published_or_final_version / Paediatrics and Adolescent Medicine / Doctoral / Doctor of Philosophy

Thesis (Ph. D.)--University of Adelaide, Dept. of Animal Physiology, 1978. / "February 1977." Includes bibliographical references (leaves [105]-[120]).

Thesis (Ph. D.)--Virginia Commonwealth University, 2006. / Prepared for: Dept. of Pharmacology and Toxicology. Bibliography: leaves 185 - 197.

Many cancers, including lymphoma, are associated with increased numbers of T cells with suppressive properties, and it has been suggested that immune subversion is important in cancer pathogenesis. The ability of lymphoma cells to induce conventional CD25- T cells to adopt a regulatory phenotype was evaluated, with the aim of elucidating the factors and pathways governing this process and determining the clinical relevance. Regulatory T cell phenotype in both peripheral blood and nodal material from patients with lymphoma and healthy controls was also assessed. Preferential representation of Tregs in nodal tissue was noted with higher percentages seen than in peripheral blood. Contrary to previous studies, minimal evidence to suggest that lymphoma induces a regulatory phenotype from CD4+CD25- T cells was found. Furthermore, nodal Tregs displayed high expression of Helios and FOXP3, indicating a thymically-derived rather than induced origin. PD-1 expressing T cells were present in greater numbers in PBMCs from patients compared with healthy controls, suggesting an alternative reason for the immunosuppression that may be exhibited in these patients. These data support recruitment and amplification as the mechanism for the high proportion of Tregs seen in lymphoma. Hodgkin lymphoma is typified by a prominent reactive infiltrate and is the archetype of immune subversion in lymphoma. Inherited predisposition is demonstrated through familial and twin studies. Susceptibility loci have been identified in a number of genes that affect immune response, with the strongest association seen with the HLA region. 5 individuals with classical Hodgkin lymphoma from a family originating in North East Scotland were evaluated by linkage analysis and exome sequencing. Novel, shared variants predicted to disrupt protein function were identified in 2 genes on chromosome 3. Proximity to a previously described gene in familial Hodgkin lymphoma implicates this region as an important susceptibility locus.

Tumors induce immune dysfunction through the production of soluble factors that subvert macrophage (Mf) function to favor tumor growth. Previous studies suggested that tumor-induced immune cell dysfunction may be reversible through regimens that disrupt tumor cell suppressor mechanisms and concurrently promote tumoricidal activities. Because the antineoplastic agent paclitaxel (TAXOL) activates Mf function, we studied mechanisms of paclitaxel-mediated cytotoxic and immunostimulatory responses by tumor-induced Mfs. Although tumor-derived factors, including interleukin-10 and transforming growth factor-b1, modulate Mf response to activation signals, paclitaxel partly reverses tumor-induced Mf-mediated suppression of T-cell reactivity through enhanced production of the immunostimulatory cytokine interleukin-12 (IL-12). Concurrently, paclitaxel induces Mf cytotoxic and proinflammatory molecule production, including tumor necrosis factor-a and interleukin-1b. In contrast to its apparent immunotherapeutic effect on Mf populations, paclitaxel's cytostatic mechanisms suppress lymphocyte proliferation and function. We showed that IL-12 can reverse paclitaxel-mediated suppression of T-cell responses in vitro, establishing the foundation for a novel antitumor therapy using paclitaxel in combination with IL-12. We show that the administration of paclitaxel as a chemotherapeutic agent, followed by IL-12 as an immunotherapeutic agent to alleviate paclitaxel-mediated immunosuppression, prolongs survival, reduces tumor progression, and activates immune effector populations in a murine tumor model. These results are the first experimental evidence to suggest that paclitaxel and IL-12 are an effective antitumor modality. Collectively, these studies show that paclitaxel induces multiple antitumor mechanisms that can be enhanced with proper ancillary administration of immunotherapeutic cytokines. / Ph. D.

Contexte. Les traitements immunosuppresseurs actuels sont associés à un risque considérablement accru d'infection grave et de cancer. Un outil identifiant les patients surimmunosupprimés (SI) pourrait changer de façon significative le suivi clinique et réduire les comorbidités liées à l’immunosuppression. Méthodes. Dans cette étude observationnelle prospective, plus de 300 collections de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMCs) ont été prélevées longitudinalement au cours des 2 premières années post-transplantation chez 50 greffés rénaux. Les patients ont été classés comme SI ou contrôles. 2 patients ont été exclus à cause d’une perte de greffe, d’un risque biologique et 7 autres dus à un problème de congélation des cellules en début d’étude. Les PBMC ont été incubées pendant une nuit (non stimulées, stimulées au LPS ou des peptides de l'EBV). La réponse monocytaires a été examinée par cytométrie en flux. Résultats. Les patients ont été répartis au hasard dans une cohorte d’entrainement (n=12) et une cohorte de validation (n=29). Dans la cohorte d’entrainement, nous avons exploré l'expression de surface et de la production intracellulaire de cytokines pro-inflammatoires dans les sous-populations monocytaires. Dans les cultures stimulées par les peptides de l’EBV, les monocytes de patients SI ont présenté une réponse TNFa dans la sous-population CD14+CD16+ (pro-inflammatoire) inférieure aux patients contrôles. Un seuil de 73% des monocytes CD14+CD16+ positifs au TNFa+ a été déterminé par courbe ROC. Une règle de classification a été définie: tout patient avec 2 points consécutifs sous le seuil du %TNFa pour les monocytes CD14+CD16+ a été classé SI. Dans la cohorte d’entrainement, cette règle a donné une sensibilité=83%, spécificité=83%, VPP=83% et VPN=83%. Dans la cohorte de validation, les valeurs ont été sensibilité=90%, spécificité=63%, VPP=56% et VPN=92%. Conclusion. Cette étude démontre que la mesure de la réponse des monocytes après stimulation in vitro des PBMCs peut informer sur l'état de surimmunosuppression. / Background. The current immunosuppressive regimens are associated with a substantially increased risk of serious infection and cancer. A tool that identifies over-immunosuppressed (OIS) patients could significantly change clinical management and reduce comorbidities related to the immunosuppression. Methods. In this prospective, observational study, over 300 peripheral blood mononuclear cells (PBMC) samples were collected longitudinally during the first 2 years post-transplant in 50 kidney recipients. Patients were classified as OIS [opportunistic infection (n=16), BK viremia or nephropathy (n=12), CMV viremia (n=1), ≥3 recurrent bacterial infection (n=2), cancer (n=1)] or controls (n=25). 2 patients were excluded because of graft loss, biohazard issue or 7 because of technical issue with the cells frozen in the first months of the protocol. Whole PBMCs were incubated overnight (unstimulated, LPS-stimulated and EBV peptides-stimulated) and the monocyte response was examined by flow cytometry. Results. Patients were randomly distributed in a training (n=12; 6 OIS and 6 controls by design) and a validation cohort (n=29; 10 OIS and 19 controls). In the training cohort, we explored the surface expression of intracellular production of pro-inflammatory cytokines in monocyte subsets. In the EBV peptides-stimulated cultures, monocytes from OIS patients had a lower TNFα response in the CD14+CD16+ (pro-inflammatory) subset. Cut-off of 73% CD14+CD16+ monocytes positives for TNFα was determined by ROC curve. A classification rule was defined: any subject with 2 consecutive samples under the %TNFα+ cutoff for CD14+CD16+ monocytes was considered OIS. In the training cohort, this rule yielded the following: sensitivity=83%, specificity=83%, positive predictive value=83% and a negative predictive value=83%. In the validation cohort, values were: sensitivity=90%, specificity=63%, positive predictive value=56% and negative predictive value=92%. Conclusion. This proof-of-concept study demonstrates that measuring monocyte response when whole PBMCs are stimulated in vitro can inform on the OIS status.

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La transfusion de sang d'un individu à un autre peut s'avérer vitale dans plus d'une situation. Cette pratique est particulièrement fréquente chez les patients urémiques soumis à la dialyse. Toutefois, les conséquences des transfusions sanguines par rapport à l'augmentation des chances de survie d'une greffe de rein, demeurent encore un phénomène étrange. L'objet de cette thèse est d'étudier le mode d'action de ce nouveau moyen d'améliorer la survie de la greffe rénale. Dans un premier temps, nous avons montré que cet effet bénéfique des transfusions sanguines dans le devenir de la greffe rénale pouvait être observable suite à un petit nombre de transfusions (< 5), minimisant ainsi le risque de présensibilisation contre les antigènes sanguins résultant en une formation d'anticorps qualifiés de néfastes pour le greffon. Toutefois, la présence d'autres types d'anticorps (anti-B IgM), semble potentialiser l'effet bénéfique des transfusions. En se basant sur ces premières observations, l'administration délibérée et à intervalles réguliers d'un petit nombre (1-5) de transfusions sanguines à des patients nous a permis de mettre en évidence chez ceux-ci, certaines altérations de la réponse immune. Ces altérations sont particulièrement évidentes au niveau de la réponse cellulaire et se caractérisent par l'apparition d'une activité suppressive. La présence de cette immunosuppression induite par les transfusions se révèle l'élément majeur pouvant expliquer la prolongation de la survie des greffes. Nous avons étudié les mécanismes immunologiques par lesquels cette immunosuppression peut engendrer cet effet bénéfique, ce qui nous a permis de mettre en évidence des phénomènes jamais rapportés jusqu'à maintenant. En effet, cette capacité immunosuppressive semble être reliée au pouvoir régulateur de certaines cellules (monocytes/macrophages) généralement impliquées dans les processus d'initiation de la réponse immune de type cellulaire et humoral. Cette régulation serait médiée par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs produits de sécrétion de ces cellules sensibles à l'indométhacine, et qui peuvent être forts importants dans la régulation de la réponse immune. Les résultats décrits dans cette thèse nous permettent de conclure que le recours aux transfusions sanguines dans la préparation des patients en vue d'une transplantation rénale est vraiment une approche indispensable si nous voulons optimiser les chances de réussite des greffes de rein. Cette méthode peut être qualifiée d'immunosuppressive et s'avère peu risquée pour le patient en autant que les effets sur la réponse immune sont évalués et suivis par des méthodes appropriées. / Montréal Trigonix inc. 2018

L'immunosuppression est fréquente chez les cancéreux et serait possiblement reliée à la dénutrition. Nous avons investigué s'il existait des relations entre la quantification des sous-populations leucocytaires du sang périphérique T11+ (T-matures), T4+ (T-inducteurs), T8+ (T-suppres- seurs), B1+ (lymphocytes B) et Mo2+ (monocytes), la réponse à la PHA et la dénutrition chez 16 cancéreux porteurs d'une néoplasie digestive. Nous avons trouvé des altérations significatives en nombre absolu/ml pour les cellules T11 + , T4+, B1+ et Mo2+ qui étaient plus importantes chez les cancéreux dénutris que chez les non-dénutris. La réponse à la PHA (SI) était aussi diminuée significativement chez les dénutris. L'analyse par régression linéaire des pourcentages des sous-populations avec SI a montré que seulement les cellules T4+ offraient une corrélation avec SI. Les résultats de cette étude suggèrent que le nombre absolu/ml des cellules T4+ est un indicateur sensible de la dénutrition chez les patients porteurs d'une néoplasie digestive. / Montréal Trigonix inc. 2018

Isolées à l'origine de la moelle osseuse , les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) ont depuis été obtenues à partir de divers tissus fœtaux, postnataux et adipeux et font l'objet d'un nombre croissant d'essais cliniques en tant que traitement potentiel d’un large éventail de maladies dégénératives et de troubles autoimmuns. En effet, les CSM se sont révélées comme étant une alternative de premier plan pour la réparation tissulaire et la modulation immunitaire. Des recherches intensives ont visé à élucider leurs caractéristiques et les mécanismes par lesquelles elles provoquent leurs effets thérapeutiques. Plus précisément, dans le cadre de la transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) allogéniques chez des patients pédiatriques atteints de leucémie, les CSM ont été utilisées pour favoriser la greffe et/ou pour induire une immunosuppression dans la maladie du greffon contre l’hôte (GVH), une complication fréquente et mortelle de la greffe pour laquelle il n’y a que très peu à offrir aux patients qui en sont touchés. En effet, la première indication thérapeutique d’un produit à base de CSM approuvée par Santé Canada a été indiquée pour la gestion de la GVH chez des patients pédiatriques ayant une maladie résistante aux traitements de première intention. Traduire la recherche fondamentale en applications cliniques nécessite un approvisionnement régulier en CSM viables et préalablement évaluées quant à leur sécurité et leurs propriétés fonctionnelles. La cryopréservation des CSM est l’élément clé qui permet de répondre à ces exigences. Suivant l'exemple des CSH, qui ont été cryoconservées et transplantées avec succès ultérieurement, les CSM ont donc été entreposées et décongelées selon les besoins des études cliniques de phase III pour le traitement de la GVH réfractaire aux traitements classiques. Ces études ayant obtenu des résultats mitigés et contrastants avec les résultats obtenus à partir de cellules fraîches dans des études cliniques de phases I et II, la cryopréservation a rapidement été reconnue coupable de leur échec. Une quantité remarquable de recherches et de ressources ont ensuite été consacrées à l'optimisation des protocoles, à la composition des milieux de congélation, aux dispositifs de refroidissement et aux conteneurs de stockage, ainsi qu'au développement de bonnes pratiques de fabrication afin de garantir que les CSM conservent leurs caractéristiques thérapeutiques après la cryoconservation et qu’elles soient sécuritaires pour une utilisation clinique. L’objectif principal de cette thèse était de clarifier l’impact de la cryopréservation sur les propriétés immunosuppressives des CSM. Alors que les études publiées sur le sujet faisaient, d’une façon assez équilibrée, l’état d’une réussite ou d’un échec à la cryopréservation des CSM en lien avec la conservation de leurs différentes fonctions in vitro et/ou in vivo dans des modèles animaux, mes travaux ont permis de revisiter l'impact de la cryoconservation sur les CSM en démontrant que des épisodes de réchauffement cellulaire survenant après leur congélation, plutôt que la cryoconservation en elle-même, étaient responsables de leurs altérations fonctionnelles. Si des précautions ne sont pas prises pour éviter le réchauffement des échantillons lors du processus d’entreposage dans l’azote liquide, ceux-ci vont subir une iii importante variation de température et ce, de façon étonnamment rapide et dommageable. Mes travaux ont démontré que l’inhibition de la prolifération lymphocytaire par les CSM diminuait drastiquement et de façon proportionnelle au réchauffement subi par les CSM pendant l’entreposage des produits cellulaires. Étonnamment, la viabilité des CSM n’était pas significativement diminuée par ces variations de température alors qu’elle est depuis toujours la principale mesure utilisée pour quantifier l’intégrité cellulaire postdécongélation. Dans une perspective de pouvoir prédire la présence d’une atteinte fonctionnelle des CSM induite par la cryopréservation, la suite de mes travaux a permis d’identifier la capacité d’adhésion des CSM comme étant un marqueur rapidement et facilement mesurable en laboratoire, mais surtout étant significativement liée à la capacité des CSM à inhiber une réponse lymphocytaire, laquelle est au cœur des symptômes de la GVH. Une grande rigueur pendant tout le processus de fabrication et de congélation des CSM ainsi que la génération de données reproductibles et fiables sont indispensables à l’obtention de preuves scientifiques de l'efficacité et de la qualité de cette thérapie cellulaire à grand potentiel dans le traitement des maladies auto-immunes. / Originally isolated from the bone marrow, mesenchymal stromal cells (MSC) have since been obtained from various foetal, postnatal and adipose tissues and are the subject of an increasing number of clinical trials as a potential treatment for a wide range of degenerative diseases and autoimmune disorders. Indeed, MSC have proven to be a leading alternative for tissue repair and immune modulation. Intensive research has aimed to elucidate their characteristics and the mechanisms by which they induce therapeutic effects. More specifically, in the context of transplantation of allogeneic hematopoietic stem cells (HSC) in pediatric patients with leukemia, MSC have been used to promote transplantation and/or to induce immunosuppression in graft-versus-host disease (GVH), a frequent and fatal complication of transplantation for which there is very little to offer to patients who are affected. The first therapeutic indication for a MSC-based product approved by Health Canada was indicated for the management of GVH in pediatric patients with a resistant to first-line treatments disease. Translating basic research into clinical applications requires a regular supply of viable MSC that have been previously assessed for their safety and functional properties. Cryopreservation of MSC is the key to meeting these requirements. Following the example of HSC, which were cryopreserved and successfully transplanted later, MSC were therefore stored and thawed as needed in phase III clinical studies for the treatment of GVH refractory to conventional treatments. These studies having obtained mixed results and contrasting with the results obtained from fresh cells in clinical studies of phases I and II, cryopreservation was quickly found guilty of their failure. A remarkable amount of researches and resources were then devoted to the optimization of protocols, the composition of freezing media, cooling devices and storage containers, as well as the development of good manufacturing practices in order to guarantee that MSC retain their therapeutic characteristics after cryopreservation and that they are safe for clinical use. The main objective of this thesis was to clarify the impact of cryopreservation on the immunosuppressive properties of MSC. While the studies published on the subject made, in a fairly balanced way, the state of a success or a failure in cryopreservation of MSC in connection with the conservation of their different functions in vitro and/or in vivo in animal models, results presented in this thesis have allowed us to revisit the impact of cryopreservation on MSC by demonstrating that episodes of cell warming occurring after their freezing, rather than cryopreservation itself, were responsible for their functional alterations. If precautions are not taken to prevent the samples from heating up during the liquid nitrogen storage process, they will undergo a significant temperature variation, surprisingly quickly and very damagingly. My work has shown that the inhibition of lymphocyte proliferation by MSC decreases drastically and in proportion to the warming experienced by MSC during storage of cellular products. Surprisingly, the viability of MSC was not significantly reduced by these temperature variations, whereas it has always been the main measure used to quantify post-thaw cell integrity. In a perspective of being able to predict v the presence of a functional impairment of MSC induced by cryopreservation, the rest of my work then made it possible to identify the adhesion capacity of MSC as being a marker quickly and easily assessable in the laboratory, but especially being significantly linked to the ability of MSC to inhibit a lymphocyte response, which is at the heart of GVH symptoms. Great rigor throughout the manufacturing and freezing process of MSC as well as the generation of reproducible and reliable data are essential to obtain scientific evidences of the efficacy and quality of this cell therapy with very high potential in the treatment of autoimmune diseases