L’infarctus du myocarde (IDM) est une cause majeure de mortalité dans le monde. La stratégie thérapeutique actuelle repose sur la reperfusion précoce du myocarde qui contribue largement à l’amélioration du pronostic des malades. Les investigations menées chez des modèles d’ischémie/reperfusion (I/R) cardiaque ont montré que l’apoptose des cardiomyocytes était contrôlée en partie par les protéines de type Bcl-2. La production de radicaux libres (RL), en particulier par la nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH) oxydase, contribue aussi à l’altération de la fonction cardiaque. Récemment, les effets observés de l’érythropoïétine (Epo) sur l’I/R, sont principalement liés à ses effets anti-apoptotiques, anti-inflammatoires et à son rôle dans l’angiogénèse et le remodelage vasculaire. Ces propriétés suggèrent le potentiel de l’Epo dans la cardioprotection suite à un IDM. Dès lors, les objectifs de cette thèse ont été : 1) de confirmer les effets cardioprotecteurs d’un analogue de l’Epo, la darbepoétine-a (DA), chez un modèle d’I/R chez le rat; 2) d’étudier les voies de signalisation impliquées dans ses effets anti-apoptotiques et ; 3) de caractériser les effets antioxydants de la DA médiée par l’hème-oxygénase-1 (HO-1), et ; d’étudier le rôle de la NADPH oxydase. Dans la 1ère étude, le traitement par DA a permis de diminuer significativement la taille de l’infarctus, la production de RL et l’apoptose. La DA a activé la voie des protéines Jak2/Akt, augmenté l’expression des protéines P-Bad et P-GSK3ß et anti-apoptotiques, Bcl-2 et Bcl-xL. Ces mêmes effets bénéfiques ont été confirmés à plus long terme avec la réduction des lésions fibrotiques et l’augmentation du nombre da capillaires sanguins, suggérant une meilleure perfusion du ventricule gauche. La seconde étude, a confirmé les effets cardioprotecteurs de la DA. Parallèlement, la DA a induit l’expression et l’activité de l’HO-1 et régulé l’expression des sous-unités p47phox et Rac1 nécessaires à l’activation de la NADPH oxydase. Ces résultats sont concordants avec la baisse de la production des RL observés dans le groupe DA. Les effets bénéfiques de la DA ont été annihilés en présence de ZnPP, inhibiteur de l’HO-1. Des essais cliniques sont actuellement en cours pour démontrer que les bénéfices observés chez l’animal, peuvent être retrouvés chez l’homme. / Cardiovascular disease remains a leading cause of mortality in industrialized countries. Loss of cardiomyocytes via apoptosis is believed to contribute to the continuous decline of the ventricular function in heart failure. Several investigations revealed that following ischemia-reperfusion (I/R), cardiomyocytes apoptosis is controlled, at least, by the Bcl-2 proteins family members. The excessive reactive oxygen species (ROS) production, through NADPH oxidase, contributes also to cellular damages and death. Recently, erythropoietin (EPO), a hematopoietic cytokine, has been shown to protect heart exposed to ischemia or ischemia-reperfusion, limiting infarct size and cardiac remodeling. However, to date the precise cellular mechanism of DA-induced cardioprotection remains incompletely understood. Thus, the aims of this work were 1) to assess the short and long term cardioprotective effects of darbepoetin-a (DA), an Epo analog, in an in vivo rat model of I/R ; 2) to investigate the signaling pathway through which DA potentially limits apoptosis and ; 3) to elucidate whether its cardioprotective effect, and more particularly its antioxidative effect, is linked to an HO-1-dependent inhibition of the NADPH activity. In the first study, left ventricle infarct size (LV) was smaller than that in the control rats, in agreement with echocardiographics parameters. DA-treatment activated the JAK2/Akt signaling pathway, lowered cleaved caspase-3 and increased both P-Bad and P-GSK-3ß proteins. This was consistent with the decrease of ROS production and the lowered binding of Bad to Bcl-xL and Bcl-. Similarly, in long term study, histology alterations implicated lower LV cardiac fibrosis and greater capillary density; furthermore both Bcl-xL and Bcl-2 were upregulated. In the second study, both LVSF and LVEF were higher versus control and DA+ZnPP, a heme-oxygenase-1 (HO-1) inhibitor, matching with the decreased LV infarct size in DA rats. DA induced HO-1 and down regulated the expression of p47phox and the activation of Rac1, both regulatory subunits of the NADPH-oxidase. This was consistent with the decrease of ROS production and these DA effects were inhibited by ZnPP. Further experiments in humans are now required to prove benefits effects of DA and to promote the use of EPO as therapeutics in heart infarction.

Les maladies cardiovasculaires les plus fréquentes responsable du décès chez l'homme sont le choc septique et l'infarctus du myocarde. Le choc septique est l'illustration la plus caricaturale des conséquences néfastes que peut entraîner le développement d'une réponse inflammatoire dérégulée. Tout comme pour l'infarctus du myocarde, de nombreuses inhibitions expérimentales pharmacologiques de la réponse immunitaire innée au cours du choc septique se sont révélées bénéfiques, et ont conduit à la mise en place d'études cliniques de grande ampleur étudiant l'efficacité de différentes molécules anti- inflammatoires. Malheureusement, aucune efficacité significative n'a pu être démontrée en termes de mortalité. Un des acteurs essentiels au développement de cette réponse inflammatoire est TREM-1 (Triggering Receptor Expressed on Myeloid cells-1 (TREM-1). TREM-1 est un récepteur de la superfamille des immunoglobulines présent à la surface des neutrophiles et des monocytes/macrophages. Il joue un rôle important dans l'amplification de la réponse inflammatoire au cours aussi bien de pathologies infectieuses qu'inflammatoires non septiques. D'après nos résultats, nous avons constaté que TREM-1 semblait posséder un rôle de senseur pour différents signaux de danger, avec comme résultante l'amplification de la réponse inflammatoire. La modulation pharmacologique de TREM-1 par un peptide de synthèse (LR12) apparaît donc prometteuse en ce sens qu'elle ne s'accompagne jamais d'une inhibition complète de la réponse inflammatoire. Des résultats dans le choc septique et l'infarctus du myocarde certes expérimental, confirment l'efficacité de cette approche / The most frequent cardiovascular diseases people in charge of the death at the man are the septic shock and the myocardial infarction. Septic shock is the most caricatural illustration of the fatal consequences, which the development of a deregulated inflammatory response can involve. Just like for the myocardial infarction, of many pharmacological experimental inhibitions of the innate response during the septic shock appeared beneficial, and led to the installation of clinical studies of great width studied the effectiveness of various molecules anti-inflammatory drugs. Unfortunately, no significant effectiveness could be shown in terms of mortality. One of the actors essential with the development of this inflammatory response is TREM-1 (Triggering Receptor Expressed one Myeloid cells-1 (TREM-1). TREM-1 is a receptor of the superfamily of the immunoglobulin expressed by the neutrophils and monocytes/macrophages. TREM-1 is an amplifier of the inflammatory response in the inflammatory and infectious pathology. According to our results, we noted that TREM-1 seemed to have a role of sensor for various signals of danger, with like resultant the amplification of the inflammatory response. The pharmacological modulation of TREM-1 by a peptide of synthesis (LR12) thus appears promising in the sense that it is never accompanied by a complete inhibition of the inflammatory response. Results in the septic shock and the myocardial infarction certainly experimental, confirm the effectiveness of this approach

Le choc septique est une pathologie fréquente associée à un taux de mortalité dépassant les 50%. Il s’agit de la première cause de mortalité en réanimation. Malgré les avancées des connaissances physiopathologiques sur le sepsis, le taux de mortalité reste très élevé. La majorité des recherches pré-cliniques sont réalisées sur des animaux jeunes et sains et sans antécédents cardiovasculaires, alors qu’il est bien établi que l’incidence et le taux de mortalité du sepsis augmente sévèrement avec l’âge. L’objectif de cette étude est la mise au point d’un modèle animal de sepsis ayant plusieurs antécédents cardiovasculaires, et l’évaluation des effets de la combinaison de deux maladies (hypertension et infarctus du myocarde (IDM)) chez des rats septiques sur la fonction cardiovasculaire et sur les voies de signalisation responsables de la réponse inflammatoire et apoptotique. L’étude a été réalisée sur des rats normotendus Wistar-Kyoto (WKY) et des rats Hypertendus Spontaneously Hypertensive (SHR) qui ont subi l’induction d’un IDM par ligature de l’artère coronaire gauche suivie ou non par l’induction d’un sepsis par ligature et perforation du caecum. Nous avons montré que les rats polypathologiques SHR, ayant subi un IDM préalable au choc septique, présentent une diminution drastique des paramètres cardiaques et hémodynamiques par rapport aux rats WKY ayant subi seulement un choc septique. En effet, le débit cardiaque, la pression artérielle moyenne et la fraction d’éjection sont diminuées respectivement de 70 %, 60 % et 67 % chez les rats SHR polypathologiques par rapport aux rats WKY ayant seulement un sepsis. On a observé également une hypo-réactivité vasculaire aux vasopresseurs plus importante chez les rats SHR-IDM-CLP comparée à celle des rats WKY-CLP. L’expression génique des récepteurs adrénergiques alpha-1 est fortement diminuée chez les rats SHR-IDM-CLP par rapport aux rats WKY-CLP. L’étude du taux d’expression des protéines impliquées dans l’apoptose révèle une surexpression des protéines caspase 3, caspase 8 et Pp38 chez les rats SHR polypathologiques des rats SHR-IDM-CLP par rapport aux rats WKY-CLP ayant seulement un sepsis. De plus, on remarque une forte diminution de l’expression des protéines eNOS et Akt chez les rats SHR-IDM-CLP comparés aux rats WKY-CLP. L’hypertension artérielle associée à l’insuffisance cardiaque a conduit à une plus grande sensibilité des rats au sepsis. Les rats SHR polypathologiques ont développé une insuffisance cardiaque aggravée par rapport aux rats WKY ayant seulement un sepsis. Le modèle de rats SHR ayant subi un IDM préalable au sepsis se rapproche d’avantage des situations cliniques observées quotidiennement dans les services de réanimation. Ce modèle pourrait servir de bon candidat pour les études pré-cliniques / Septic shock is considered as the most common cause of death among patients admitted in medical intensive care units. Mortality remains very high (50%) despite advances in physiopathological knowledge of this disease. In fact, most experimental studies are often conducted on young and healthy animals, whereas it is well established that the incidence and mortality rates dramatically increase with age. The goal of this study was to evaluate the effect of the combination of two diseases (hypertension and myocardial infarction) in a septic rat model, on cardiovascular function, cell survival and the inflammatory response. Therefore, we used normotensive Wistar-Kyoto rats (WKY) and Spontaneously Hypertensive Rats (SHR) in which myocardial infarction was induced by left coronary descending artery ligation, followed or not by cecal ligation and perforation-induced sepsis. Our results showed that the polypathological SHR rats in which a myocardial infarction and sepsis were induced, exhibited a significant decrease in cardiac and hemodynamic parameters compared to WKY rats that have sepsis (CLP) only. Indeed, cardiac output, mean arterial pressure and ejection fraction were reduced by 70%, 60% and 67% respectively in the polypathological SHR rats versus the WKY rats with sepsis. We observed also that the vascular hyporeactivity in the polypathological SHR rats was higher than for the WKY CLP rats. A mesure of gene expression level of alpha1 adrenergic receptor shows a relatively low expression level in the rats from SHR IDM CLP rats compared to WKY CLP that could explain the observed vasodilation. The protein level of caspase3 and 8, Pp38 and proteins involved in apoptosis, is upregulated in SHR IDM CLP rats compared to WKY CLP rats. However, the polypathological SHR rats show a significant decrease in the expression of eNOS and Akt protein compared to WKY CLP rats. The combination of hypertension with myocardial infarct is associated with higher sensitivity of the rats to sepsis. The polypathological SHR rats developed a severe heart failure compared to WKY rats having sepsis only. Our animal model, the polypathological SHR rats is very close to observed clinical situations in intensive care units. This model could serve as a good candidate for pre-clinical studies.

Dans les pays « développés », les syndromes coronariens aigus (SCA) représentent une pathologie fréquente et grave et les maladies cardiovasculaires restent la première cause de mortalité en Europe. Au cours de la dernière décennie, pourtant, plusieurs travaux épidémiologiques ont suggéré une baisse sensible de l'incidence des infarctus et la mortalité cardiovasculaire est dorénavant en recul dans de très nombreux pays, dont la France. La cardiologie est une des disciplines médicales qui a connu les plus grands bouleversements au cours des 25 dernières années et la prise en charge des SCA ainsi que le profil des patients ont considérablement évolué. Dans ce contexte, il nous a paru intéressant d'étudier la manière dont le devenir des patients présentant un infarctus aigu pouvait participer à cette baisse générale de la mortalité cardio-vasculaire. A partir de quatre enquêtes longitudinales successives répertoriant les SCA (USIK 1995, USIC 2000, FAST-MI 2005, FAST-MI 2010) et de l’observatoire national des actes de cardiologie interventionnelle (ONACI), nous avons observé, après standardisation sur les caractéristiques initiales des différentes cohortes, une baisse spectaculaire de la mortalité quel que soit le type de SCA (avec sus-décalage ST [SCA ST+] ou ST-elevation myocardial infarction [STEMI] ; sans sus-décalage ST [SCA ST-] ou non-ST-elevation myocardial infarction [NSTEMI]). Cette évolution peut être expliquée par plusieurs paramètres : amélioration de la prise en charge globale, meilleur suivi des recommandations, changement de profils des patients (pour les STEMI), développement de la stratégie invasive et utilisation de nouvelles thérapeutiques, évolution des techniques de cardiologie interventionnelle… Ainsi, il apparaît que l'amélioration du pronostic des patients atteints d'infarctus est bien un des éléments ayant pu contribuer à la baisse de la mortalité cardiovasculaire. L’enjeu aujourd’hui est de maintenir ces résultats, de renforcer les mesures de prévention et d’améliorer le pronostic à long terme en développant notamment les programmes d’éducation thérapeutique. / In developed countries, acute coronary syndromes (ACS) represent a common and serious disease, and cardiovascular disease remains the leading cause of death in Europe. During the last decade, however, several epidemiological studies have suggested a significant reduction in the incidence of myocardial infarction and cardiovascular mortality in many countries, including France. Over the past 25 years, Cardiology has dramatically evolved and the management of ACS, as well as patient risk profile have substantially changed. In this context, we aimed to evaluate how the outcomes of patients with acute myocardial infarction could participate in the general decline in cardiovascular mortality. From four successive longitudinal surveys including ACS (USIK 1995, USIC 2000, FAST-MI 2005, FAST-MI 2010) and the national observatory of interventional cardiology (ONACI) we observed, after standardization of the cohorts on baseline clinical characteristics, a dramatic decline in mortality regardless of the type of ACS (STEMI, ST-elevation myocardial infarction, NSTEMI, non-ST-elevation myocardial infarction). This evolution can be explained by several factors: overall improvement in organization of care, better implementation of recommendations, substantial change in the patient risk profile (for STEMI), increasing use of invasive strategy and adjunctive therapies, improved technique for Interventional Cardiology ... Therefore, the improved prognosis of patients with myocardial infarction appears to be one of the factors that have contributed to the decline in cardiovascular mortality. For the future, the challenge will be to maintain these results, strengthen preventive measures and improve long-term prognosis in particular by developing the therapeutic education programs.

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Paris 12 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 114-131.

Les maladies cardiovasculaires sont une des premières causes de mortalité dans les pays industrialisés. L'infarctus du myocarde provoque la mort d'un grand nombre de cellules cardiaques, diminuant la qualité de vie des gens qui survivent à une telle attaque. La transplantation d'un organe entier présente des limites telles que la faible quantité de donneurs et la possibilité de rejet par l'organisme du receveur. Le cœur possède une capacité de se régénérer mais le nombre de cellules souches résidentes pouvant accomplir cette tâche apparaît être insuffisant. Afin d'aider à la régénération, des approches thérapeutiques tentent l'implantation de cellules fonctionnelles dans la zone infarcie. Les cellules implantées sont, entre autres, des myoblastes squelettiques, des cellules souches embryonnaires ou adultes (cellules souches mésenchymateuses) indifférenciées, des cardiomyocytes fœtaux. Les résultats positifs parfois obtenus ont vite fait passer ces études des animaux à l'humain. La mise au point de thérapies cellulaires efficaces pour le cœur nécessite la compréhension des mécanismes moléculaires gouvernant la différenciation et la morphogénèse cardiaques, et l'habileté à manipuler ces mécanismes. Les cellules de carcinome embryonnaire P19, un modèle de cellules souches embryonnaires (ES), peuvent se différencier en cardiomyocytes lorsqu'elles sont traitées avec l'acide rétinoïque (AR) ou l'ocytocine (OT). Des cellules de muscle squelettique sont aussi générées. D'autre part, l'AR permet la différenciation de cellules ES en adipocytes et l'OT inhibe la maturation finale de pré-adipocytes. Nous avons émis l'hypothèse que l'AR et l'OT peuvent induire les cellules P19 à générer, de façon concomitante mais dans des rapports différents, des adipocytes, cardiomyocytes et cellules de muscle squelettique. De plus, des analogues de l'AR capables d'activer préférentiellement les récepteurs de l'acide rétinoïque (RAR) ou les récepteurs de rétinoïdes-X (RXR) pourraient influencer les rapports mésodermiques. Enfin, les kinases ERK1/2 et P38, des protéines-kinases activées par des mitogènes (MAPK), pourraient avoir un rôle dans la différenciation mésodermique induite par l'AR et l'OT. Des marqueurs ont servi à identifier les phénotypes cellulaires : PPARy, aP2, lipoprotéines-lipase et gouttelettes lipidiques colorables à l'huile rouge pour les adipocytes; MyoD et α-actinine sarcomérique pour les cellules de muscle squelettique; troponine I cardiaque (cTpnI), chaîne légère de la myosine cardiaque-2v et α-actinine sarcomérique pour les cardiomyocytes. La culture en agrégats de cellules P19 pendant sept jours, avec une induction à l'AR entre les jours deux (J2) et J5, suivie d'une période de maturation de 20 jours en présence d'insuline et de l'hormone thyroïdienne T3 permet d'obtenir des adipocytes. Des cellules battantes exprimant l'α-actinine sarcomérique sont aussi générées. Une importante proportion de ces cellules montre la forme allongée ou fibrillaire caractéristique de myocytes squelettiques. Une faible proportion a une forme arrondie et exprime la cTpnI, indiquant la génération de cardiomyocytes. L'induction des cellules P19 avec l'AR, à J2, a donc un effet mésodermique large. L'ajout d'OT au milieu de maturation n'augmente pas la proportion de cellules cardiaques par rapport aux cellules musculaires squelettiques ou aux adipocytes. L'AR agit principalement en se liant aux RAR et RXR. Pour activer de façon spécifique chacune de ces deux familles de récepteurs, nous avons remplacé l'AR comme agent inducteur par le LG100268, un agoniste spécifique des RXR, ou par le TTNPB, un agoniste spécifique des RAR. Le LG100268 génère des adipocytes et des myocytes aussi efficacement que l'AR. Le TTNPB est un agent adipogénique plus efficace que l'AR mais inhibe la myogenèse. Les influences mésodermiques différentes des trois agents sont associées à des actions différentes sur ERK1/2 et P38. Ainsi, l'AR et le LG100268 diminuent similairement phospho-ERK1/2 et augmentent similairement phospho-P38. Par contre, le TTNPB, le rétinoïde le plus efficace à diminuer phospho-ERK.1/2, n'a pas stimulé la phosphorylation de P38. L'inhibition pharmacologique d'ERK1/2 ou de P38 pendant le traitement des cellules avec l'AR a augmenté le rendement myogénique, et l'inhibition de P38 a, de plus, augmenté le rendement adipogénique. La voie des RXR est permissive à la fois à l'adipogenèse et à la myogenèse alors que celle des RAR n'est permissive qu'à l'adipogenèse. P38 serait un régulateur négatif de l'adipogénèse. La différenciation à base d'OT produit des cardiomyocytes et, dans une moindre mesure, des cellules de muscle squelettique. L'OT est ajouté durant les quatre jours de l'agrégation et la période de maturation est de dix jours. Les rendements myogéniques sont faibles et nous avons pensé que l'ajout d'AR à l'OT pouvait les augmenter. Lorsqu'il est ajouté dès le J0 du traitement des cellules avec l'OT (addition précoce), l'AR inhibe la myogenèse. Cette inhibition est reliée aux RAR puisqu'elle est reproduite par le TTNPB et non le LG100268. Étonnamment, l'AR ajouté au J2 du traitement avec l'OT (addition tardive) fait plus que doubler le rendement des cellules musculaires, spécialement celui des cellules de muscle squelettique. L'AR a donc un effet dual, temporellement régulé, sur l'action myogénique de l'OT. Un tel effet est aussi observé sur la phosphorylation d'ERK1/2. OT stimule cette phosphorylation, et la stimulation est fortement inhibée par l'addition précoce mais non tardive d'AR. L'inhibition pharmacologique d'ERK1/2 abolit l'action myogénique d'OT. Par contre, l'ajout d'un activateur indirect d'ERK2 à la combinaison "OT + AR tardif" augmente la phosphmylation d'ERK1/2 ainsi que le rendement en cardiomyocytes. Des niveaux de phospho-ERK1/2 sont critiques pour la myogénèse et pour les rendements respectifs en cardiomyocytes et cellules de muscle squelettique. En conclusion, les cellules P19 génèrent adipocytes, cardiomyocytes et cellules de muscle squelettique de façon concomitante lorsqu'elles sont induites avec l'AR. Dans ce processus, l'activation des RAR n'est permissive qu'à l'adipogenèse alors que celle des RXR permet l'adipogenèse et la myogenèse. L'action antimyogénique de l'activation des RAR est aussi observée en présence d'OT, cependant cette action ne se manifeste que si l'activation est faite tôt (J0). AR et OT influencent chacun la phosphorylation de MAPK et, réciproquement, leur action mésodermique est influencée par des modulateurs pharmacologiques de ces kinases. Le sens des influences peut cependant différer. Ainsi, les meilleurs rendements myogéniques ont été observés pour les traitements suivants : "AR + inhibiteur d'ERK (J2 à J5)", "AR + inhibiteur de P38 (J2 à J5)", "OT (J0 à J4) + AR (J2 à J4)", "OT + activateur d'ERK (J0 à J4) + AR (J2 à J4)". La modulation de l'activité des voies RAR, RXR et MAPK a une influence sur les rendements myogéniques et adipogéniques ainsi que sur les rendements en cardiomyocytes et en cellules de muscle squelettique. Le sens de l'influence dépend de la fenêtre temporelle de la modulation et de la présence ou non de l'OT. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cardiomyocytes, Cellules de muscle squelettique, Adipocytes, Acide rétinoïque, Ocytocine, Rétinoïdes, MAPK, ERK, P38, PCR, Immunobuvardage, Cytofluorescence, Cytochimie

Résumé: L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil de choix en clinique pour la détection des maladies cardiovasculaires. Ses résolutions spatiale et temporelle élevées en font une technique fiable pour l'évaluation de la structure, de la fonction, de la perfusion ou encore de la viabilité du muscle du myocarde. Les modèles animaux, et plus particulièrement le rat et la souris transgénique, sont de plus en plus utilisés pour étudier les gènes et les mécanismes biologiques mis en cause dans les maladies cardiaques. L'IRM est devenue la méthode de référence pour l'étude non-invasive de ces modèles, et ce malgré des différences physiologiques comme la fréquence cardiaque élevée (jusqu'à 600 battements par minute chez la souris) ou la taille de l'animal qui rendent l'acquisition d'images plus ardue que dans le cadre clinique. Cependant, il est possible d'obtenir des images de bonne qualité grâce aux appareils dédiés à haut Champ, à des nouvelles stratégies de synchronisation des acquisitions et à l'utilisation de séquences d'impulsions optimisées pour l'imagerie du petit animal. Les travaux rapportés dans ce mémoire portent sur la mise en place de ces techniques sur l'appareil IRM 7 T du Centre d'Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS). Nous donnons un aperçu des possibilités offertes par l'IRM cardiaque chez le petit animal, puis nous présentons le matériel et les méthodes utilisées pour réaliser l'étude de la fonction cardiaque chez le rat avec l'imagerie cinématique. Dans cette étude, nous proposons l'utilisation d'une technique de débruitage afin d'améliorer l'évaluation quantitative des paramètres de la fonction cardiaque. Enfin, nous détaillons le développement de deux séquences d'impulsions appliquées à un modèle d'infarctus du myocarde chez le rat : une séquence d'inversion-récupération pour l'imagerie de rehaussement tardif au gadolinium et une séquence de préparation T2 pour l'imagerie de pondération T2. // Abstract: Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a clinically valuable tool for the detection of cardiovascular diseases. Its high temporal and spatial resolutions have established it as a reliable technique for assessment of cardiac structure, fonction, perfusion, and myocardial viability. Animal models, and particularly rats and transgenic mice, are increasingly used for the study of genes and biological mechanisms involved in heart diseases. MRI has become the gold-standard for the non-invasive examination of these models, despite physiological differences such as the rapid heart rate (up to 600 beats per minute for the mouse) and the animal size, that make its application more challenging than clinical imaging. However, high-quality images can be obtained with dedicated high-field MRI scanners, novel gating strategies and optimised pulse sequences. The work reported in this thesis consists in the implementation of these techniques on the dedicated 7 T MRI scanner at the Sherbrooke Molecular Imaging Center. We first provide an overview of the possibilities offered by cardiac MRI in small animals, then we present the material and methods for the study of cardiac function in rats with cine-imaging. In this study, we propose the use of a denoising technique as a way to improve the evaluation of global cardiac function parameters. Finally, we explain in detail the development of two pulse sequences for their application in a myocardial infarction model : an inversion-recovery sequence for late gadolinium enhancement imaging and a T2-prepared sequence for T2-weighted imaging.

La mort subite est un problème majeur de santé publique. Plus de 75% des morts subites sont d'origine coronaire et la mort subite est le principal mode de décès des infarctus du myocarde (IDM). Une analyse des similitudes et associations entre les deux est nécessaire. Les IDM survenant en heures non ouvrables ont une mortalité accrue. Par une analyse des données du registre francilien du Centre d'Expertise Mort Subite, nous avons constaté une surmortalité en dehors des heures ouvrables suite à une prise en charge initiale moins optimale, la prise en charge médicalisée n’étant pas influencée par l'horaire. Il devient clair que les efforts devraient se focaliser sur la prise en charge très précoce de la mort subite pour améliorer son pronostic.La deuxième partie a visé à identifier, parmi les IDM, ceux à risque de mort subite préhospitalière, afin d’anticiper sa survenue. A partir du registre e-MUST des IDM en Ile-de-France, nous avons identifié 5 facteurs associés à un risque accru de mort subite pré-hospitalière (âge jeune, absence de diabète et d'obésité, dyspnée, délai court entre le début de douleur et l'appel des secours). Nous avons ainsi créé et validé en interne et externe, un score de risque de mort subite. / It becomes clear that efforts should focus on early SCA management. The second part therefore aimed on identifying, among STEMI patients, those at risk of pre-hospital SCA, to plan early SCA management before it occurs. In the e-MUST registry for STEMI in the Greater Paris Area, we identified 5 simple predictors of pre-hospital SCA (young age, absence of obesity, absence of diabetes mellitus, shortness of breath, and short delay between pain onset and call to emergency medical services) that we used to build an SCA prediction score that we validated internally and externally. The first minutes after SCA are the main determinants of its prognosis and should ideally be planned before its occurrence. Anticipation of SCA in STEMI, the main cause of SCA, is feasible, allowing to tailor STEMI management accordingly. Even though the generalizability of this strategy to other causes of SCA remains to be demonstrated, a promising path for decreasing SCA burden can be foreseen.

Les maladies ischémiques du myocarde sont actuellement la principale cause de mortalité dans les pays développés. Malgré la diminution des délais de reperfusion et l’amélioration de la prise en charge médicale, la mortalité de l’infarctus du myocarde reste stable. Le développement de nouvelles solutions thérapeutiques reste donc nécessaire. Parmi ces nouveaux traitements, les dérivés cellulaires d'origine cardiaque (obtenues après mise en culture de fragments de biopsies) semblent prometteurs. Ces cellules sont obtenues à partir de biopsies myocardiques qui mises en culture vont spontanément s’organiser en cluster multicellulaires tridimensionnels appelés cardiosphères. La modification des conditions de culture permet ensuite d’obtenir une population de cellules uniques appelés cellules dérivés des cardiosphères (CDCs). Ces CDCs sont capables de diminuer la taille de l’infarctus dans l’infarctus constitué (études précliniques et cliniques) ainsi que dans l’infarctus aigu (ischémie reperfusion). Cependant plusieurs études réalisées chez le petit animal suggèrent que 1. Les cardiosphères pourraient avoir un potentiel thérapeutique supérieur à celui des CDCs et 2. Les exosomes sécrétés par les CDCs semblent être les médiateurs de leur effet, et l’injection des exosomes seuls pourraient permettre d’obtenir le même effet. Néanmoins, aucune étude n’a jusqu’à présent évalué les cardiosphères et les exosomes dans un modèle pre-clinique de gros animal. L’objectif de cette thèse sera donc de comparer les effets des cardiosphères, des CDCs et des exosomes sécrétés par les CDCs dans des modèles porcins d’ischémie reperfusion et d’infarctus constitué.Méthodes : Dans un premier temps, la technique de délivrance du traitement, la dose optimale et la sécurité seront évaluées ; dans un 2e temps des études randomisées contre placebo seront réalisées pour évaluer l’efficacité. Le modèle animal utilisé sera un modèle porcin d’un infarctus du myocarde reperfusé réalisé par occlusion de l’artère interventriculaire antérieure (après la première diagonale) par un ballon d’angioplastie. Pour les études d’ischémie reperfusion, les animaux seront traités 30 minutes après la reperfusion et suivi pendant 48 heures. Pour les études dans l’infarctus constitué, les animaux seront traités 4 semaines après l’infarctus puis suivi 4 semaines supplémentaires. L’efficacité sera évaluée par histologie (étendue du no-reflow et taille de l’infarctus) pour l’ischémie reperfusion, et par IRM (taille de la cicatrice et fonction ventriculaire gauche) pour l’infarctus constitué.Résultats attendus : nous espérons confirmer les résultats obtenus chez le petit animal à savoir démontrer une efficacité de cardiosphères supérieure à celle des CDCs, et une efficacité des exosomes au moins égale à celles des CDCs mais avec un profil de sécurité (notamment immunologique) supérieur. / Background: Ischemic heart disease is the first cause of death in western countries. Despite early reperfusion and improvement of medical care, myocardial infarction (MI) mortality remains constant. Therefore new treatments are desirable. Among those new treatments, heart derived cells (obtained from cardiac explants) are promising. Those cells are grown from cardiac explants which, in culture, will spontaneously self-organized in three-dimensional multicellular cluster named cardiospheres. When replated in adherent surface, those cardiospheres will yield to a population of single cells named cardiosphere-derived cells (CDCs). Allogenic CDCs have been shown to decrease infarct size both in convalescent MI (pre-clinical and clinical studies) and in ischemia-reperfusion. However several small animal studies suggest that 1. Cardiospheres may be more potent than CDCs and 2. CDC-secreted exosomes are likely to be the mediator of CDC effect and their injection may recapitulate the effect of CDCs. Nevertheless, no study has assessed the efficacy of cardiospheres and CDC-derived exosomes in a relevant pre-clinical large-animal model. We aim to compare the effect of cardiospheres, CDCs and CDC-derived exosomes in pig models of convalescent MI (adverse remodeling) and acute MI (ischemia reperfusion).Methods: First, delivery, optimal dose and safety will be optimized. Then, randomized placebo-controlled study will be performed to assess efficacy. For all studies, MI will be performed by balloon occlusion of the left anterior descending artery after the 1st diagonal. For the acute studies, pigs will be treated 30 minutes after reperfusion and followed for 48 hours. For the chronic studies, pigs will be treated 4 weeks after MI and followed for 4 additional weeks. Efficacy will be evaluated by histology (no-reflow and infarct size) for the acute studies and by MRI (scar size and left ventricular function) for the chronic studies.Expected results: we expect to confirm the results obtained in small animal models. Efficacy of cardiospheres may be better than CDCs, and exosomes should be at least as effective as CDCs but with a more favorable safety profile (especially immunological).

Au cours de l’infarctus du myocarde, aussi bien l’ischémie que la reperfusion (I/R) entrainent des dégâts irréversibles au sein du myocarde. Parmi ces lésions cellulaires, la dérégulation de l’homéostasie calcique mène à la mort cellulaire. Afin d’augmenter la récupération suite à un épisode d’I/R, le « remote », pré- et post-conditionnement ont été montré comme cardioprotecteur. En particulier, certaines stratégies basées sur des molécules pharmacologiques modulant les canaux TRPV1 (Transient Receptor Vanilloid 1) ont été utilisées. Le but de cette étude est de comprendre le rôle de TRPV1 dans la cardioprotection. Nous avons récemment montré que TRPV1 est exprimé et est fonctionnel dans des cardiomyocytes adultes de souris. En revanche, afin d’utiliser des sondes génétiques, un modèle alternatif aux cardiomyocytes a été utilisé dans cette étude : la lignée cellulaire de cardiomyoblastes de rats.Grâce à des techniques de Western blot et d’imagerie confocale, nous avons d’abord montré que TRPV1 est exprimé dans les H9C2 et semble être localisé à la membrane du réticulum endoplasmique (RE). Puis, nous avons démontré grâce à des techniques d’imagerie calcique dans le cytoplasme et le réticulum (Fura2-AM et ErGAP1 respectivement) que TRPV1 est un canal de fuite calcique fonctionnel RE. Comme la synthèse d’ATP et le métabolisme cellulaire sont dépendants des échanges de calcium (Ca2+) entre le RE et la mitochondrie, nous avons analysé le rôle de TRPV1 en mesurant le Ca2+ mitochondrial avec la sonde R-GECO. Nous avons montré que la modulation pharmacologique de TRPV1 augmente à la fois les contenus en Ca2+ cytoplasmique et mitochondrial d’au moins 20%. Enfin, nous avons effectué des séquences d’hypoxie-reoxygenation et nous avons évalué la mort cellulaire par cytométrie en flux. Nous avons montré que l’activation de TRPV1 a des effets hétérogènes sur la viabilité cellulaire alors que l’inhibition de TRPV1 augmente systématiquement la survie cellulaire, d’au moins 22%. Des évènements de Ca2+ précis et spatiotemporel du RE à la mitochondrie sont nécessaires pour initier ou réguler des multitudes de processus tels que la balance entre la mort cellulaire et la survie cellulaire. Dans cette étude, nous avons montré que TRPV1 pouvait être un de ces canaux impliqués dans cet échange de Ca2+ entre le RE et la mitochondrie et que les H9C2 sont un modèle viable pour évaluer le rôle de TRPV1 dans les flux calciques au cours de l’ischémie-reperfusion / During myocardial infarction, both I/R cause irreversible myocardial injuries. Among the cellular damages, calcium dysregulation occurs leading to cell death. To improve the recovery from I/R episodes, remote, pre- and post-conditioning are recognized to be cardioprotective. In particular, some strategies based on molecules acting on the TRPV1 channels have been used. The aim of our work is to better understand TRPV1 role in cardioprotection. We have recently demonstrated that TRPV1 is expressed and functional in adult mouse cardiomyocytes. In order to perform live imaging with genetic probes, an alternative model to cardiomyocytes was used in the present work: H9C2 cells. Thanks to Western blot and confocal microscopy, we first showed that TRPV1 is expressed in H9C2 and seems to be localized at endoplasmic reticular (ER) plasma membrane. Secondly, we demonstrated that TRPV1 is a functional ER Ca2+ leak channel via cytoplasmic and reticular Ca2+ imaging (respectively with Fura-2 and ErGAP1). As ATP synthesis and cell fate are dependent of Ca2+ exchanges between ER and mitochondria, we have analyzed the role of TRPV1 in the mitochondrial [Ca2+] using R-GECO probe. We observed that pharmacological TRPV1 modulation increases both cytosolic and mitochondrial Ca2+ contents by at least 20%. Finally, we performed hypoxia-reoxygenation sequences and we evaluated cell death by flow cytometry. We showed that TRPV1 activation has heterogeneous effects on cell viability, whereas TRPV1 inhibition always improves cell survival (at least by 22%). Precise and spatiotemporal Ca2+ release events from ER to mitochondria are required to initiate or to regulate many processes like the balance between cell death/cell survival. In the present study, we show that TRPV1 could be one of the channels involved in Ca2+ exchanges between ER and mitochondria, and that H9C2 is a valuable model to evaluate the role of TRPV1 in Ca2+ fluxes during I/R