant qu’ils l’ont fait pour la recherche biomédicale, les rongeurs ne sont pas toujours le meilleur modèle de recherche pour les études sur le développement et la nutrition du cerveau néonatal. C’est là que les porcs peuvent jouer un rôle important.
Les chercheurs de l’Université de l’Illinois affirment que le porc domestique est idéal pour ces études, car la taille de son cerveau, son taux de développement et son système digestif sont d’excellents analogues pour les nouveau-nés humains.
Ils en savent beaucoup sur le cerveau des porcs, ayant construit le premier – et récemment, le deuxième – des atlas complets, basés sur l’IRM, de l’organe. Ils ont utilisé le premier pour étudier les effets de nombreuses interventions nutritionnelles chez les porcs. Mais certains critiques disent qu’ils ne peuvent pas être sûrs que ces résultats reflètent la réalité. Après tout, ces sujets de recherche sont élevés dans des environnements soigneusement contrôlés, sans se mêler aux frères et sœurs et à la mère dans des caisses de mise bas standard.
Alors, dans quelle mesure l’environnement d’élevage précoce du porc affecte-t-il le développement du cerveau?
«Nous avons répondu à de nombreuses critiques quant à savoir si le développement du cerveau de porc est le même dans notre laboratoire que dans n’importe quel élevage de porcs. Et la réponse est oui. Nous avons maintenant des preuves incontestables pour dire que le cerveau des porcs élevés dans un environnement artificiel grandissent et se développent de la même manière structurellement que ceux des porcs élevés par leur mère », explique Ryan Dilger, professeur agrégé au Département des sciences animales et auteur principal d’une nouvelle étude en Frontières en neurosciences.
Dans l’étude, l’équipe de recherche a amené des porcelets âgés de 2 jours dans leur établissement, connu sous le nom de Laboratoire de nutrition et de cognition des porcelets, qui est équipé de grands enclos individuels permettant aux porcs de voir, sentir et entendre les autres dans les enclos adjacents. Dilger dit que la température ambiante élevée et la capacité des porcs à se socialiser sont importantes.
«Dans nos études nutritionnelles, nous voulons les garder séparés pour éviter la contamination croisée des bactéries présentes dans leur côlon, qui est collectivement connu sous le nom de microbiote. Mais les porcs parviennent toujours à exprimer des comportements sociaux en voyant, en entendant et en sentant chacun. autre », dit-il. « Et dans beaucoup de nos études, nous laissons les porcs sortir de leurs enclos pour socialiser chaque jour, afin qu’ils puissent organiser une piggy party chaque après-midi. »
Un autre sous-groupe de porcelets est resté avec leurs compagnons de portée et leurs mères dans des caisses de mise bas dans une ferme de recherche sur le campus de l’U de I. À l’âge de 4 semaines, lorsque les porcs se sont suffisamment développés pour ne plus avoir à boire uniquement du lait, les porcs élevés artificiellement sont retournés à la ferme et ont été hébergés en groupe avec leurs homologues élevés par des truies. Ainsi, à la fin, les porcs n’ont vécu que dans des environnements différents pendant les quatre premières semaines de vie et à partir de ce moment, tous les porcs ont été traités de la même manière.
Tous les porcs ont été anesthésiés et scannés dans un appareil d’imagerie par résonance magnétique (IRM) de pointe à 1, 2, 3, 4, 8, 12, 18 et 24 semaines d’âge. Les chercheurs ont évalué la macro et la microstructure cérébrale des porcs élevés artificiellement et des truies en utilisant les nouveaux atlas de cerveau de porc pour les porcs jeunes et adolescents.
Non seulement les porcs mangeaient et grandissaient au même rythme dans les deux environnements d’élevage, mais leur développement cérébral était également globalement équivalent. Les chercheurs n’ont trouvé aucune différence dans les volumes absolus du cerveau entier, de la matière grise, de la substance blanche, de la croissance du liquide céphalo-rachidien ou des changements microstructuraux (connexions neuronales entre les régions du cerveau) au fil du temps dans les deux groupes.
Joanne Fil, étudiante au doctorat au programme de neurosciences de l’Illinois et première auteure de l’étude, déclare: «Nous avons examiné une mesure de substitution de la myéline, la fraction hydrique de la myéline, qui reflète les graisses et les protéines entourant les neurones et les aide à communiquer plus efficacement. et les porcs développent beaucoup de myéline de manière significative après la naissance, donc si nous voyons plus de myélinisation, alors nous supposons que le cerveau mûrit à un rythme différent.Longitudinalement, il n’y avait aucune différence entre la fraction hydrique de myéline dans les deux groupes.
« Nous avons constaté de légères différences dans le taux de développement, les porcs élevés artificiellement ayant un taux de développement de myéline légèrement plus élevé que les porcs élevés par des truies, mais à la fin, les porcs élevés dans l’un ou l’autre environnement ont atteint le même endroit en ce qui concerne le cerveau. croissance. »
Les chercheurs ont également comparé la mémoire des porcs dans des tests comportementaux. Les porcs ont reçu deux jouets fixes avec lesquels jouer – un qu’ils avaient pu enquêter auparavant et un qu’ils n’avaient jamais vu auparavant. S’ils passaient plus de temps à vérifier le nouveau jouet, c’était une preuve qu’ils se souvenaient de l’ancien et avaient donc encodé une mémoire.
À quelques moments précoces, 4 et 8 semaines, les porcs du groupe des truies avaient une reconnaissance d’objet légèrement supérieure. Les auteurs suggèrent que cela pourrait être dû à une plus grande interaction avec les pairs dans les environnements d’élevage de truies. Cependant, les différences étaient légères et temporaires.
«Le comportement est toujours plus variable, plus subjectif. C’est pourquoi nous aimons les mesures objectives et structurelles du cerveau que nous pouvons évaluer par IRM», explique Dilger. «Et ce que nous avons constaté, c’est que lorsque les deux groupes de porcs sont en bonne santé et que nous avons satisfait à leurs besoins nutritionnels, l’environnement d’élevage ne semble pas influencer le développement du cerveau.
En plus de soutenir l’utilisation continue des environnements d’élevage en laboratoire dans la recherche en neurosciences porcines, l’étude fournit de nouvelles données sur le développement du cerveau des porcs au fil du temps.
Pendant une demi-douzaine d’années, le premier atlas du cerveau de porc a servi de référence définitive aux chercheurs du monde entier. Mais cet atlas était basé sur des porcs de 4 semaines et ne pouvait pas être facilement extrapolé à des animaux plus âgés. Non seulement les nouveaux atlas en incluent un pour les porcs de 12 semaines, mais l’étude sur l’environnement d’élevage fournit des mesures de volume absolu pour les porcs à de nombreux autres moments, jusqu’à l’âge adulte.
«Cela fournit beaucoup de données fondamentales sur lesquelles quelqu’un pourrait revenir et demander combien de millimètres cubes est le cerveau du porc à un âge donné. Nous pouvons modéliser cela en fonction de ce que nous avons ici», dit Fil. « Notre objectif était de comparer les deux environnements d’élevage, mais aussi de fournir ce qui est attendu pour un certain âge de porc. Cela aide car nous pouvons commencer à développer des interventions nutritionnelles pour des âges spécifiques et comprendre quelles parties du développement cérébral peuvent être influencées par la nutrition. »
Dilger ajoute: « Le porc est un modèle très puissant pour la recherche biomédicale, et nous le montrons en associant l’ingénierie et l’agriculture, qui sont au cœur de notre mission en tant qu’institution de concession de terres. Nous utilisons beaucoup de souris. en recherche sur notre campus, mais nous sommes également très doués pour travailler avec les porcs.Nous mélangons le monde biomédical avec le monde agricole, pour finalement bénéficier à la fois à la nutrition porcine et humaine.
Le Département des sciences animales fait partie du Collège des sciences de l’agriculture, de la consommation et de l’environnement de l’Université de l’Illinois.
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