La cardiomyopathie ischémique et l’insuffisance cardiaque (IC) sont deux des principales causes de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. L’IC représente la condition finale résultant de plusieurs pathologies affectant le myocarde. Au Canada, plus de 400 000 personnes souffrent d’IC. Malgré la grande variété de traitements disponibles pour prendre en charge ces patients à haut risque de mortalité, l’évolution et le pronostic clinique de cette population demeurent sombres. Les thérapies de régénération par transplantation cellulaire représentent de nouvelles approches pour traiter les patients souffrant d’IC. L’impact de cette approche cellulaire et les mécanismes qui sous-tendent l’application de ce nouveau mode de traitement demeurent obscurs. Les hypothèses proposées dans cette thèse sont les suivantes : 1) l’évolution à long terme des patients qui se présentent en IC grave est nettement défavorable malgré les techniques actuelles de revascularisation chirurgicale à cœur battant; 2) la thérapie cellulaire et, plus spécifiquement, l’injection intracoronaire précoce de milieu de culture cellulaire, permet d’améliorer la récupération fonctionnelle du ventricule gauche suite à un infarctus aigu du myocarde; et 3) la mobilisation de l’axe cœur-moelle osseuse constitue un mécanisme de réponse important lors de la survenue d’un événement ischémique chronique affectant le myocarde. / Congestive heart failure (CHF) remains a leading cause of mortality in the developed world. There are more than 400,000 diagnosed cases of this pathology in Canada. Despite the numerous treatment options available for patients presenting with left ventricular dysfunction, the evolution of this population is still dismal. Stem cell transplantation is a potential approach to repopulate the injured myocardium, to treat heart failure, and to restore cardiac function. However, the exact mechanisms underlying the beneficial effects of this approach remain to be elucidated. The hypotheses of this thesis are the following: 1) the long-term evolution of patients undergoing coronary artery bypass graft surgery is still poor, even when considering the use of new innovative surgical strategies such as off-pump coronary revascularization; 2) the intracoronary injection of concentrated biologically active factors secreted by stem cells can achieve early protection of the ischemic myocardium and preserve heart function; and 3) the bone marrow/heart interaction in a critical axis is involved in chronic myocardial repair following persistent ischemic injury.

La transplantation rénale, thérapie de choix de l'insuffisance rénale chronique terminale, est limitée par une pénurie d'organes. Les greffons issus de donneurs décédés par arrêt cardiaque (DDAC) peuvent contribuer à pallier à cette pénurie au prix de stratégies thérapeutiques visant à améliorer l'issue de la transplantation. Les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de l'organisme adulte ont des propriétés de sécrétion, d'immunomodulation et de différenciation intéressantes dans ce contexte.L'objectif de ce travail est d'évaluer, dans un modèle pré-clinique porcin de DDAC, le potentiel thérapeutique de deux populations cellulaires d'intérêt : les MSC issues du liquide amniotique (AFSC) et les cellules de la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux (SVF). Les AFSC porcines injectées dans l'artère rénale 7 jours post-greffe, en raison de leur sensibilité à une séquence d'hypoxie réoxygénation (HR) in vitro, accélèrent la reprise de fonction et réduisent l'extension des lésions chroniques du greffon et sont détectées dans le rein 24h après injection. La SVF porcine, phénotypiquement proche de celle de l'Homme, est moins sensible à cette séquence d'HR et peut être injectée dans l'artère du greffon à sa reperfusion sans perturbation du flux sanguin rénal, avec une rétention des cellules dans le rein 24h post injection.Ce travail met en évidence le rôle bénéfique des AFSC dans la réparation des lésions ischémie-reperfusion des greffons issus des DDAC, ainsi que la faisabilité de l'injection de la SVF dans l'artère rénale après transplantation, et ouvre des pistes pour l'optimisation les protocoles d'administration de produits de thérapie cellulaire en transplantation. / Kidney transplantation is the best therapeutic option for end stage chronic kidney failure, but is limited by transplant shortage. Use of transplants from deceased after cardiac death donors (DCD) could represent an additional graft source, but there is a need for developing new therapeutic approaches like cell therapy to increase their recovery. Mesenchymal stem cells (MSC) potentially extracted from many adult tissues have interesting paracrine, immune-modulating, and differentiation properties in this context. This work aims to assess, in a preclinical porcine model DCD donor, the therapeutic potential of two cell populations of interest: amniotic fluid derived MSC (AFSC) and cells from stromal vascular fraction of adipose tissue (SVF). Delayed injection of AFSC 7 days following kidney transplantation because of their sensitivity to a specific Hypoxia Reoxygenation (HR) sequence in vitro, accelerates graft function recovery and limits chronic injuries to the transplanted organ. Cells are detectable into the transplanted kidney 24h after injection. Porcine SVF is phenotypically similar to human. Injected in renal artery simultaneously with organ reperfusion because of its resistance to the HR sequence, porcine SVF does not disturb renal blood flow and allow cell-retention within the organ 24h after injection. This work highlights the protective effect of AFSC against ischemia reperfusion lesions in grafts from DCD donors and the feasibility of SVF injection directly into the renal artery of the graft following kidney transplantation in DCD conditions. Moreover it opens new lines for optimizing injection protocols of cellular products in kidney transplantation.

La cardiopathie ischémique incluant l’insuffisance cardiaque est la deuxième cause de mortalité annuelle au Canada. Bien que de nombreuses stratégies préventives et des thérapies pharmacologiques retardent la progression de la maladie, il n’existe aucune solution qui module directement aux les remaniements pathologiques et la perte de cardiomyocytes. Au cours des 25 dernières années, de multiples progrès dans les domaines de la médecine régénérative et de la thérapie cellulaire ont annoncé des résultats prometteurs, mais les résultats d’études cliniques contemporaines demeurent plutôt mitigés. COMPARE-AMI, une étude randomisée-contrôlée de phase II, a évalué l’effet d’injections intracoronariennes de cellules souches hématopoïétiques CD133+ chez des patients souffrant d’infarctus aigu. IMPACT-CABG, une ÉRC de phase II a également évalué l’effet d’injections intramyocardiques de cellules CD133+ chez les patients souffrant de cardiomyopathie ischémique chronique nécessitant une revascularisation chirurgicale. Nous avons émis l’hypothèse que les cellules CD133+ utilisées dans des études cliniques de cardiomyopathies ischémiques aiguës et chroniques des patients répondant à la thérapie cellulaire exhibent des signatures transcriptomiques communes responsables de leur effet thérapeutique. En classant les patients en tant que répondants et non-répondants selon leur fonction cardiaque, nous avons évalué, a posteriori, ces patrons d’expression. Les cellules CD133+ autologues de patients jugés répondants expriment des signatures qui sont hautement conservées entre elles (incluant l’angiogénèse, la régulation de la réponse au stress et la survie cellulaire) et uniques d’un modèle à l’autre et qui pourraient, en partie, exprimer les issus cliniques des patients. Afin de maximiser les effets de la thérapie cellulaire aux cellules souches, nous avons par la suite tenté de reproduire ces phénotypes par stimulation pharmacologique avec des inhibiteurs d’HSP90 pour leurs effets qui semblent reproduire ces signatures. Ainsi, nous avons démontré qu’une stimulation de cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) au Célastrol (inhibiteur HSP90) pouvait répliquer certains de ces phénotypes. Notamment, des CSMh conditionnées activent des voies de signalisation de type ‘RISK’ et augmentent leur sécrétion de protéines en lien avec la réponse au stress ainsi que d’exosomes contenant des molécules impliquées dans la communication intercellulaire sans être liées à un changement de type cellulaire. De plus, les CSMh traitées semblent améliorer la guérison de plaie par activité paracrine et sont plus résistante à la sénescence oxydative. Ces résultats encourageants nous permettent d’envisager des stratégies plus poussées de pré-conditionnement cellulaire ex vivo de cellules CD133+ avant leur implantation. À terme, cela pourrait mener à une optimisation de la thérapie cellulaire afin d’en maximiser les bénéfices cliniques et d’en exploiter leur plein potentiel. / Ischemic cardiomyopathy and heart failure are the second annual cause of mortality in Canada. Despite rigorous prevention strategies and drug regimens preventing progression, no therapeutic modality can currently reverse the pathologic modifications of the disease. In the last quarter century, numerous advances in the field of regenerative medicine and cell therapy have demonstrated promising effects. COMPARE-AMI, a phase II randomized controlled trial (RCT), evaluated the effect of intracoronary injection of CD133+ cells in acute myocardial infarction following percutaneous intervention. IMPACTCABG, also a phase II RCT, evaluated the effect of intramyocardial injection of CD133+ hematopoietic stem cells in chronic ischemic cardiomyopathy at the time of surgical revascularization. That being said, we believe that the CD133+ cells used in therapy have shared transcriptomic signatures that are responsible for their clinical effects. By classifying patients into responders and non-responders according to an improvement in ejection fraction, we evaluated, a posteriori, those expression patterns. Autologous CD133+ cells of patients classified as responders expressed highly conserved transcriptomic signatures that could be responsible for the clinical outcomes of patients. Notably, these signatures were related to cardioprotective mechanisms including angiogenesis, stress response regulation and cell survival. In order to harness the full potential of stem cell therapy, we attempted to reproduce the identified phenotypes by pharmacological intervention with HSP90 inhibitors which are known to mimic some of these effets. Conditioned human mesenchymal stem cells (hMSC) activated ‘RISK’-type signaling pathways and augmented exosome and protein secretion relating to the response to cellular stress; this activation was unrelated to a switch of cell type. Furthermore, treated hMSC seemed to favour improved wound healing by paracrine activity and were more resistant to oxidative senescence. These encouraging results allow us to develop novel, more advance, strategies of ex vivo cell preconditioning before implantation, including of CD133+ cells. Ultimately, we hope that optimisation of cells through this mechanism and others will allow us to unleash the full potential of stem cell therapy.

Les lymphocytes T CD4-CD8- (DN T, double négatif) sont une population de cellules T immunorégulatrices ayant la particularité d’inhiber les réponses immunitaires de façon spécifique à l’antigène, présentant donc un grand potentiel d’utilisation en immunothérapie. Des résultats précédents du laboratoire ont démontré sur des modèles murins qu’un transfert de cellules T DN contribuait à diminuer l’incidence du diabète de type 1 (T1D). De plus, d’autres groupes ont montré que ces cellules contribueraient également à la suppression de certaines lignées tumorales ainsi qu’à la médiation de la suppression de la maladie du greffon contre l’hôte (GVHD). L’étude présentée dans ce mémoire avait donc pour but d’évaluer le potentiel clinique des cellules DN T humaines en tant que thérapie cellulaire pour des pathologies telles que le diabète de type 1, le myélome multiple et la GVHD. Les cellules DN T circulent en très petite proportion dans le sang périphérique (1-5 %). Nous nous sommes donc penchés sur le potentiel de prolifération en culture cellulaire des cellules DN T, en développant un protocole adapté à leurs caractéristiques, qui permettrait de générer un nombre de cellules suffisant pour étudier leur phénotype et leur fonction in vitro et in vivo. Des études de cytométrie en flux ont révélé que les cellules DN T ayant subi le protocole d’activation et de culture cellulaire optimisé avaient un phénotype activé et non épuisé. De plus, des études fonctionnelles in vitro ont montré que les cellules DN T possédaient un pouvoir cytotoxique similaire aux cellules T CD8+ envers les lignées cellulaires tumorales Jurkat, NALM et RAJI. Enfin, nous avons tiré profit du modèle de souris NRG (NOD-Rag1nullIL2rgnull) pour étudier la survie en périphérie des cellules DN T humaines greffées, et leur pouvoir de prévention de la xéno-GVHD et d’un modèle de myélome multiple. L’ensemble de ces travaux a permis d’élargir les connaissances sur le phénotype et la fonction des cellules DN T chez l’humain, montrant qu’elles possèdent un potentiel thérapeutique intéressant pour certaines pathologies auto-immunes et néoplasiques en tant que thérapie cellulaire. / CD4-CD8- T lymphocytes (DN T, double negative) are a population of immunoregulatory T cells which seem to inhibit immune responses in an antigen-specific manner, and thus represent a great potential for use in immunotherapy. Previous studies in mice have shown that adoptive transfer of DN T cells decreases type 1 diabetes (T1D) incidence in otherwise autoimmune diabetes-prone mice. In addition, DN T cells also suppress the growth of certain tumor lines as well as reduce the severity of graft-versus-host disease (GVHD). The work presented in this thesis aimed to assess the clinical potential of human DN T cells as cell therapy for pathologies such as type 1 diabetes, multiple myeloma and GVHD. DN T cells compose 1 to 5% of lymphocytes in the peripheral blood. To circumvent the challenge of working with low cell numbers, we examined the proliferation potential of DN T cells in culture. Specifically, we adapted a cellular expansion protocol to their characteristics, in order to generate a sufficient number of cells to study their phenotype and their function in vitro and in vivo. Phenotypic characterization by flow cytometry revealed that DN T cells subjected to the optimized cell culture and activation protocol had an activated and not exhausted phenotype. In addition, in functional in vitro studies, DN T cells were shown to exhibit similar cytotoxic activity to CD8+ T cells, when the Jurkat, NALM and RAJI tumor cell lines were used as targets. Finally, we took advantage of the NRG mouse model (NOD-Rag1nullIL2rgnull) to study the peripheral survival of transplanted human DN T cells, and their potential to prevent xeno-GVHD and a model of multiple myeloma. All of this work has enabled us to broaden our knowledge of the phenotype and function of DN T cells in humans, showing that they have an interesting therapeutic potential for certain autoimmune and neoplastic pathologies as cell therapy.