pierre gressens modèles animaux : intérêts et limites

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Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

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Page 1: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Pierre Gressens

Modèles animaux :

Intérêts et limites

Page 2: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Neuroprotective strategies as an example

• False positive studies : what should we learn from

them ?

• True negative studies : why are they important ?

• False negative studies : what do they tell us ?

Focus & plan

Page 3: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Adult stroke field : huge failure in clinical trials with drugs

protective in animal models (except for tPA)

False positive studies

Page 4: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Adult stroke field : huge failure in clinical trials with drugs

protective in animal models (except for tPA)

• Pessimistic interpretation : animal models not predictive of

humans

False positive studies

Page 5: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Adult stroke field : huge failure in clinical trials with drugs

protective in animal models (except for tPA)

• Pessimistic interpretation : animal models not predictive of

humans

• Scientific approach : why ?

False positive studies

Page 6: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Animal studies

- “wrong” compound : PK, PD, BD, BBB, …, wrong target, …

False positive studies

Page 7: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Animal studies

- “wrong” compound : PK, PD, BD, BBB, …, wrong target, …

- “wrong” design : blinded, randomized, stats, controls (KOs,

behavior)

False positive studies

Page 8: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Animal studies

- “wrong” compound : PK, PD, BD, BBB, …, wrong target, …

- “wrong” design : blinded, randomized, stats, controls (KOs,

behavior)

- confounding variables

False positive studies

Page 9: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Animal studies

- “wrong” compound : PK, PD, BD, BBB, …, wrong target, …

- “wrong” design : blinded, randomized, stats, controls (KOs,

behavior)

- confounding variables

- T°

- time of the day, season, …

- sex

- maternal stress, maternal care, maternal feeding, …

- person performing model, tests, analyses, …

False positive studies

Page 10: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Temperature

Thoresen et al., unpublished data

0

1

2

3

4

Mean

Glo

bal P

ath

olo

gy S

core

Control 32°C 37°C 38°C 39°C

Post-HI Recovery Temperature

3

Page 11: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Time of the day

Bednarek & Gressens, unpublished data

Page 12: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Maternal stress

Rangon et al., J Neurosci 2007

Page 13: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The ALS lesson

Scott et al., ALS 2008

SOD1 mutant = ALS modelRiluzole protection(increased lifespan)

Page 14: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The ALS lesson

Scott et al., ALS 2008

SOD1 mutant = ALS modelRiluzole protection(increased lifespan)

5429 miceRiluzole efficacy

computer analysis

Page 15: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The ALS lesson

Scott et al., ALS 2008

SOD1 mutant = ALS modelRiluzole protection(increased lifespan)

5429 miceRiluzole efficacy

computer analysis

confounding biological factors

optimal study design

Page 16: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The ALS lesson

Scott et al., ALS 2008

SOD1 mutant = ALS modelRiluzole protection(increased lifespan)

5429 miceRiluzole efficacy

computer analysis

confounding biological factors

optimal study design

optimal study design

8 « protective » drugswell-powered study

Page 17: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The ALS lesson

Scott et al., ALS 2008

SOD1 mutant = ALS modelRiluzole protection(increased lifespan)

5429 miceRiluzole efficacy

computer analysis

confounding biological factors

optimal study design

optimal study design

8 « protective » drugswell-powered study

no effect on lifespan !!!

Page 18: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The ALS lesson

Scott et al., ALS 2008

SOD1 mutant = ALS modelRiluzole protection(increased lifespan)

5429 miceRiluzole efficacy

computer analysis

confounding biological factors

optimal study design

optimal study design

8 « protective » drugswell-powered study

no effect on lifespan !!!

? previous studies = biased

Page 19: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Animal studies

- “wrong” compound : PK, PD, BD, BBB, …, wrong target, …

- “wrong” design : blinded, randomized, stats, confounding

variables

- healthy vs sick animals

False positive studies

Page 20: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Impact of systemic inflammation on neuroprotection

Gressens et al., Eur J Pharm 2008Gressens et al., unpublished

Page 21: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Impact of systemic inflammation on neuroprotection

Gressens et al., Eur J Pharm 2008Gressens et al., unpublished data

Page 22: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Impact of systemic inflammation on neuroprotection

Gressens et al., Eur J Pharm 2008Gressens et al., unpublished data

Page 23: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Impact of systemic inflammation on neuroprotection

Gressens et al., Eur J Pharm 2008Gressens et al., unpublished data

Page 24: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• Animal studies

- “wrong” compound : PK, PD, BD, BBB, …, wrong target, …

- “wrong” design : blinded, randomized, confounding variables

- healthy vs sick animals

• Human clinical trials

- too “stringent” outcome

- death vs survival of impaired patients

False positive studies

Page 25: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

The catch 22

0

Damage

Death

Insult

Neuroprotection

Protective effect on mortality?

Page 26: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• allow to rule out potential pathways and targets

True negative studies

Page 27: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• allow to rule out potential pathways and targets

… if studies correctly performed !

• good rationale (hypothesis to test)

• good design :

- sufficient power !!!

- multiple models

- multiple species

True negative studies

Page 28: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

NADPH oxidase

• oxidative stress is deleterious for the brain

• inhibition of NADPH oxidase = neuroprotective in

adults

• ? good target in neonates

Page 29: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

NADPH oxidase: not a good target in neonates

Doverhag et al., NBD 2008

Page 30: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

NADPH oxidase: not a good target in neonates

Doverhag et al., NBD 2008

Page 31: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• what do they tell us ?

False negative studies

Page 32: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• what do they tell us ?

• different case scenarios …

False negative studies

Page 33: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• power calculation taking into account

- variability of procedure

- variability of outcome variable

Methodological biases

Page 34: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Power

(n=8/group)

Page 35: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Power

p = 0.0764(n=8/group)

Page 36: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Power

p = 0.0764(n=8/group) (n=16/group)

Page 37: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Power

p = 0.0764(n=8/group)

p = 0.0088(n=16/group)

Page 38: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• power calculation taking into account

- variability of procedure

- variability of outcome variable

• appropriate outcome & readout, combined R/

Methodological biases

Page 39: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Cx Hipp Cer Bs.g Thal0

4

3

2

1

Bra

in p

atho

logy

sco

reHypothermia + drug

Haland et al., Pediat Res 1997

Page 40: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Cx Hipp Cer Bs.g Thal0

4

3

2

1

Bra

in p

atho

logy

sco

reHypothermia + drug

Haland et al., Pediat Res 1997

- optimized HT- drug effect ? (complex paradigms & analyses or -)

Page 41: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Cx Hipp Cer Bs.g Thal0

4

3

2

1

Bra

in p

atho

logy

sco

reHypothermia + drug

Haland et al., Pediat Res 1997

- optimized HT- drug effect ? (complex paradigms & analyses or -)

- « human efficacy » HT- effect of drug on a cooled brain

Page 42: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• power calculation taking into account

- variability of procedure

- variability of outcome variable

• appropriate outcome & readout, combined R/

• dose-response curve

Methodological biases

Page 43: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Dose-response : U-shape curve

Sokolowska et al., submitted

Page 44: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• power calculation taking into account

- variability of procedure

- variability of outcome variable

• appropriate outcome & readout, combined R/

• dose-response curve

• BD (BBB penetration, degradation, …), PK, species

specificities

Methodological biases

Page 45: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Administration schedule

Gressens et al., unpublished data

Page 46: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Administration schedule

Gressens et al., unpublished data

Page 47: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• pre-clinical drug testing ≠ search for targets

Mixed effects

Page 48: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• pre-clinical drug testing ≠ search for targets

• cell type : neurons vs microglia / astroglia

=> cell type-specific conditional KOs

Mixed effects

Page 49: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• pre-clinical drug testing ≠ search for targets

• cell type : neurons vs microglia / astroglia

=> cell type-specific conditional KOs

• timing issue : early M1 microglia vs late M2 microglia

=> time-course of lesions

Mixed effects

Page 50: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

M1 & M2 microglia

Kigerl et al., J Neurosci 2009

Page 51: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

M1 & M2 microglia

Kigerl et al., J Neurosci 2009

Page 52: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• pre-clinical drug testing ≠ search for targets

• cell type : neurons vs microglia / astroglia

=> cell type-specific conditional KOs

• timing issue : early M1 microglia vs late M2 microglia

=> time-course of lesions

• responders vs non-responders

Mixed effects

Page 53: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• ! p>0.05 ≠ groups are similar

= groups are not statistically different

Responders & non-responders

Page 54: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• ! p>0.05 ≠ groups are similar

= groups are not statistically different

Responders & non-responders

p = 0.7182

Page 55: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• ! p>0.05 ≠ groups are similar

= groups are not statistically different

Responders & non-responders

p = 0.7182

Page 56: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• ! p>0.05 ≠ groups are similar

= groups are not statistically different

Responders & non-responders

p = 0.7182

Page 57: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• experimental bias

• maternal care bias

• other bias

Responders & non-responders

Page 58: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• experimental bias

• maternal care bias

• other bias

• ? mimics some human situation

Responders & non-responders

Page 59: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• experimental bias

• maternal care bias

• other bias

• ? mimics some human situation

• ? mechanism : epigenetics

Responders & non-responders

Page 60: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

• experimental bias

• maternal care bias

• other bias

• ? mimics some human situation

• ? mechanism : epigenetics

• ad hoc statistical tools to confirm R vs non-R

• mechanistic approaches

Responders & non-responders

Page 61: Pierre Gressens Modèles animaux : Intérêts et limites

Acknowledgements

Vincent DegosAngela KaindlCatherine VerneyVincent El GhouzziStéphane PeineauStéohanie SigautAnne-Marie BodiouValérie BiranPascal DourneauSophie LebonLeslie SchwendimannTiffen Le Charpentier

Olivier BaudRomain FontaineJérémie Dalous

Cobi HeijnenAnnemieke KavelaarsCora Nijboer

Elie SalibaGéraldine Favrais

Petra HuppiStéphane Sizonenko

Yvan van den Loojj

Bernard Thébaud

Ulrika AdenMax Winerdal

Jon Lampa

Ursula Felderhoff-MueserMatthias Keller

Olaf DammannChristiane Dammann

Wolfgang Bueter

Henrik HagbergDavid EdwardsDenis AzzopardiMary Rutherford

Catie RoussetEtienne Jacotot

Michael SpeddingPhilippe Delagrange

Esther Shenker

Shyamala ManiParthiv Haldipur

Carina Mallard