Grâce à la production de nanoparticules lipidiques, les SELN (Synthetic Exosomes-Like Nanoparticles), mimant la composition des exosomes produits par les cellules tumorales pancréatiques humaines SOJ-6, nous avons démontré que les effets apoptotiques des exosomes naturels étaient dus aux lipides. En effet, nous avons montré que les SELN dont le rapport rafts/phospholipides est le plus élevé, interagissent avec les cellules SOJ-6 au niveau des rafts et perturbent la voie Notch. Cela conduit à la diminution de l'expression du facteur de survie Hes-1, qui est accentuée par la perte d'activité du complexe PTEN-GSK-3β. Ces dérégulations induisent l'apoptose dépendante de la mitochondrie des cellules SOJ-6, caractérisée par l'augmentation du ratio Bax/Bcl-2, l'activation de la caspase 9 et la dégradation de l'ADN. En revanche, les cellules MiaPaCa-2 résistent aux SELN, ce qui s'explique par leur caractère indifférencié. Ainsi la surexpression de marqueurs de cellules souches tels que l'ALDH et CXCR4 leur confèrent une grande résistance. Elles sont toutefois sensibles à la cyclopamine un inhibiteur de la voie Hedgehog, dont les effets sont atténués si les cellules MiaPaCa-2 sont préincubées avec les SELN, prouvant que ces cellules mettent en place des voies de survie leur permettant d'échapper à l'apoptose. Nos investigations ont montré que dans les cellules MiaPaCa-2, sous l'effet des SELN, l'activation de la voie canonique NF-кB permet d'induire la transcription du gène codant SDF-1α, seul ligand connu du récepteur CXCR4. Le facteur produit et sécrété active de manière auto et paracrine une voie de survie Akt-dépendante. / It has been previously reported that exosomes released by the human pancreatic tumoral cell line SOJ-6 could induce their own apoptosis. Thanks to the production of lipid nanoparticles, SELN (Synthetic Exosomes-Like Nanoparticles) mimicking the lipid composition of natural exosomes, we have shown that lipids were responsible for the observed effects. Indeed, we showed that SELN with the higher ratio rafts/phospholipids could interact with SOJ-6 cells at the level of the rafts to perturb the Notch pathway, preferentially localized in these lipid microdomains. This induces a decreased expression of the main target of this pathway, the survival factor Hes-1. This decrease is intensified by the activation of the complex PTEN-GSK-3β. These deregulations drive cells towards the mitochondria-dependent apoptosis as shown by the increase of the ratio Bax/Bcl-2, the caspase 9 activity and the DNA fragmentation. Whereas MiaPaCa-2 cells are resistant to SELN, which is explained by their stem-like cell phenotype, contrarily to the well-differentiated SOJ-6 cell line. Although the over-expression of some stem cell markers, such as ALDH and CXCR4 is responsible for their resistance, they remain sensitive to the cyclopamine, a Hedgehog inhibitor. We found out that MiaPaCa-2 cells pre-incubation with SELN could protect them from the inhibitory effect of the cyclopamine, meaning that upon SELN incubation, a survival pathway is triggered in MiaPaCa-2 cells. So we showed that, upon SELN incubation, the canonical NF-кB pathway is activated in MiaPaCa-2 cells to promote SDF-1α expression. Once released, SDF-1α interacts with its receptor CXCR4 to activate an Akt-dependent survival pathway.

Le glioblastome (GBM) est la forme de cancer du cerveau la plus courante et la plus meurtrière. Sa nature diffusive entraine une impossibilité d’élimination complète par chirurgie. Une récidive de la tumeur chez ≥ 90% des patients peut être provoqué par des cellules GBM résiduelles se trouvant près du bord de la cavité de résection. Un implant pouvant libérer de manière durable la protéine SDF-1α, qui se lie aux récepteur CXCR4 à la surface des cellules GBM, peut être utile pour induire le recrutement des cellules GBM résiduelles, permettre leur élimination sélective et finalement réduire la récurrence de la tumeur. Dans ce travail, le SDF-1α a été initialement encapsulé dans des nanoparticules à base d'acide poly-lactique-co-glycolique (PLGA). Une efficacité d'encapsulation élevée (76%) a pu être obtenue en utilisant un processus simple de séparation de phase. Les nanoparticules chargées de SDF-1α ont ensuite été incorporées dans un scaffold à base de chitosan par électrofilage pour obtenir des implants nanofibreux imitant la structure de la matrice extracellulaire du cerveau. Une étude de libération in vitro a révélé que l'implant pouvait fournir une libération prolongée de SDF-1α jusqu'à 35 jours, utile pour établir un gradient de concentration de SDF-1α dans le cerveau et induire une attraction des cellules GBM. Une étude de biocompatibilité in vivo à 7 jours a révélé des signes d'inflammation locale sans aucun signe visible de détérioration clinique chez les sujets animaux. Une étude à 100 jours visant à confirmer l'innocuité in vivo des implants avant de passer aux études d'efficacité dans un modèle de résection GBM approprié est actuellement en cours. / Glioblastoma (GBM) is the most common and lethal form of brain cancer. The diffusive nature of GBM means the neoplastic tissue can not be removed completely by surgery. Often, residual GBM cells can be found close to the border of the resection cavity and these cells can multiply to cause tumor recurrence in ≥90% of GBM patients. An implant that can sustainably release chemoattractant molecules called stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α), which bind selectively to CXCR4 receptors on the surface of GBM cells, may be useful for inducing chemotaxis and recruitment of the residual GBM cells. This may then give access to selective killing of the cells and ultimately reduce tumor recurrence. In this work, SDF-1α was initially encapsulated into poly-lactic-coglycolicacid (PLGA)-based nanoparticles. A high encapsulation efficiency (76%) could be achieved using a simple phase separation process. The SDF-1α-loaded nanoparticles were then incorporated into a chitosan-based scaffold by electrospinning to obtain nanofibrous implants that mimic the brain extracellular matrix structure. In vitro release study revealed that the implant could provide sustainedSDF-1α release for 5 weeks. The gradual SDF-1αrelease will be useful for establishing SDF-1α concentration gradients in the brain, which is critical for the chemotaxis of GBM cells. A 7-day in vivo biocompatibility study revealed evidence of inflammation at the implantation site without any visible signs of clinical deterioration in the animal subjects. A long-term study (100 days) aiming to confirm the in vivo safety of the implants before proceeding to efficacy studies in a suitable GBM resection model is currently underway.

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat. / Cancer treatment using ionizing radiation (IR) may lead to significant side effects, like delayed tissue repair and regeneration. The mechanisms mediating these defects remain largely unknown at present, thus limiting the development of therapeutic approaches. Using a wound healing model, we investigate the mechanisms by which IR exposure limits skin regeneration. Our results show that induction of the stromal-derived growth factor 1α (SDF-1α), a cytokine normally overexpressed in hypoxic tissues, is severely impaired in the wounded skin of irradiated, compared to non-irradiated, mice. This defect is correlated with delayed healing, and is evident for several months following exposure to IR, suggesting permanent impairment of skin repair. Because SDF-1α is secreted mainly by dermal fibroblasts, we evaluated the potential of multipotent stromal cells (MSCs), which secrete high levels of SDF-1α, to improve skin regeneration in irradiated mice. Injection of MSCs into the wound margin led to remarkable enhancement of skin healing in mice exposed to IR. The MSC actions were mainly paracrine, as the cells did not migrate away from the injection site or differentiate into keratinocytes. Specific knockdown of SDF-1α expression led to drastically reduced efficiency of MSCs in improving wound closure, indicating that SDF-1α secretion by MSCs is largely responsible for their beneficial action. We also found that one mechanism by which SDF-1α enhances wound closure likely involves increased skin vascularization. Findings presented in this thesis collectively indicate that SDF-1α is an important deregulated cytokine in irradiated wounded skin, and that the decline in tissue regeneration potential following IR can be reversed, given adequate microenvironmental support.

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat. / Cancer treatment using ionizing radiation (IR) may lead to significant side effects, like delayed tissue repair and regeneration. The mechanisms mediating these defects remain largely unknown at present, thus limiting the development of therapeutic approaches. Using a wound healing model, we investigate the mechanisms by which IR exposure limits skin regeneration. Our results show that induction of the stromal-derived growth factor 1α (SDF-1α), a cytokine normally overexpressed in hypoxic tissues, is severely impaired in the wounded skin of irradiated, compared to non-irradiated, mice. This defect is correlated with delayed healing, and is evident for several months following exposure to IR, suggesting permanent impairment of skin repair. Because SDF-1α is secreted mainly by dermal fibroblasts, we evaluated the potential of multipotent stromal cells (MSCs), which secrete high levels of SDF-1α, to improve skin regeneration in irradiated mice. Injection of MSCs into the wound margin led to remarkable enhancement of skin healing in mice exposed to IR. The MSC actions were mainly paracrine, as the cells did not migrate away from the injection site or differentiate into keratinocytes. Specific knockdown of SDF-1α expression led to drastically reduced efficiency of MSCs in improving wound closure, indicating that SDF-1α secretion by MSCs is largely responsible for their beneficial action. We also found that one mechanism by which SDF-1α enhances wound closure likely involves increased skin vascularization. Findings presented in this thesis collectively indicate that SDF-1α is an important deregulated cytokine in irradiated wounded skin, and that the decline in tissue regeneration potential following IR can be reversed, given adequate microenvironmental support.

La transplantation allogénique de cellules souches hématopoïétiques (ASCT) est couramment utilisée pour traiter différents cancers hématologiques. Malheureusement, l’effet bénéfique de cette technique est limité par la réaction du greffon contre l’hôte (GVHD) qui demeure la cause principale de mortalité post-greffe. La GVHD endommage différents organes et retarde la reconstitution immunitaire des lymphocytes T (LT) ce qui augmente les risques d’infection et de rechute. Le développement de nouveaux traitements permettant d’accélérer la reconstitution immunitaire augmenterait donc les chances de survie des patients greffés. Il existe deux façons de régénérer des LT: via la thymopoïèse qui consiste à produire de nouveaux LT, ou par la prolifération homéostatique (PH) qui implique l’expansion rapide des LT matures retrouvés dans le greffon. La PH requiert deux signaux essentiels: l’interleukine-7 (IL-7) et la présentation d’antigènes du soi par les cellules dendritiques (DC) via le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) I pour les LT CD8+ et le CMH II pour les LT CD4+. Dans un contexte d’ASCT, la chimiothérapie et la GVHD endommagent le thymus rendant la thymopoïèse inefficace. Par conséquent, la reconstitution immunitaire repose presque entièrement sur la PH des LT. L’objectif de cette thèse était de comprendre comment la GVHD affecte la reconstitution des LT. Grâce à un modèle murin, nous avons démontré que la PH des LT CD4+ est absente durant la GVHD et ce, dû à de faibles niveaux d’IL-7 et une diminution du nombre de DC. La perte des DC est en grande partie causée par des niveaux réduits de stromal derived factor-1α (SDF-1α) et par l’absence de progéniteurs de DC dans la moelle osseuse des souris en GVHD. Le traitement des souris en GVHD avec du SDF-1α permet d’augmenter le nombre de DC, et lorsqu’administré avec l’IL-7, améliore significativement la PH des LT CD4+. Contrairement aux LT CD4+, l’administration d’IL-7 seule est suffisante pour restaurer la PH des LT CD8+ durant la GVHD et ce, même en absence des DC. Ces différences s’expliquent pour deux raisons : 1) l’expression du CMH I, contrairement au CMH II, n’est pas limitée aux DC mais est également exprimée par les cellules stromales du receveur ce qui est suffisant pour induire la PH des LT CD8+ et 2) les LT CD8+ répondent à des concentrations plus faibles d’IL-7 systémique comparativement aux LT CD4+. En conclusion, l’ensemble de ces résultats permettra de mettre en place des études translationnelles sur le potentiel thérapeutique du SDF-1α et de l’IL-7 dans la reconstitution immunitaire des patients greffés. / Hematological cancers are currently treated with allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (ASCT). Unfortunately, graft-versus-host disease (GVHD) greatly limits the health benefits of this procedure, as it is the main cause of mortality post-ASCT. GVHD damages various organs and delays the immune reconstitution of T lymphocytes (TL), which increases the risk of infections and relapse. Thus, developing new treatments modulating the immune reconstitution following ASCT would greatly enhance survival of the transplanted patients. TL can be regenerated by two ways: de novo production of TL by thymopoiesis; or homeostatic proliferation (HP), which consists of rapidly expanding mature TL already present in the graft. HP requires two crucial signals: interleukin-7 (IL-7) and self-antigen presentation by dendritic cells (DC) via the major histocompatibility complex (MHC) I for CD8+ TL and MHC II for CD4+ TL. During ASCT however, chemotherapy and GVHD induce damage to the thymus making thymopoiesis inefficient, and thus immune reconstitution relies almost entirely on HP of TL. The objective of this thesis was to understand how GVHD affects TL reconstitution. Using a mouse model, we demonstrate that CD4+ TL fail to undergo HP when transferred in GVHD hosts due to low levels of IL-7 and reduced numbers of DCs. Moreover, the loss of DCs is mostly caused by reduced levels of Stromal Derived Factor-1 alpha (SDF-1α) and the absence of DC progenitors in the bone marrow of mice suffering from GVHD. Treating GVHD hosts with SDF-1α resulted in increased DC counts and, when administered in combination with IL-7, significantly improved HP of CD4+ TL. Unlike CD4+ TL, administration of IL-7 alone was sufficient to restore HP of CD8+ TL in GVHD mice and this, regardless of the presence of DCs. These differences could be explained by two reasons: 1) MHC I expression is not limited to DCs but is expressed by stromal cells from the recipient, which is sufficient to promote HP in CD8+ TL and 2) CD8+ TL respond to lower doses of systemic IL-7 in comparison to CD4+ TL. In conclusion, these results can lead to future translational studies on the therapeutic potential of SDF-1α and IL-7 in the immune reconstitution of grafted patients.