OBJECTIF : L’intégrité vasculaire est une pierre angulaire de la viabilité des organes solides, notamment en cas de transplantation. L’objectif de ce travail est de décrire les modifications du réseau vasculaire du cortex rénal dues à une séquence d’ischémie-reperfusion (IR) induite dans un modèle préclinique porcin d’autotransplantation rénale. MATÉRIELS ET MÉTHODES : Nous avions mis en place une technique d’analyse de la microvascularisation corticale rénale après acquisition microscanner et traitement des images de reins de porc perfusés avec un polymère de silicone radio-opaque.RÉSULTATS : L’ischémie-reperfusion rénale induit une diminution corticale du volume du segment vasculaire associée à une raréfaction des microvaisseaux inférieurs à 30 µm en particulier dans la corticale interne. Dans le cortex, une augmentation de la connectivité caractérisée par une augmentation des bifurcations et une diminution du facteur d’arborescence a été observée. L’hypercholestérolémie associée à l’ischémie-reperfusion entraine une raréfaction microvasculaire dans la corticale moyenne. Trois mois post-autotransplantation, l’augmentation de la durée de conservation des greffons induit une augmentation significative de l’épaisseur de la zone corticale, un effondrement du pourcentage de microvaisseaux. CONCLUSION : Trois mois après autotransplantation rénale, l’ischémie-reperfusion induit une raréfaction des microvaisseaux de la corticale interne. Nos résultats suggéreraient que l’altération de la fonction rénale chez des greffons pourrait être liée à une hypoxie chronique et une fibrose induite par une raréfaction microvasculaire proportionnelle à la durée de la conservation. / Purpose:Vascular integrity is a cornerstone of organ viability, particularly in cases of transplantation. The aim of this study is to describe the modifications of renal cortex vascular network due to an ischemia-reperfusion sequence in a preclinical pig kidney autotransplantation model.MATERIALS AND METHODS: Porcine kidneys were perfused with a radio-opaque silicone polymer and the cortex studied by X-ray micro-computed tomography. RESULTS: Renal ischemia-reperfusion led to decreased vascular segment volume associated with the rarefaction of vessels less than 30 µm diameter, particularly in the inner cortex. Vessels showed higher connectivity throughout the cortex. The decrease in microvasculature correlated with a deterioration of renal function, proteinuria, and tubular dysfunction, and was associated with the development of fibrous tissue. The hypercholesterolemia associated with ischemia-reperfusion promoted concomitant microvascular rarefaction for small vascular segments particularly in the middle cortex. At M3, the hypothermic preservation for 48 H of grafts compared to 24 H induced a significant increase in the cortical area thickness, associated with a drastic decrease of microvessels. CONCLUSION: Three months after renal autotransplantation, ischemia reperfusion induces a rarefaction of microvessels of the internal cortex. The hypercholesterolemia leads to a renal microvascular rarefaction which accentuates vascular remodeling due to ischemia reperfusion. Our results suggest that long preservation duration impacting the renal function in grafts could be associated with chronic hypoxia and fibrosis related to microvascular rarefaction.

Ce travail s'attache tout autant à améliorer les techniques d'acquisition qu'à préciser les modèles physiologiques qui permettent la caractérisation de la perfusion cérébrale en IRM. La fonction d'entrée artérielle (AIF), sur laquelle repose de nombreux modèles, a été mesurée par une technique d'imagerie optique au niveau de la carotide chez le rat. La reproductibilité et la répétabilité de l'AIF sont examinées et une fonction modèle est proposée. Nous comparons ensuite deux techniques de mesure de l'index de taille des vaisseaux (VSI) chez le rat porteur d'un gliome. La technique de référence, utilisant un agent de contraste (AC) de type USPIO, est confrontée à l'approche dynamique qui estime ce paramètre au passage d'un bolus de Gd. Cette dernière technique présente l'avantage d'être utilisée en clinique. Les résultats obtenus à 4,7T par ces deux approches sont semblables et l'utilisation du VSI dans les protocoles cliniques est fortement encouragée à haut champ. Les mécanismes en jeu (relaxivités R1 et R2*) sont alors étudiés via une approche en multi-échos de gradient. Une séquence spirale multi-échos est développée et une méthode qui permet la refocalisation entre chaque écho est présentée. Cette séquence est utilisée pour caractériser l'impact des effets R1 au passage de deux injections successives de Gd. Enfin, nous avons développé un outil de simulant le signal RMN sur une géométrie 2D tenant compte de la perméabilité de la BHE et de la diffusion de l'AC dans l'espace interstitiel. A TE court, l'effet de la diffusion sur le signal est négligeable. A contrario, les effets de la diffusion et la perméabilité semblent pouvoir être séparés à temps d'écho long. Enfin nous montrons que, lors de l'extravasation de l'AC, l'homogénéisation du champ magnétique local lié à la baisse de différence de susceptibilité magnétique à l'interface vasculaire est rapidement contre balancée par les perturbations induites par les interfaces cellulaires du compartiment extravasculaire.

Un 1er travail a étudié les effets osseux mandibulaires de l’injection unilatérale dans les muscles masticateurs de toxine botulique (BTX) chez le rat adulte. Ceci entraine une perte osseuse mandibulaire condylienne et alvéolaire homolatérale importante. Une hypertrophie osseuse de l’enthèse d’insertion mandibulaire du muscle digastrique a été observée et pourrait correspondre à une étiologie pour les tori. Les effets de la BTX sur le cartilage articulaire condylien mandibulaire dans le même modèle animal ont été recherchés par analyse microtomographique du cartilage articulaire après augmentation de contraste à l’acétate d’uranyle. Aucune différence d’épaisseur cartilagineuse n’a été mise en évidence entre les groupes contrôles et BTX.Le 3ème travail a consisté en l’étude histologique et microtomographique des tori mandibulaires chez l’homme.Les tori sont différents des exostoses des os longs par plusieurs caractéristiques (dont l’absence de Fe et Al dans la matrice osseuse) et une asymétrie du remodelage osseux a été mise en évidence.La 4ème partie a consisté en l’étude de la qualité osseuse et de la microvascularisation alvéolaire dans un modèle animal d’ostéonécrose mandibulaire (ONM) aux bisphosphonates (BP). Des signes cliniques et microtomographiques d’ONM ont été observés dans la majorité des cas. La minéralisation osseuse était plus élevée après imprégnation en BP. La microvascularisation osseuse alvéolaire apparaissait augmentée après avulsion dentaire chez les animaux contrôles mais pas chez les animaux ayant reçu des BP témoignant ainsi d’un effet anti angiogénique in vivo des BP qui pourrait jouer un rôle dans la physiopathologie de l’ONM. / First, bone changes at the mandible were studied after a unilateral botulinum toxin (BTX) injection in masticatory muscles in adult rats. A major alveolar and condylar bone loss was evidenced. The occurrence of a hypertrophic bone metaplasia at the digastric muscle enthesis was evidenced as well. This could constitute an etiological factor for tori. Then, condylar articular cartilage changes at the mandible were studied in the same BTX animal model, using microtomography after contrast enhancement of cartilage with uranyl acetate. Cartilage thickness measurement showed no difference when comparing control and BTX groups.A third work studied mandibular tori in human using histologic and microtomographic techniques. Tori appeared different from long bone exostoses by several characteristics (absence of Fe and Al in the bone matrix) and a specific asymmetric bone remodeling was evidenced.The fourth part consisted in the study of alveolar mandibular vascularization and quality of the bonematrix in an animal model of osteonecrosis of the jaws(ONJ) after bisphosphonates (BP) injections. Clinical and microtomographic signs of ONJ were found in mostof the cases. An increased mineralization of the alveolar bone was observed after BP impregnation. Microvascularization was increased after tooth extraction in the alveolar bone of control animals but it was impaired in ZA treated rats. Such an in vivo antiangiogenic effect of BPs could play a role in the pathophysiology of ONJ.

Ce travail présente les résultats obtenus dans le cadre de développements méthodologiques en imagerie par résonance magnétique. Tout d'abord, la mise en place de la technique d'imagerie rapide utilisant un échantillonnage de l'espace k le long d'une trajectoire spirale à densité variable est exposée. L'optimisation des paramètres d'acquisition et la comparaison de différentes techniques de reconstruction ont été menées via des simulations numériques. Une approche originale de la calibration de la trajectoire dans l'espace k est proposée. L'imagerie spirale a été utilisée pour mettre en œuvre une méthode de mesure de la perméabilité de la BHE au Gd-DOTA. Ce protocole a été intégré aux mesures de volume sanguin et d'index de taille des vaisseaux utilisant le Sinerem®. Les résultats obtenus montrent des différences au niveau des paramètres de la microvascularisation sur les modèles de tumeurs C6 et RG2. La présence du Sinerem® conduit à une diminution des valeurs de constante d'échange à travers la paroi vasculaire (Ktrans) dans la tumeur de 24% en moyenne. Cette étude a également mis en évidence l'extravasation du Sinerem®, pendant les deux premières heures après injection du produit, uniquement dans les tumeurs RG2.

L'accident vasculaire cérébral (AVC) représente la première cause de handicap acquis de l'adulte. A l'heure actuelle, moins de 10% des patients peuvent bénéficier de la thrombolyse, et aucun traitement, en dehors de la rééducation, ne permet de réduire efficacement le handicap. Il existe donc un réel besoin de disposer de nouvelles thérapeutiques permettant d'améliorer la récupération et pouvant être administrées dans un délai élargi par rapport à celui de la thrombolyse. Nos travaux expérimentaux chez le rat, associant imagerie IRM de la microvascularisation, analyse de l'expression des gènes de l'angiogenèse et étude comportementale, ont permis de définir une phase de transition (J3-J7) suivie d'une phase subaigüe (J7-J25) post-AVC. Ces deux phases sont apparues comme des fenêtres thérapeutiques potentielles pour l'administration de traitement pro-angiogéniques. Depuis près de 20 ans, de nombreuses équipes se sont tournées vers la thérapie cellulaire, notamment par cellules souches/stromales mésenchymateuses humaines (CSMh), comme thérapie réparatrice dans les AVC avec un triplement du nombre d'essais cliniques au cours des 10 dernières années. Cependant, les données de la littérature ne permettent pas de bien comprendre le mécanisme d'action des CSMh, particulièrement après une administration à la phase subaigüe. Nos travaux ont permis de progresser dans la compréhension de l'effet microvasculaire des CSMh, administrées dans les conditions d'un essai clinique de phase II qui se déroule actuellement à Grenoble (ISIS : Intravenous Stem Cells After Ischemic Stroke). Nous avons montré que la récupération sensori-motrice et cognitive post-ischémique observée après administration intraveineuse de CSMh était liée à une augmentation de l'angiogenèse. Les facteurs angiogéniques Ang2, Ang1, SDF-1 et TGFβ1, dont la sécrétion endogène est augmentée par les CSMh, semblent participer à une meilleure stabilisation vasculaire et pourrait expliquer l'effet bénéfique de ces cellules. Dans le cadre du développement des CSMh en tant que médicament de thérapie innovante, nous avons montré l'absence de potentiel tumorigène des CSMh par une étude toxicologique de tumorigénicité in vivo. Par analyse rétrospective des CSMh produites dans le cadre de l'essai clinique de phase II, nous avons montré la faisabilité de la production de CSMh conformes aux spécifications et en quantité suffisante par l'Unité de Thérapie Cellulaire. Par ailleurs, ces CSMh cultivées ex vivo peuvent présenter des anomalies caryotypiques erratiques, non clônales. Ces anomalies semblent être liées au maintien en culture, plus qu'au procédé lui-même. Une composante "donneur" semble également contribuer à l'apparition de ces anomalies.

L'accident vasculaire cérébral (AVC) représente la première cause de handicap acquis de l'adulte. A l'heure actuelle, moins de 10% des patients peuvent bénéficier de la thrombolyse, et aucun traitement, en dehors de la rééducation, ne permet de réduire efficacement le handicap. Il existe donc un réel besoin de disposer de nouvelles thérapeutiques permettant d'améliorer la récupération et pouvant être administrées dans un délai élargi par rapport à celui de la thrombolyse. Nos travaux expérimentaux chez le rat, associant imagerie IRM de la microvascularisation, analyse de l'expression des gènes de l'angiogenèse et étude comportementale, ont permis de définir une phase de transition (J3-J7) suivie d'une phase subaigüe (J7-J25) post-AVC. Ces deux phases sont apparues comme des fenêtres thérapeutiques potentielles pour l'administration de traitement pro-angiogéniques. Depuis près de 20 ans, de nombreuses équipes se sont tournées vers la thérapie cellulaire, notamment par cellules souches/stromales mésenchymateuses humaines (CSMh), comme thérapie réparatrice dans les AVC avec un triplement du nombre d'essais cliniques au cours des 10 dernières années. Cependant, les données de la littérature ne permettent pas de bien comprendre le mécanisme d'action des CSMh, particulièrement après une administration à la phase subaigüe. Nos travaux ont permis de progresser dans la compréhension de l'effet microvasculaire des CSMh, administrées dans les conditions d'un essai clinique de phase II qui se déroule actuellement à Grenoble (ISIS : Intravenous Stem Cells After Ischemic Stroke). Nous avons montré que la récupération sensori-motrice et cognitive post-ischémique observée après administration intraveineuse de CSMh était liée à une augmentation de l'angiogenèse. Les facteurs angiogéniques Ang2, Ang1, SDF-1 et TGFβ1, dont la sécrétion endogène est augmentée par les CSMh, semblent participer à une meilleure stabilisation vasculaire et pourrait expliquer l'effet bénéfique de ces cellules. Dans le cadre du développement des CSMh en tant que médicament de thérapie innovante, nous avons montré l'absence de potentiel tumorigène des CSMh par une étude toxicologique de tumorigénicité in vivo. Par analyse rétrospective des CSMh produites dans le cadre de l'essai clinique de phase II, nous avons montré la faisabilité de la production de CSMh conformes aux spécifications et en quantité suffisante par l'Unité de Thérapie Cellulaire. Par ailleurs, ces CSMh cultivées ex vivo peuvent présenter des anomalies caryotypiques erratiques, non clônales. Ces anomalies semblent être liées au maintien en culture, plus qu'au procédé lui-même. Une composante "donneur" semble également contribuer à l'apparition de ces anomalies. / Stroke is the leading cause of disability in adult. Less than 10% of patients can be treated with thrombolysis. Except rehabilitation, no effective treatment exists to improve functional recovery after the acute phase. Therefore, there is a wide need to develop an effective therapy applicable after several days or weeks following stroke. Using a multiparametric approach (microvascular MRI, analysis of angiogenic genes expression and behavioral study) in rat ischemic stroke model, we defined a transition stage (D3-D7) followed by a subacute phase (D7-D25) during post-stroke remodeling. These two phases represent an interesting target time-window for administration of pro-angiogenic therapies. Since 20 years, cell therapy, notably by human mesenchymal stem/stromal cells (hMSC), emerged as a “regenerative treatment” with threefold increase in clinical trial during the last 10 years. However, still limited data are available regarding the mechanisms by which hMSC benefit, especially at the subacute phase. We progressed in understanding the microvascular plasticity that occurs after an intravenous injection of hMSC in a rat model of transient focal cerebral ischemia. Our preclinical studies were carried out simultaneously with a phase II clinical trial that currently goes on in Grenoble (ISIS: Intravenous Stem Cells After Ischemic Stroke). We reported a sustained functional and cognitive long-term benefit of hMSC IV injected at the subacute stage correlated to an increase of angiogenesis. Ang2, Ang1, SDF-1 and TGFβ1, whose endogenous level tends to be overexpressed by hMSC, would enhance stabilization and survival of newborn vessels, accounting for benefit of these cells. As part of the hMSC development as an advanced therapy medicinal product, we realized an in vivo tumorigenicity assay and showed the absence of tumor development after hMSC injection. We also retrospectively analyzed hMSC produced for the phase II clinical trial. We confirmed the feasibility to produce hMSC, conformed to specifications and in adequate quantity, in the Cell Therapy Unit. In addition, we showed that ex vivo expanded hMSC can present, non clonal, erratic chromosomal abnormalities. Such chromosomal abnormalities appeared to be more related to the maintenance in culture than to the manufacturing process. A “donor” component may also contribute to emergence of such abnormalities.

Les tumeurs intracrâniennes font partie des pathologies les plus fréquentes en neurologie après les accidents vasculaires cérébraux et les démences. On estime leur incidence à 10 nouveaux cas par an pour 100000 personnes. Les glioblastomes en sont la forme la plus virulente et malgré les avancées médicales des dernières années leur pronostic demeure très pessimiste. En effet, la médiane de survie est de l'ordre de 12 mois et le taux de survie à 5 ans est seulement de 2%.<br />L'un des enjeux actuels de la recherche en neuro-oncologie est de mettre au point de nouveaux traitements à visée curative. C'est le cas de la thérapie de photoactivation du platine par irradiation synchrotron (PAT-Plat), technique qui a été développée au cours des dernières années et qui a montré des effets curatifs chez des rats porteurs du gliome F98.<br />Dans ce travail de thèse, nous avons cherché à mieux caractériser les effets de la PAT-Plat et de ses différentes modalités (chimiothérapie à base de cisplatine et radiothérapie synchrotron) sur les tissus et la vascularisation cérébrale saine ainsi que sur le gliome F98. La microscopie biphotonique intravitale a été utilisée comme méthode d'observation et notre étude a donné lieu au développement de plusieurs méthodes (observation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE), imagerie de la vascularisation tumorale, marquage des astrocytes et des fibres élastiques en intravital).<br />Nous avons ainsi démontré qu'une irradiation synchrotron (15Gy/79keV) n'entraînait pas d'effets secondaires à court terme (rupture de la BHE, diminution de la perfusion, gliose, ...) dans le cortex pariétal de souris nude. Nous avons également mis en évidence qu'un effet de synergie entre le cisplatine et l'irradiation était à l'origine des effets spectaculaires de la PAT-Plat. Enfin, nous avons souligné qu'outre son action sur les cellules tumorales, la thérapie entraînait une diminution de la perfusion des vaisseaux angiogéniques.

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie. / Glaucoma is the second cause of irreversible blindness worldwide. Loss of vision in glaucoma is accompanied by progressive optic nerve degeneration and selective loss of retinal ganglion cells (RGCs). Ocular hypertension is a major risk factor in glaucoma, but visual field defects continue to progress in a large group of patients despite the use of drugs that lower intraocular pressure (IOP). Therefore, although IOP is the sole modifiable risk factor in the development of glaucoma, its regulation is not sufficient to protect RGCs and preserve visual function in many affected patients. To address this issue, I put forward the central hypothesis that effective therapeutic strategies for glaucoma must interfere with molecular mechanisms that lead to RGC death to successfully promote structural and functional protection of these neurons. In the first part of my thesis, I characterized the neuroprotective effect of galantamine, an acetylcholinesterase inhibitor that is clinically used for the treatment of Alzheimer’s disease. The specific hypothesis of this study was that galantamine, by modulating acetylcholine receptor activity, can improve the survival of injured RGCs in glaucoma. A well characterized experimental model of ocular hypertension induced by administration of a hypertonic saline into an episcleral vein of Brown Norway rats was used. The results of this study (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) demonstrated that daily administration of galantamine significantly improved the survival of RGC soma and axons in this model. Structural protection of RGCs correlated with substantial preservation of visual function, assessed by recording visual evoked potentials (VEPs) from the superior colliculus, the primary target of RGCs in the rodent brain. An interesting finding during the course of my thesis was that there is a substantial loss of retinal capillaries and a reduction in retinal blood that correlates with RGC loss in experimental glaucoma. Interestingly, galantamine also promoted the protection of the microvasculature and improved retinal blood flow in ocular hypertensive animals (Almasieh et al. in preparation). Importantly, I demonstrated that galantamine-mediated neuro- and vasoprotection occur through activation of muscarinic acetylcholine receptors. In the second part of my thesis, I investigated the role of oxidative stress and the use of reducing compounds to test the hypothesis that blockade of a superoxide burst may delay RGC death in experimental glaucoma. I took advantage of a novel phosphinevi borane based antioxidant compound available to us (PB1) to investigate its neuroprotective effect and mechanism of action in experimental glaucoma. The data demonstrate that intraocular administration of PB1 resulted in significant protection of RGC soma and axons. I also explored the molecular pathways leading to PB1-mediated neuronal survival by analyzing the components of survival and apoptotic signaling pathways involved in this response. My results show that PB1-mediated RGC survival did not correlate with inhibition of stress-activated protein kinase signaling, including ASK1, JNK or p38. Instead, PB1 led to a striking increase in retinal BDNF levels and downstream activation of the pro-survival ERK1/2 pathway (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). In conclusion, the findings presented in this thesis contribute to a better understanding of the pathological mechanisms underlying RGC loss in glaucoma and might provide insights into the design of novel neuroprotective and vasoprotective strategies for the treatment and management of this disease.

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