La présence croissante de nanoparticules (NPs) dans les produits de la vie quotidienne (alimentation, médicaments, cosmétiques, textiles…) soulève de sérieuses inquiétudes quant à leurs potentiels effets nocifs pour la santé humaine. Les NPs de dioxyde de titane (TiO2) sont produites à l’échelle industrielle et peuvent déjà être trouvées dans plusieurs produits commerciaux tels que les peintures, les cosmétiques ou dans les systèmes de décontamination de l’eau ou de l’air. Dans le passé, les NPs de TiO2 étaient considérées comme inertes, mais, très récemment, l'Agence Internationale pour la Recherche sur le Cancer les a classées comme possiblement cancérogènes (groupe 2B) pour l’homme. De nombreuses études in vitro et in vivo ont démontré la potentielle neuro-toxicité des NPs de TiO2, mais très peu d'études se sont concentrées plus spécifiquement sur la barrière hémato-encéphalique (BHE), protégeant le cerveau. Aujourd'hui, en dépit des avancées constatées, la bio-cinétique et la bio-accumulation des NPs de TiO2 ainsi que les conséquences sur la physiologie de la barrière hémato-encéphalique (BHE) in vivo restent très peu documentées. De plus, dans l’évaluation du risque lié à l’exposition aux NPs, des facteurs de risque tel que l’âge ont jusqu’ici été quasiment ignorés. Dans ce contexte, l’objectif de ce projet est donc d’évaluer chez le rat adulte et âgé, l’impact d’une exposition aux NPs de TiO2 sur les fonctions de la BHE et sur le métabolisme cérébral. Nos résultats ont montré que les NPs de TiO2 s’accumulent dans certains organes et tissus (principalement dans les poumons, la rate et le foie) et ne sont pas distribuées au système nerveux central (SNC) que ce soit après injection intra-veineuse (IV) ou après une inhalation subaiguë à un nano-aérosol de TiO2. Après administration IV, une interaction directe entre NPs et les cellules endothéliales microvasculaires conduit à des altérations fonctionnelles au niveau de la BHE. Malgré l'absence de translocation vers le SNC, la bio-persistance du titane dans les organes périphériques semble être la cause de modulations de perméabilité de la BHE et d’une inflammation cérébrale. L'implication de médiateurs circulants faisant le lien entre la bio-persitance de titane dans les organes périphériques et les modulations observées au niveau cérébral a été démontré en utilisant un modèle in vitro de BHE. Une réponse exacerbée en termes de neuro-inflammation et de modulation de perméabilité de la BHE établit la vulnérabilité du cerveau âgé à la toxicité des NPs inhalées. Ces résultats ont démontré que malgré l'absence de translocation cérébrale, l'exposition aux NPs de TiO2 induit des altérations fonctionnelles de la BHE et une neuro-inflammation qui pourraient conduire à des troubles neurologiques. L’identification des médiateurs et la description des effets neurotoxiques restent encore à préciser. / The overwhelming presence of nanoparticles (NPs) in products including foods, medications, cosmetics, or textiles raises serious concerns about their potential harmful effects on human health. In the wide diversity of NPs, titanium dioxide (TiO2) NPs are among those produced on a large industrial scale and can already be found in several commercial products such as paints, cosmetics or in environmental decontamination systems. In the past, TiO2 NPs was considered inert, but, very recently, the International Agency for Research in Cancer (IARC) has classified TiO2 as possibly carcinogenic (group 2B) to human beings. Numerous in vitro and in vivo studies have shown the potential neuro-toxicity of TiO2 NPs, but very few studies focus on the central nervous system (CNS), Nowadays, notwithstanding the reported advances, the biokinetic and bioaccumulation ofTiO2 NPs and the consequences on the physiology of the blood-brain barrier (BBB) in vivo are unknown. In addition, NPs effect on susceptible population such as the elderly have been mostly ignored. In this context, the target of the present studies is to evaluate the in vivo impact of exposure to NPs on the BBB physiology and brain inflammation which could promote neurotoxicity in young adults and aging. Our results have shown that TiO2 NPs bioaccumulate in organs and tissues (lungs, spleen and liver especially) and don’t translocate to the brain either after IV or subacute inhalation exposure. In IV administration case, the direct interaction between NPs and brain endothelial cells induces BBB functional alterations. Despite the lack of CNS translocation, the biopersistence of titanium in peripheral organs may be indirectly the cause of BBB permeability alteration and brain inflammation. The involvement of circulating mediators linking titanium biopersitence in peripheral organs and brain impact has been demonstrated using an in vitro BBB model. An exacerbated response in term of neuro-inflammation and BBB permeability modulation has established the vulnerability of the aging brain to inhaled NPs toxicity. Taken together, our findings demonstrated that despite lack of brain translocation, exposure to TiO2 NPs induce BBB physiology alteration and neuro-inflammation that may lead to CNS disorders. Thereafter, identification of mediators and description of the neurotoxic effects may complete the assessment of the impact of TiO2 NPs exposure on the brain.

La Barrière Hémato-Encéphalique (BHE) représente aujourd’hui un obstacle majeur pour le développement de nouveaux traitements des pathologies cérébrales puisqu’elle empêche le passage de la majorité des agents thérapeutiques vers le cerveau. Afin de contourner cet obstacle, une technique proposée dans les années 2000 a montré son potentiel pour perméabiliser la BHE de façon non-invasive, locale et transitoire grâce à l’utilisation conjointe de microbulles circulantes et d’ultrasons focalisés, permettant une augmentation significative de la quantité de molécules délivrée aux tissus cérébraux. Ce protocole peut néanmoins présenter des risques (œdèmes, micro-hémorragies) qu’il est possible de maîtriser grâce à un bon contrôle du faisceau acoustique. A ce titre, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) représente un outil de choix permettant à la fois de planifier la procédure, puis de la suivre et enfin d’étudier ses effets grâce à l’utilisation d’agents de contraste et de séquences d’imagerie quantitative (relaxométrie T1 / T2). Durant cette thèse, nous avons développé de nouveaux outils permettant l’étude de la perméabilisation de la BHE chez le rongeur. Dans un premier temps, nous avons développé et validé un système motorisé compatible IRM, permettant de déplacer le transducteur ultrasonore à l’intérieur d’un scanner préclinique à 7T, avec un rétro-contrôle en temps réel du faisceau ultrasonore sur la base des images IRM de la force de radiation acoustique (MR-ARFI). Nous avons montré que ce dispositif permettait de réaliser l’ensemble du protocole de perméabilisation de BHE guidé par IRM en choisissant la structure anatomique à traiter de façon reproductible. Nous avons également montré qu’il pouvait être utilisé pour délivrer des molécules sur des régions étendues du cerveau selon des trajectoires arbitrairement programmées. Dans une seconde partie de cette thèse, nous avons réalisé plusieurs études en vue d’étudier l’innocuité de la technique. Nous avons mis en évidence l’influence de certains paramètres acoustiques sur l’efficacité du protocole (pression acoustique, temps de cycle), puis nous avons réalisé une étude histologique des dommages engendrés par une perméabilisation chez des animaux sains pour plusieurs pressions acoustiques, entre 0 et 14 jours post-ultrasons. Enfin, dans une troisième partie, nous avons étudié la diffusion de différents agents de contraste paramagnétiques dans les tissus cérébraux suivant une perméabilisation focale de la BHE. Nous avons montré que cette technique permettait d’obtenir des mesures précises de la tortuosité des tissus cérébraux de façon non-invasive et que cette tortuosité n’était pas modifiée par les ultrasons, contrairement à ce qui est observé suite à une injection intracérébrale. / By preventing most of the molecules from penetrating the brain in sufficient quantitiy, the Blood Brain Barrier represents a major obstacle for the development of new therapeutic drugs for brain diseases. A new technique introduced in the early 2000’s combining focused ultrasound and circulating microbubbles has however shown promising results, allowing to induce a local and transient permeabilization of the BBB in a non-invasive manner, thus significantly improving the amount of drugs delivered to the Central Nervous System (CNS). However, this protocol may present some risks (oedema, small hemorrages) which can be avoided by a good control of the acoustic beam properties. To do so, Magnetic Resonance Imaging (MRI) represents a very useful tool since it allows planning, monitoring and following the permeabilization effects by using MRI contrast agents and quantitative imaging sequences (T1/T2 relaxometry). During this PhD, we worked on developing new tools for the study of ultrasound induced BBB permeabilization in rodents. The first part of this work consisted in developing a MR compatible motorized device, allowing the displacment of the ultrasound transducer within a 7T preclinic MRI scanner, with a realtime feedback on the acoustic beam position thanks to MR Acoustic Radiation Force Imaging (MR-ARFI). We have shown that this system allowed performing a full BBB permeabilization protocol under MR-guidance, with an accurate and reproducible choice of the targeted anatomical structure. This system was also used to deliver drugs along arbitrary trajectories over extended regions of the brain. Another part of the work was dedicated to study and improve the safety of the procedure. The influence of different acoustic parameters (acoustic pressure, duty cycle) on the permeabilization efficacy was studied, as well as histologic investigations of short and mid-term effects of BBB permeabilization for different acoustic pressures on healthy rats. Finally, we investigated the diffusion process of contrast agents within the brain tissues following BBB permeabilization. We have shown that this technique allowed accurate measurements of brain tissues tortuosity in a non-invasive way, and found that the tortuosity was not modified by the ultrasound application.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le gabapentin est une molécule lipophile dérivée de l'acide y-aminobutyrique (GABA). Ce médicament traverse la barrière hémato-encéphalique, se lie à la sous-unité α2β des canaux calciques voltage-dépendents de type Let réduit l'influx de Ca2+ dans les neurones de rat. Le gabapentin diminue la libération de la sérotonine dans le système nerveux central. Par contre, il n'affecte pas directement les récepteurs sérotoninergiques et ne modifie pas la recapture du neurotransmetteur. Des études animales et cliniques ont démontré que le gabapentin possède des propriétés anticonvulsivantes, anxiolytiques et analgésiques. Si l'activité anticonvulsivante du gabapentin peut être, du moins, en partie, expliquée par son effet inhibiteur sur les canaux calciques de type L, son mécanisme d'action anxiolytique est encore inconnu. A l'encontre des benzodiazépines qui influencent la neurotransmission GABAergique, le gabapentin n'affecte pas directement les cibles moléculaires de cette neurotransmission. L'implication de la neurotransmission sérotoninergique dans l'anxiété est supportée par l'efficacité thérapeutique des agonistes 5-HTIA et des inhibiteurs spécifiques de la recapture sérotoninergique, ainsi que par les propriétés anxiogéniques des agonistes 5-HTrn. Considérant ces observations, nous avons émis l'hypothèse que le gabapentin, en diminuant la libération de la sérotonine centrale, induirait des modifications de la densité des récepteurs 5-HT 1A et 5-HT rn, sans affecter pour autant les transporteurs. Pour évaluer cette hypothèse, nous avons étudié les effets de l'administration chronique du gabapentin sur la radio liaison de ligands spécifiques aux récepteurs 5-HT1A, aux récepteurs 5-HTrn et aux transporteurs sérotoninergiques du rat. Le gabapentin fut administré i.p. pendant 21 jours à 30 mg/kg et à 100 g/kg et comparé au salin. Les études topologiques ont été effectuées par autoradiographie quantitative en utilisant le [3H]citalopram pour la radioliaison aux transporteurs sérotoninergiques, le [3H]8-0HDPAT pour marquer les récepteurs 5-HTIA et le [3H]GR 125743 pour la radioliaison aux récepteurs 5-HTrn. La densité des récepteurs et des sites de recapture de la sérotonine a été évaluée par un analyseur d'images informatisé (MCID™) qui permet une haute résolution dans la quantification des densités optiques de films autoradiographiques. Les régions cérébrales analysées ont été les suivantes : le cortex ( cingulaire, frontal, parietal, enthorinal), le septum (latérodorsal et latérointermédiaire), les noyaux raphé (dorsal et médian), l'hippocampe (CAl,2,3 et DG), la substance noire, le globus pallidus, le noyau accumbens et caudéputamen (rostral et caudal). Nous avons trouvé que le traitement au gabapentin diminue la radioliaison du 8-0HDPAT tritié aux récepteurs 5-HT1A de l'hippocampe (le CAl et DG), du cortex frontal et du septum et réduit aussi la radioliaison du GR 125743 tritié aux 5-HTrn du DG hippocampique. Par contre, ce traitement n'affecte pas la radioliaison aux sites de recapture de la sérotonine. Une interprétation possible de nos résultats est que le gabapentin affecte les récepteurs sérotoninergiques de façon indirecte. En diminuant l'influx calcique dans les canaux calciques centraux, au niveau du cortex frontal, de l'hippocampe (CAl et DG) et du septum, le gabapentin pourrait entraîner une réduction de la libération de la 5-HT. La diminution de ce neurotransmetteur induirait alors une régulation à la baisse des autorécepteurs 5-HTrn dans le DG. Par ailleurs, la diminution de l'entrée du calcium provoquée par le gabapentin pourrait induire une baisse d'affinité des récepteurs 5-HT1A postsynaptiques pour leur ligand spécifique.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une barrière physique qui sépare le sang du parenchyme cérébral. Dues à ses propriétés, la BHE est très sélective et peu perméable. Les cellules qui la composent sont dotées de différents mécanismes de transport adaptés au besoin du système nerveux central (SNC). Jusqu'à présent, l'état de la BHE dans la pathologie Alzheimer a été peu étudié, mais certains indices supposent qu'elle puisse réguler le transport de molécules pathologiques dont le peptide β-amyloïde (Aβ). Nos premiers résultats concernant l'étude de la perméabilité de la BHE suggèrent une diminution du volume vasculaire cérébrale (VvaSc) chez le modèle de souris triple transgéniques (3xTgAD). Notre seconde étude démontre que les protéines ATP-binding cassettes (ABC) pourraient jouer un rôle dans l'efflux du peptide Aβ lors de la maladie d'Alzheimer (MA). Finalement, notre dernière étude suggère que les anticorps monoclonaux (mAb) pourraient servir de vecteurs à la libération de médicament au niveau cérébral

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Une étude de validité de trait liée au construit de situation de handicap a été effectuée. Cette étude s'inscrit dans la poursuite des études métrologiques d'un instrument de mesure, le Profil des AVO. Cet instrument comprend deux modes d'évaluation : une mise en situation et un questionnaire. La présente étude porte sur le questionnaire. Pour réaliser cette étude, les résultats du Profil des AVO ont été comparés à ceux de l'Handicapomètre. Les données ont été recueillies auprès de 20 patients présentant un traumatisme cranio-encéphalique modéré et sévère suivis dans un centre hospitalier de courte durée et dans un centre de réadaptation de la région de Montréal. Quatre évaluateurs entraînés aux instruments ont participé à la collecte des données à l'aide de questionnaires administrés sous forme d'entrevues semi-structurées. Les coefficients tau b (tb) et tau c (tc) de Kendall ont été utilisés comme tests statistiques pour comparer les réponses aux items des deux instruments de mesure. Trois scénarios ont été envisagés pour comparer les échelles de mesure. Les résultats de l'étude indiquent qu'une association (pauvre - faible - acceptable - modérée - très bonne), ainsi qu'un patron de pourcentages d'accord différents existent pour certaines tâches entre le Profil des AVO - Questionnaire et l'Handicapomètre selon les trois scénarios envisagés, quel que soit l'environnement (soins personnels - domiciliaire - communautaire). Ces différences pourraient être attribuées aux facteurs liés au construit de situation de handicap, qui est multidimensionnel et difficile à mesurer, ainsi qu'à la méthodologie utilisée pour cette étude. Cette étude a permis de mieux comprendre le construit de situation de handicap chez la personne traumatisée cranio-encéphalique à travers les difficultés à réaliser ses habitudes de vie en interaction avec l'environnement dans lequel elle vit. Elle procure aussi une indication de la validité de trait du Profil des AVO. Malgré les résultats fluctuants concernant les mesures d'association et les pourcentages d'accord entre le Profil des AVO et l'Handicapomètre, cette étude demande à être poursuivie compte tenu de la complexité du construit de situation de handicap et sa nouveauté dans les milieux de réadaptation.

L'accident vasculaire cérébral (AVC) déclenche une perturbation de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et entrave la récupération des tissus en altérant le microenvironnement cérébral local. L'administration de l'activateur tissulaire du plasminogène (rtPA) dans une fenêtre thérapeutique étroite de 4,5 heures après l'AVC demeure le seul traitement existant. Au-delà de cette fenêtre, le tPA aggrave la perturbation de la BHE et provoque des transformations hémorragiques. La voie canonique Wnt est connue comme induisant la formation et la maturation de la BHE pendant l'ontogenèse. Nous émettons l'hypothèse que la voie est nécessaire pour maintenir l'intégrité de la BHE après un AVC et que son activation pourrait constituer une approche prometteuse pour améliorer le traitement par rtPA. Ainsi, nous avons d'abord évalué l'activité de la voie dans le cerveau de souris soumises à un modèle d’AVC. Ensuite, nous avons évalué l’effet de la désactivation de la voie sur l’intégrité de la BHE ainsi que son activation dans un contexte d'administration retardée de rtPA. Nos résultats montrent que l'activité de la voie est induite spécifiquement dans les cellules endothéliales cérébrales après un AVC ischémique. La désactivation de la voie par un inhibiteur aggrave la dégradation de la BHE et augmente l'incidence des transformations hémorragiques spontanées sans affecter l’infarct. En revanche, l'activation de la voie par un activateur spécifique, la 6-bromoindirubine-3'-oxime (6-BIO), atténue la dégradation de la BHE et réduit l'incidence des transformations hémorragiques associées à l'administration retardée du rtPA en induisant l’expression d’une protéine des jonctions serrées (claudine 3) et atténue la perméabilité basale endothéliale en réprimant l'expression de PLVAP, sans affecter l'infarctus, la vascularisation ou l'inflammation du cerveau. Notre étude démontre que l'activation de la voie canonique Wnt constitue une stratégie cliniquement pertinente pour étendre la fenêtre thérapeutique du rtPA en atténuant la dégradation de la BHE via la régulation des mécanismes spécifiques à la BHE. / Stroke triggers blood-brain barrier (BBB) disruption and hampers tissue recovery by impairing the local brain microenvironment. Administration of recombinant tissue plasminogen activator (rtPA) within a therapeutic window of 4.5 hours after onset constitutes the only existing treatment. Beyond this window, tPA worsens BBB disruption and causes haemorrhagic transformation. Canonical Wnt pathway induces BBB formation during ontogeny. We hypothesize here that pathway activity is required to maintain BBB integrity after stroke and that its activation might constitute a promising approach to improve rtPA therapy via protection of the BBB. Therefore, we have first assessed pathway activity in the brain of mice subjected to transient middle cerebral artery occlusion (MCAo). Next, we have evaluated the effect of pathway deactivation early after stroke on BBB integrity Finally, we have assessed the potential of pathway activation on BBB breakdown associated to the delayed administration of rtPA. Our results show that pathway activity is induced specifically in brain endothelial cells early after ischemic stroke. Early deactivation of the pathway using a potent inhibitor, XAV939, aggravates BBB breakdown, and increases the incidence of spontaneous haemorrhagic transformation, without affecting brain infarct. On the other hand, pathway activation using a potent specific activator, 6-Bromoindirubin-3’-oxime (6-BIO), attenuates BBB breakdown, and reduces the incidence of haemorrhagic transformation associated to delayed rtPA administration by inducing expression of the tight junction claudin-3, and attenuates endothelial basal permeability by repressing the expression of PLVAP, without affecting brain infarct, vascularization and inflammation. Our study demonstrates that activation of the canonical Wnt pathway constitutes a clinically relevant strategy to extend the therapeutic window of rtPA by attenuating BBB breakdown via regulation of BBB-specific mechanisms

Dans mes travaux de thèse, je me suis intéressé à la fonction de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et son impact dans le développement de médicaments à visée du système nerveux central (SNC). Cependant, plusieurs obstacles limitant le processus de développement de nouveaux médicaments ont été identifiés. Parmi eux, une faible biodisponibilité cérébrale est reconnue pour être un facteur limitant majeur. Malgré ce constat, la biodisponibilité et la pharmacodynamie cérébrales sont souvent inconnues ou globalement négligées durant le processus de développement des médicaments. Actuellement, 3 méthodes permettent d'explorer la pharmacocinétique cérébrale in vivo, à savoir l'analyse du liquide céphalorachidien, la tomographie par émission de positron et la microdialyse cérébrale. Chaque approche présente certaines contraintes, la première fournit des informations restreintes, la seconde est coûteuse et limitée à une utilisation principalement académique, la troisième est souvent réalisée sur des modèles rongeurs rendant la transposabilité des données à l’homme complexe. Le projet de recherche réalisé s’est articulé autour de cette problématique et a suivi deux axes de développement. Le premier s’est orienté sur l’étude du passage dans le contexte particulier de la maladie de Parkinson. Le second aborde le manque de modèles pertinents utilisables lors du développement d’un nouveau médicament et présente une solution possible, la microdialyse intracérébrale sur macaque vigile. Les études en lien avec la maladie de Parkinson ont mis en évidence que premièrement, les statines sont inefficace dans le traitement des dyskinésies lévodopa induites chez les patients parkinsoniens. Cet échec peut être en partie explicable par une biodisponibilité cérébrale insuffisante du principe actif. Deuxièmement, la fonction de BHE est modifiée sur le modèle de référence de la maladie de Parkinson, le macaque traité au 1-méthyle 4-phényl 1,2,3,6-tétrahydro pyridine (MPTP). Le travail réalisé selon le second axe démontre la faisabilité de l’échantillonnage du liquide extracellulaire cérébral sur macaque vigile par microdialyse. / While working on my thesis, I focused on the function of the blood-brain barrier (BBB) and its impact in drug development to target the central nervous system (CNS). However, several obstacles that slow down the process of developing new successful drugs have been identified. Among several factors, the poor brain bioavailability is acknowledged as a primary limiting factor. Despite this statement, both brain bioavailability and brain pharmacodynamic are either unknown or globally overlooked during the drug development process. Currently, 3 methods allow exploring in vivo brain pharmacokinetic: cerebral spinal fluid sampling analysis, Positron Emission Tomography imaging and brain microdialysis. Each approach has its own constraints, the first provides restricted information, the second is expensive and limited to a mainly academic use, and the third is often carried out on rodent models making the transferability of data in complex man. The research project is focused on this issue and followed two paths of development. The first is focused on the study of the crossing in the particular context of Parkinson's disease. The second addresses the lack of appropriate model used in the development of a new drug and presents a possible solution, intracerebral microdialysis in awake macaque. Studies linked with Parkinson's disease show that statins has proved ineffective in the treatment of levodopa-induced dyskinesia in parkinsonian patients. This failure can be explained in part by insufficient brain bioavailability of the active compound. Secondly, in macaques treated with 1-methyl 4-phenyl 1,2,3,6-tetrahydro pyridine (MPTP), the gold standard model of Parkinson's disease, the BBB is modified. The work done along the second axis shows the feasibility of sampling brain extracellular fluid by microdialysis in awake macaque.

L’injection intraveineuse de l’activateur tissulaire du plasminogène (tPA) est le seul traitement aigu de l’ischémie cérébrale autorisé chez l’Homme. Cependant, la thrombolyse présente des limites d’utilisation, comme son étroite fenêtre thérapeutique, un risque hémorragique et une efficacité de recanalisation malgré tout relativement peu élevée. De plus, la littérature suggère fortement que non seulement le tPA endogène, mais aussi exogène (capable de traverser la barrière hémato-encéphalique), a des effets pro-excitotoxiques. Nous avons proposé que cet effet résulte du clivage de la sous unité NR1 du récepteur NMDA. Malgré un effort important de la communauté scientifique pour chercher de nouveaux traitements, tous les espoirs se sont avérés être des échecs. Sur ces bases, ces travaux de thèse ont consisté à : 1) Améliorer les approches précliniques en développant un nouveau modèle d’ischémie cérébrale chez la souris et en incluant dans les études un des principaux facteur de risque des AVC, le vieillissement ; 2) Développer une stratégie d’immunothérapie visant l’interaction tPA/ récepteur NMDA. J’ai ainsi montré qu’il existe une diminution du volume de lésion ischémique corrélée à l’âge et que cette diminution de tPA est due à une diminution d’expression du facteur de transcription D-Site Albumin Binding Protein (DBP). J’ai également développé un modèle innovant d’ischémie thrombo-embolique chez la souris, dans lequel la reperfusion par le tPA est bénéfique, si tant est qu’elle soit réalisée de manière précoce. Sur ce modèle, j’ai apporté par une stratégie d’immunisation active la preuve in vivo du clivage du domaine amino-terminal de la sous-unité NR1 des récepteurs NMDA. Enfin, j’ai produit un anticorps médicament, capable d’empêcher l’interaction du tPA avec la sous-unité NR1 des récepteurs NMDA, dont une injection unique permet de réduire les lésions ischémiques, mais aussi d’augmenter la fenêtre thérapeutique de la thrombolyse, conférant alors une récupération fonctionnelle à long terme. Cette stratégie pourrait donc accroître la proportion de patients traitables après un AVC ischémique aiguë / Reperfusion with tissue plasminogen activator (tPA) is the only approved treatment for ischemic stroke. However, thrombolysis has some limitations, including a narrow therapeutic window, an elevated risk of hemorrhage transformation and a low level of effective recanalization. Moreover, there is a growing body of evidence that both endogenous and exogenous tPA (able to cross the blood-brain barrier) could mediated pro-excitotoxic effects. We have proposed that this noxious effect results from the cleavage of the NR1 subunit of the NMDA receptor. My thesis work consisted in: 1) Improving pre-clinic approaches by developing a new model of thrombo-embolic ischemia in mice and by taking into account a major risk factor for stroke, aging; 2) Developing a strategy of immunotherapy targeting the interaction between tPA and NMDA receptor. I have thus shown that ischemic lesions decrease as a function of age, due to reduced levels of tPA. Moreover, I have identified DBP (D-site albumin Binding Protein), as being the transcription factor responsible for the control of tPA levels as a function of age. I have also developed a new model of thrombo-embolic ischemia in mice, in which tPA-induced thrombolysis is beneficial, provided it is performed soon enough. In this model, I have demonstrated by using a strategy of active immunization the in vivo occurrence of the cleavage of the NMDA receptor NR1 subunit by tPA. Finally, I have produced an antibody able to prevent the interaction between tPA and the NMDA receptor subunit, of which a single injection confers long lasting brain protection and neurological recovery and can also increase the therapeutic window of thrombolysis. This strategy could thus significantly increase the proportion of treatable ischemic stroke patients

La preuve de concept d‟une approche theranostique pour la Maladie de Alzheimer basée sur les nanotechnologies a été explorée. Des nouvelles nanoparticules polymeriques fluorescentes on été conçus, et leur internalisation et aptitude à traverser un nouveau modèle in vitro de barrière hémato-encéphalique humaine on été étudiées en détails. Une petite librairie de nanoparticules polymerique a été préparés, et leur capacité de capturer le peptide β-Amyloïde1-42, considéré comme une des principales causes de la dégénérescence neuronale, a été évaluées et quantifiées en utilisant une méthode expressément conçus. / The proof of concept of an original nanotechnology-based theranostic approach for Alzheimer‟s disease has been explored. Novel fluorescently tagged nanoparticles have been designed and employed for internalization and transcytosis studies across a recently developed human in vitro blood-brain barrier model. A small library of polymeric nanoparticles have been designed and their ability to capture the Amyloid β1-42 peptide, considered one of the causes of the Alzheimer‟s disease, has been investigated and quantified using an on purpose designed method.

L’objectif de ces travaux de thèse, inscrits dans le projet ERC Advanced Grant «TERNANOMED», était de développer un nanomédicament squalèné à base d’adénosine (NPs d’AdSQ) pour le traitement des accidents vasculaires cérébraux et des traumatismes de la moelle épinière. La première partie de ce travail décrit la préparation et la caractérisation des NPs d’AdSQ, et la mise en évidence d’une activité thérapeutique spectaculaire dans des modèles pré-cliniques d’ischémie cérébrale et de neurotrauma. Afin de mieux comprendre le mécanisme d’action des NPs, la deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l’étude détaillée de la transcytose des NPs à travers la barrière hémato-encéphalique, et a permis de démontrer le désassemblage des NPs au sein des cellules endothéliales. Cette étude confirme que l’action des NPs d’AdSQ résulte en premier lieu d’une activité vasculaire via l’amélioration de la microcirculation, et dans un second temps, permet la protection des neurones, vraisemblablement grâce au couplage neurovasculaire et à l’action pléiotropique et multi-cibles de l’adénosine. La troisième partie de ce travail de thèse avait pour but de décrire en détail le profil pharmacocinétique et la biodistribution des NPs d’AdSQ à l’aide de techniques innovantes de radiomarquage. Enfin, une dernière partie présente des résultats préliminaires sur le développement d’un outils théranostic via l’encapsulation d’USPIO comme agent de contraste IRM au sein des NPs d’AdSQ. Dans son ensemble, ce travail de thèse a permis d’établir les fondements de l’extension de la plateforme de «squalènisation» au traitement des pathologies du système nerveux central. / This PhD work, as a part of the ERC Advanced Grant project «TERNANOMED», aimed at developing a squalenoyl nanomedicine of adenosine (SQAd NAs), for the treatment of stroke and spinal cord injury (SCI). The first part of this research was dedicated to the preparation and characterization of SQAd NAs, and highlighted their dramatic therapeutic activity in pre-clinical models of cerebral ischemia and SCI. To further understand the mechanism of action of these NAs, the second part of this thesis was devoted to the detailed study of their transcytosis across the Blood-Brain Barrier. It was shown that the NAs were disassembled inside the endothelial cells, confirming that the pharmacological mechanism of the SQAd NAs action appeared to be a primary vascular protection via the improvement of microcirculation, leading to a secondary neuronal preservation, likely thanks to neurovascular coupling and to the pleiotropic multitargeted abilities of adenosine. The third part of this work aimed to describe the pharmacokinetic profile and tissue distribution of SQAd NAs, thanks to innovative techniques of radiolabeling. Finally, the fourth part presented preliminary results on the development of a theranostic tool, by incorporating USPIO as a MRI contrast agent inside the SQAd NAs. Overall, this PhD work established the foundation to the extension of the squalenoylation platform to the treatment of neurological diseases.