Cortical injury, such as that following stroke, is one of the leading causes of long-term disabilities world-wide. While some neuroprotective agents given within hours of stroke can reduce damage, there are currently no neurorestorative therapeutics that can enhance long-term recovery. To address this, we tested Mesenchymal Stem Cell (MSC) derived Extracellular Vesicles (EVs) as a treatment for cortical injury in rhesus monkeys (Macaca mulatta). Monkeys treated with EVs 24 hours after injury and again at 14 days after injury recovered more completely and more rapidly than monkeys given a vehicle control. However, the cellular changes associated with enhanced recovery remained unknown. In this dissertation, it was hypothesized that EVs modulated cells within the brain to enhance recovery after cortical injury. To explore this hypothesis, three specific aims were tested. Aim 1: To determine the effects of EVs on microglial reactivity. Since EVs in this study were derived from MSCs, it was hypothesized that they would have an immunomodulatory effect. Using immunohistochemistry, image analyses, and 3-D reconstruction, we showed that microglia shifted from reactive, damaging phenotypes towards homeostatic, surveilling functions in EV-treated monkeys. These effects correlated with reduced time to recovery, suggesting that reduced microglial reactivity enhanced recovery. Aim 2: To assess the effects of EVs on myelination. Because MSCs have regenerative effects, it was hypothesized that these MSC-derived EVs would improve neurorestoration. Using immunohistochemistry, qRT-PCR, Spectral Confocal Reflectance microscopy, and ELISA, we assessed myelination after cortical injury with and without EV treatment. EVs limited oligodendrocyte damage and increased densities of mature oligodendrocytes to enhance myelin maintenance. These effects correlated with improved recovery, suggesting the importance of myelination in recovery after cortical injury. Aim 3: To assess the neuroprotective role of EVs on infarct volumes. While it was hypothesized that EVs would reduce the densities of inflammatory cells (astrocytes, macrophages/microglia, T-cells), hemosiderin accumulation, and infarct volume, we found that EVs did not alter these endpoints. Collectively, our results suggest that EVs modulated microglia and oligodendrocytes to promote neurorestoration. Overall, these findings demonstrate the therapeutic potential of EVs for neurorestoration after cortical injury.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative caractérisée par la perte progressive et sélective des neurones dopaminergiques de la substance noire. Ces neurones émettent des projections axonales dans le striatum et forme la voie nigrostriée ; un circuit de neurones impliqué dans le contrôle de la motricité. La perte de ces neurones est responsable des troubles moteurs caractéristiques de la maladie. Bien qu'il existe des traitements symptomatiques permettant d'améliorer la qualité de vie des patients, aucun traitement ne permet d'arrêter l'évolution de la maladie. Freiner la dégénérescence de ces neurones aurait un impact médical, économique et de santé publique considérable compte tenu du vieillissement croissant de la population. Dans ce but, beaucoup d'études ont été menées sur des facteurs neurotrophiques [1], [2], en particulier le GDNF (glial cell-derived neurotrophic factor), afin de favoriser la survie des neurones et la croissance des axones. Plusieurs essais cliniques ont été conduits mais l efficacité thérapeutique de ces facteurs reste controversée [3], [4]. Trouver des molécules plus spécifiques des neurones dopaminergiques, impliquées dans leur développement, leur survie ou leur fonction, et qui pourraient éventuellement agir de façon complémentaire avec les facteurs neurotrophiques déjà identifiés offrirait des perspectives thérapeutiques nouvelles. Nous avons pensé que netrin-1 pouvait être un candidat intéressant. En effet, cette protéine de guidage axonal, par l'intermédiaire de son récepteur DCC (deleted in colorectal cancer), favorise la pousse et l'orientation des axones, la migration des neurones [5], [6] et participe à la formation et au maintien des synapses [7], [8], [9]. Ce couple ligand/récepteur joue un rôle majeur dans l'établissement et le maintien de connexions entre les neurones et participe notamment à la formation de la voie nigrostriée [10]. Si le rôle de netrin-1 au cours du développement est largement documenté, sa fonction dans le cerveau adulte est peu connue. De façon intéressante, Livesey and Hunt montrent que la substance noire est la région du cerveau adulte contenant le niveau le plus élevé de transcrits de netrin-1 [11]. Netrin-1 est également exprimée dans les zones du striatum où projettent les fibres dopaminergiques des neurones de la substance noire pars compacta, neurones qui, par ailleurs, expriment très fortement DCC [12]–[13]. Cette expression conjointe de netrine-1 et du récepteur DCC suggère un rôle dans le maintien, la survie voire la fonction des neurones dopaminergiques de la substance noire. Par ailleurs, certains polymorphismes du gène DCC sont associés à différents aspects de la maladie de Parkinson (susceptibilité de développer la maladie, l'âge d'apparition des symptômes, sévérité de la progression de la maladie) [14], [15]. Ces différentes observations indiquent que netrin-1 et DCC pourraient réguler le maintien ou la survie des neurones dopaminergiques et donc participer au développement et/ou à la progression de la maladie de Parkinson. De plus, les travaux du laboratoire ont montré que netrin-1 était une molécule de survie. En son absence, DCC est capable d'activer une signalisation sensibilisant la cellule et entraînant la mort de celle-ci [16], [17]. L'ajout de netrin-1 permet d'inhiber cette signalisation pro-apoptotique. En raison du rôle de netrin-1 sur la croissance des axones, le maintien des synapses et la survie cellulaire nous avons choisi d'étudier son effet sur la survie des neurones dopaminergiques de la substance noire dans des modèles in vivo. Pour cela, nous avons étudié l'effet de l'injection de netrin-1 sur la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire dans un modèle animal de référence de la maladie de Parkinson, le modèle de rat lésé à la 6 hydroxydopamine (6-OHDA) [etc…] / The secreted protein netrin-1 has diverse functions among which guidance and survival of neurons when bound to its dependence receptor DCC. In the absence of netrin-1, DCC is cleaved and actively triggers cell death in various contexts. DCC is highly present in a subset of mature neurons that typically degenerates in Parkinson’s disease, dopaminergic neurons of the substantia nigra. Besides, polymorphisms of DCC gene are associated with the disease. Thus, netrin-1 signalling might be implicated in Parkinson’s disease pathogenesis. Here we show, in various Parkinson’s disease models and samples from Parkinson’s disease patient brains, a reduction of netrin-1 levels associated with an increase of DCC cleavage and caspase activity. Specific deletion of netrin-1 in the substantia nigra induces DCC cleavage and leads to the loss of dopamine neurons and motor deficits in mice while intrastriatal injection of netrin-1 restores dopamine neurons and improves motor behaviour in rodent models of the disease. These results highlight the therapeutic potential of targeting netrin-1 signalling in Parkinson’s disease