132 results on '"Barrière hémato-encéphalique"'
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2. [ 18 F]2-fluoro-2-deoxy-sorbitol ([ 18 F]FDS) PET imaging repurposed for quantitative estimation of blood-brain barrier permeability in a rat model of Alzheimer's disease.
- Author
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Soyer A, Goutal S, Leterrier S, Marie S, Larrat B, Selingue E, Winkeler A, Sarazin M, Bottlaender M, and Tournier N
- Subjects
- Animals, Rats, Radiopharmaceuticals pharmacokinetics, Male, Rats, Inbred F344, Rats, Transgenic, Brain diagnostic imaging, Brain metabolism, Sorbitol analogs & derivatives, Permeability, Fluorine Radioisotopes, Presenilin-1 genetics, Blood-Brain Barrier diagnostic imaging, Blood-Brain Barrier metabolism, Alzheimer Disease diagnostic imaging, Alzheimer Disease metabolism, Positron-Emission Tomography, Disease Models, Animal
- Abstract
Numerous studies suggest that blood-brain barrier (BBB) dysfunction may contribute to the progression of Alzheimer's disease (AD). Clinically available neuroimaging methods are needed for quantitative "scoring" of BBB permeability in AD patients. [
18 F]2-fluoro-2-deoxy-sorbitol ([18 F]FDS), which can be easily obtained from simple chemical reduction of commercial [18 F]2-fluoro-2-deoxy-glucose ([18 F]FDG), was investigated as a small-molecule marker of BBB permeability, in a pre-clinical model of AD using in vivo PET imaging. Chemical reduction of [18 F]FDG to [18 F]FDS was obtained with a 100% conversion yield. Dynamic PET acquisitions were performed in the APP/PS1 rat model of AD (TgF344-AD, n=3) compared with age-matched littermates (WT, n=4). The brain uptake of [18 F]FDS was determined in selected brain regions, delineated from a coregistered rat brain template. The brain uptake of [18 F]FDS in the brain regions of AD rats versus WT rats was compared using a 2-way ANOVA. The uptake of [18 F]FDS was significantly higher in the whole brain of AD rats, as compared with WT rats (P<0.001), suggesting increased BBB permeability. Enhanced brain uptake of [18 F]FDS in AD rats was significantly different across brain regions (P<0.001). Minimum difference was observed in the amygdala (+89.0±7.6%, P<0.001) and maximum difference was observed in the midbrain (+177.8±29.2%, P<0.001). [18 F]FDS, initially proposed as radio-pharmaceutical to estimate renal filtration using PET imaging, can be repurposed for non-invasive and quantitative determination of BBB permeability in vivo. Making the best with the quantitative properties of PET imaging, it was possible to estimate the extent of enhanced BBB permeability in a rat model of AD., (Copyright © 2024. Published by Elsevier Masson SAS.)- Published
- 2024
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3. Brain tumours: Non-invasive techniques to treat invasive pathologies.
- Author
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Barbotin M, Thoreau V, and Page G
- Subjects
- Humans, Blood-Brain Barrier, Brain Neoplasms therapy, Brain Neoplasms drug therapy
- Abstract
Brain and other central nervous system tumours are cancers of poor prognosis, for which current therapeutic possibilities do not match the expectations regarding a curative objective. If the treatment of central nervous system tumours is so difficult, it is partly due to the blood-brain barrier and the blood-tumour barrier, which need to be crossed to access the tumour. Driven by these insufficient results, more and more techniques and technologies are being explored and are evolving: the progress of surgery and radiotherapy, the growing place of immunotherapies, or the apparition of new non-invasive techniques. The latter are those which interest us here, where promising advances are taking the leap to clinical trials. Nose-to-brain delivery, receptor-mediated transcytosis and micro-bubbles-associated focused ultrasounds are three therapeutic propositions with encouraging results regarding the improvement of drug access to the brain. Even though they might have their share of limits and adverse effects, benefit-risk balance looks promising, and they may appear as new options to treat patients in the future., (Copyright © 2023 Académie Nationale de Pharmacie. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.)
- Published
- 2024
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4. Encéphalopathies métaboliques.
- Author
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Marois, C., Quirins, M., Hermann, B., Mouri, S., Bouzbib, C., Rudler, M., Thabut, D., and Weiss, N.
- Abstract
Résumé Les encéphalopathies métaboliques (EMtb) sont des causes fréquentes de recours au système de soins, via les urgences, l'hospitalisation et même la réanimation. Elles pourraient représenter jusqu'à 10 à 20 % des causes de coma en réanimation et compromettre le pronostic vital, notamment chez le sujet âgé. L'EMtb correspond à une altération du fonctionnement cérébral due à un déficit en une substance indispensable au métabolisme normal ou à l'accumulation d'une substance toxique que celle-ci soit endogène ou exogène. Elle survient préférentiellement chez des patients présentant des comorbidités, complexifiant ainsi son diagnostic et sa prise en charge. Son diagnostic clinique repose sur la survenue subaiguë de troubles des fonctions supérieures et de mouvements anormaux, myoclonies principalement, en l'absence de signe de localisation neurologique. Indispensables pour éliminer les diagnostics différentiels, certains examens complémentaires sont parfois en mesure d'apporter des arguments positifs en faveur du diagnostic. C'est le cas pour certains dosages biologiques, et l'électroencéphalogramme. Une fois les mesures symptomatiques simples mises en œuvre à l'évocation du diagnostic, le traitement repose souvent sur le traitement de la cause. Seules certaines encéphalopathies métaboliques dont l'encéphalopathie hépatique bénéficient de prises en charge spécifiques. Nous décrirons successivement les principaux mécanismes physiopathologiques et les étiologies les plus fréquentes d'EMtb, les circonstances favorisantes, la présentation clinique, les diagnostics différentiels à éliminer, et les examens complémentaires utiles au diagnostic. Nous proposerons enfin une stratégie de prise en charge de l'EMtb. Abstract Metabolic encephalopathies (ME) are a common cause of admission to emergency rooms, to hospitalization wards or to intensive care units. They could account for 10 to 20% of causes of comatose states in ICU and could be associated to a poor outcome especially in older patients. Nevertheless, they are often reversible and are associated with a favorable outcome when diagnosed and rapidly treated. They correspond to an altered brain functioning secondary to the deficiency of a substance that is mandatory for the normal brain functioning or to the accumulation of a substance that can be either endogenous or exogenous. It preferably occurs in co-morbid patients, complicating its diagnosis and its management. Altered brain functioning, going from mild neuropsychological impairment to coma, movement disorders especially myoclonus and the absence of any obvious differential diagnosis are highly suggestive of the diagnosis. Whereas some biological samplings and brain MRI are essential to rule out differential diagnosis, some others, such as electroencephalogram, may be able to propose important clues in favor of the diagnosis. Once simple symptomatic measures are introduced, the treatment consists mainly in the correction of the cause. Specific treatment options are only seldom available for ME; this is the case for hepatic encephalopathy and some drug-induced encephalopathies. We will successively describe in this review the main pathophysiological mechanisms, the main causes, favoring circumstances of ME, the differential diagnosis to rule out and the etiological work-up for the diagnosis. Finally, a diagnostic and therapeutic strategy for the care of patients with ME will be proposed. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
- Published
- 2019
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5. Rôle de l'apolipoprotéine D dans la mémoire spatiale et étude de son passage à travers la barrière hémato-encéphalique
- Author
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Hervé, Vincent and Hervé, Vincent
- Abstract
L’apolipoprotéine D (apoD) est une lipoprotéine sécrétée qui est associée à la neuroprotection et au métabolisme lipidique. Chez les rongeurs, son expression est principalement limitée au système nerveux central. La surexpression de l’apoD dans les neurones de souris induit des stéatoses hépatiques non-inflammatoires, ainsi l’apoD cérébrale pourrait avoir une influence périphérique. Nous avons montré que 3h après une injection d’apoD humaine (apoDh) radioactive dans le ventricule cérébral latérale (intracérébroventriculaire (icv)), celle-ci traverse la barrière hémato-encéphalique (BHE) et on retrouve 40% en périphérie, principalement dans le foie et les reins. Nous montrons une forte corrélation entre l’accumulation d’apoDh dans les tissus et les niveaux faibles de glycosylation de la basigine. In vitro, nous avons montré que l’apoDh peut traverser la monocouche de cellules endothéliales (bEnd.3) mimant les caractéristiques de la BHE. Cependant, en présence d’un compétiteur pour le récepteur basigin, l’internalisation de l’apoDh dans les cellules de la monocouche n’a pas montré de diminution. Cela suggère qu’un autre récepteur pourrait intervenir dans l’internalisation de l’apoDh. En revanche l’apoDh injectée en périphérie n’a pas été retrouvée dans le cerveau, suggérant que l’apoD cérébrale a pour principal origine le cerveau. Dans un second temps, nous avons observé l’effet de l’absence d’apoD chez des souris (apoD-/-) âgées de 8 mois ayant subi une icv de streptozotocine (icv-STZ), une toxine induisant certaines caractéristiques de la maladie d’Alzheimer (MA). Les souris apoD-/- - STZ ont montré une diminution de leur capacité de mémoire spatiale dans la piscine de Morris. Cette diminution n’ayant pas été vue chez les souris wild-type icv-STZ, celle-ci est spécifique à l’absence de l’apoD. Nous avons aussi observé une différence quant au niveau des apolipoprotéines bien connues dans la MA : l’apoE et l’apoJ. L’apoE diminue chez les souris apoD
- Published
- 2022
6. Les lymphocytes de type Th17 expriment l’interleukine 26 qui régule à la baisse la réaction neuro-inflammatoire au cours de l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale murine
- Author
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Hachehouche, Lamia Naouel and Prat, Alexandre
- Subjects
Il-26 ,Barrière hémato-encéphalique ,Lymphocytes T ,EAE ,Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) ,T cells ,Interleukin 26 (IL-26) ,Multiple sclerosis (MS) ,Sclérose en plaques ,Blood-brain barrier (BBB) ,Neuro-inflammation ,Interleukine-26 ,Th17 ,Encéphalomyélite Autoimmune-expérimentale ,T helper 17 (Th17) - Abstract
La sclérose en plaques (SEP) est une maladie chronique caractérisée par des dommages neurologiques qui résultent d’une inflammation au niveau du système nerveux central (SNC). De multiples études ont établi que les lymphocytes T (LT) de type Th17 jouent un rôle critique dans la pathogénèse de la SEP et de son modèle animal : l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). L’effet délétère de ces cellules s’exerce notamment via leur expression des cytokines pro-inflammatoires IL-17 et IL-22. Une autre cytokine, l’IL-26 est aussi produite par les Th17 mais son rôle dans le contexte de la SEP n’a pas encore été étudié. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’IL-26 pourrait contribuer au rôle pathogénique attribué aux LT Th17 dans la SEP en exacerbant la réaction neuro-inflammatoire. Dans un premier temps, nous avons analysé l’expression de l’IL-26 par RT-qPCR dans des LT CD4+ humains primaires. Nous avons démontré que les niveaux d’expression d’IL-26 sont plus élevés dans les Th17 comparés aux autres sous-types lymphocytaires Th0, Th1 et Th2. De plus cette expression corrèle fortement avec les niveaux mesurés des marqueurs de la sous-population Th17 (IL-17, IL-22, IL-23R et RORc). La cytokine IL-26 est donc une signature des LT Th17. Nous avons analysé l’expression des 2 sous-unités du récepteur de l’IL-26 (IL-26R) dans des cellules endothéliales primaires de la barrière hémato-encéphalique (CE-BHE) et dans des coupes tissulaires de cerveaux de patients qui étaient atteints de SEP. Nous avons déterminé que les CE-BHE expriment l’IL-26R. De plus, le traitement des CE-BHE avec de la rhIL-26 modifie le patron d’expression de certaines chimiokines. Ainsi la BHE est sensible à l’action de l’IL-26. Contrairement à ce que nous avons anticipé, l’administration de rhIL-26 chez la souris au cours de l’EAE se traduit par une maladie moins sévère. L’analyse des infiltrats dans des coupes de moelle épinière par immunohistochimie montre une réduction des infiltrats en nombre et en surface infiltrée. Nous avons aussi analysé les infiltrats leucocytaires dans le SNC par cytométrie en flux et observé plusieurs modulations dans les proportions des leucocytes tel que la réduction des LT IFNγ+ et des macrophages CD11b+ F4\80+ ainsi qu’une augmentation des LT anti-inflammatoires régulateurs CD25+ Foxp3+ dans le SNC. En conclusion, la contribution originale de cette thèse réside dans le fait que nous démontrons que bien que la cytokine IL-26 soit associée au sous-type pro-inflammatoire Th17, elle modifie le profil d’infiltration des leucocytes dans le SNC durant l’EAE et confère aux souris un effet protecteur durant le développement de la maladie. Ceci suggère que chez l’homme, les LT TH17 pourraient aussi jouer un rôle bénéfique en SEP. Cet élément serait à considérer lorsqu’on cible cette population lymphocytaire à des fins thérapeutiques., Multiple sclerosis (MS) is a chronic disease characterized by neurological damage that results from inflammation in the central nervous system (CNS). Multiple studies have established that Th17 cells play a critical role in the pathogenesis of MS and its animal model: experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). The deleterious effect of these cells is exerted in part through their expression of the pro-inflammatory cytokines IL-17 and IL-22. Another cytokine, IL-26, is also produced by Th17 but its role in the context of MS has not yet been studied. We therefore hypothesized that IL-26 may contribute to the pathogenic role attributed to Th17 cells in MS by exacerbating the neuro-inflammatory response. First, we analyzed the expression of IL-26 by RT-qPCR in primary human CD4+ T cells. We have shown that IL-26 expression levels are higher in Th17 compared to other Th1, Th0 and Th2 lymphocyte subtypes. Furthermore, this expression correlates strongly with the measured levels of markers of the Th17 subpopulation (IL-17, IL-22, IL-23R and RORc). The cytokine IL-26 is therefore a signature of Th17 cells. We analyzed the expression of the two IL-26 receptor (IL-26R) subunits in primary blood-brain barrier endothelial cells (BBB-EC) and in healthy human brain tissue sections. We have determined that BBB-EC do express IL-26R. In addition, treatment of BBB-EC with recombinant IL-26 modulates the expression pattern of certain chemokines. Thus, the BBB is sensitive to the action of IL-26. Contrary to what we expected, administration of human recombinant IL-26 in mice during EAE results in less severe disease. Analysis of infiltrates in spinal cord sections by immunohistochemistry shows a reduction in infiltrates in number and infiltrated surface. We also analyzed leukocyte infiltrates in the CNS by flow cytometry and observed several modifications in the proportions of leukocytes such as the reduction of IFNγ+ T cells and CD11b+ F4\80+ macrophages as well as an increase in anti-inflammatory regulatory CD25+ Foxp3+ T cells in the CNS. In conclusion, the original contribution of this thesis lies in the fact that we demonstrate that although the cytokine IL-26 is associated with the pro-inflammatory subtype Th17, it modifies the profile of infiltration of leukocytes into the CNS during the EAE and gives mice a protective effect during the development of the disease. This suggests that in humans, TH17 cells may also play a beneficial role in MS. This should be considered when targeting this lymphocyte population for therapeutic purposes.
- Published
- 2022
7. Implications of sex and extra-hepatic ammonia metabolism in chronic liver disease and development of hepatic encephalopathy
- Author
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Macedo de Oliveira, Mariana and Rose, Christopher
- Subjects
Ornithine ,Barrière hémato-encéphalique ,Sarcopenia ,Oxidative stress ,Glutamine synthétase ,Stress oxydatif ,Bile-duct ligation ,Ligature des voies biliaires ,Sarcopénie ,Glutamine synthetase ,Blood-brain barrier - Abstract
Contexte et objectifs : L'encéphalopathie hépatique (EH) est un trouble neuropsychiatrique, une complication majeure de la maladie hépatique chronique (MHC). L'EH se manifeste par un large éventail de symptômes, allant d'un léger manque d'attention et de troubles de la mémoire à une léthargie sévère et un coma. L'hyperammoniémie est centrale dans la pathogenèse de l'EH puisque l'ammoniac est neurotoxique et que l'ammoniac dérivé du sang traverse facilement la barrière hémato-encéphalique (BHE). Cependant, d'autres facteurs pathogènes sont également impliqués dans l'EH, notamment le stress oxydatif. Au cours de la MHC, le muscle joue un rôle compensatoire essentiel dans l'élimination de l'ammoniac par l'action de l'enzyme glutamine synthétase (GS), qui transforme le glutamate en glutamine. Étant donné que les cellules endothéliales de la BHE sont l'interface entre le sang et le cerveau, il est plausible qu'elles métabolisent l'ammoniac pour protéger le cerveau de la neurotoxicité induite par l'ammoniac. Cependant, cela n'a jamais fait l'objet d'études. Les thérapies de réduction de l'ammoniac sont les traitements courants de l'EH. Cependant, les réponses des patients aux traitements sont hétérogènes, et les différences de sexe pourraient en être la cause. Par conséquent, nos objectifs étaient 1) d'explorer le métabolisme de l'ammoniac dans les cellules endothéliales de la BHE par la présence de GS et 2) d'évaluer l'impact du sexe sur la MHC et ses complications, y compris la sarcopénie et l'EH. Méthodes : Pour le premier objectif, nous avons évalué l'expression et l'activité de la protéine GS in vitro et ex vivo chez des rats naïfs. Nous avons également évalué l'impact de l'ornithine, du glutamate et du α-kétoglutarate sur l'activité de la GS dans les cellules endothéliales de la BHE via la génération de glutamine 5-13C marquée. Pour le deuxième objectif, nous avons évalué l'impact du sexe sur le neurophénotype (anxiété, mémoire, coordination motrice et activité) chez des rats ligaturés des voies biliaires (BDL) (et contrôles respectifs) ainsi que sur le développement d'une EH sévère (léthargie/perte du réflexe de redressement). Nous avons également évalué les marqueurs des lésions hépatiques, l'hyperammoniémie, le stress oxydatif systémique, la masse et la fonction musculaire et la clairance de l'ammoniac musculaire. Résultats : Nous avons trouvé l'activité et l'expression de la GS in vivo et ex vivo dans les cellules endothéliales de la BHE. L'analyse au microscope confocal a montré que la GS dans les cellules endothéliales est moins abondante que dans les astrocytes. L'exposition de cellules endothéliales cultivées à des substrats marqués a révélé que l'ornithine est la plus efficace pour générer de la glutamine. Chez les femmes, la chirurgie BDL a provoqué une MHC (augmentation des enzymes hépatiques circulantes et de la bilirubine) et de l'EH (altération de la coordination motrice et de l'activité nocturne) par rapport aux rats contrôles respectifs. De plus, le degré d'hyperammoniémie et la clairance musculaire de l'ammoniac étaient similaires entre les sexes. Contrairement aux mâles, les rats femelles n'ont pas développé de perte musculaire, d'œdème cérébral et de perte de mémoire à court terme. De plus, les femelles présentaient un stress oxydatif plus faible et étaient complètement protégées contre les EH sévères précipitées par l'ammoniac par rapport aux mâles BDL. Conclusions : Nous concluons que la GS est exprimée dans les cellules endothéliales de la BHE, jouant peut-être un rôle dans l'atténuation ou le retard de l'entrée de l'ammoniac dans le cerveau et que la supplémentation en ornithine améliore l'activité de la GS en fournissant du glutamate pour la détoxification de l'ammoniac. De plus, nous concluons que le sexe a un impact sur les complications des maladies du foie, y compris la sarcopénie et l'EH, le stress oxydatif systémique jouant un rôle vital dans la susceptibilité à l'EH sévère induite par l'ammoniac., Background and aims: Hepatic encephalopathy (HE) is a neuropsychiatric disorder and a major complication of chronic liver disease (CLD). HE manifests with a wide range of symptoms, from mild lack of attention and memory impairments to severe lethargy and coma. Hyperammonemia is central in the pathogenesis of HE since ammonia is neurotoxic, and blood-derived ammonia easily crosses the blood-brain barrier (BBB). However, other pathogenic factors are also implicated in HE, including oxidative stress. During CLD, muscle plays an essential compensatory role in removing ammonia by the action of the enzyme glutamine synthetase (GS), which amidates glutamate into glutamine. Since the endothelial cells of the BBB are the interface between the blood and the brain, it is plausible that they metabolize ammonia to protect the brain from ammonia-induced neurotoxicity. However, this has never been investigated. Ammonia lowering therapies are the mainstream treatments for HE. However, patients' response to treatments are heterogeneous, and sex differences might be the cause. Therefore, our aims were 1) To explore ammonia metabolism in BBB’s endothelial cells through the presence of GS and 2) to assess the impact of sex on CLD and its complications, including sarcopenia and HE. Methods: For the first aim, we assessed GS protein expression and activity in vitro and ex vivo in naïve rats. We also evaluated the impact of ornithine, glutamate, and α-ketoglutarate on GS activity in endothelial cells of the BBB via the generation of labeled 5-13C glutamine. For the second aim, we assessed the impact of sex on the neurophenotype (anxiety, memory, motor coordination, and activity) in bile-duct ligated (BDL) rats (and respective SHAMs) as well as on the development of an ammonia-precipitated severe HE (lethargy/loss of righting reflex). We also assessed liver injury markers, hyperammonemia, systemic oxidative stress, muscle mass and function, and muscle ammonia clearance. Results: We found GS activity and expression in vivo and ex vivo in endothelial BBB cells. The confocal microscope analysis showed that GS in endothelial cells is less abundant than astrocytes. Exposing cultured endothelial cells to labeled substrates revealed that ornithine is the most efficient in generating glutamine. In females, BDL surgery caused CLD (increased hepatic enzymes and bilirubin) and HE (impaired motor coordination and night activity) vs. respective SHAMs. Furthermore, the degree of hyperammonemia and muscle ammonia clearance was similar between sexes. Contrary to males, female rats did not develop muscle loss, brain edema, and short-term memory loss. In addition, females had lower oxidative stress and were completely protected against ammonia-precipitated severe HE compared to male BDLs. Conclusions: We conclude that GS is expressed in endothelial cells of the BBB, possibly playing a role in attenuating or delaying ammonia entry into the brain and, ornithine supplementation enhances GS activity by providing glutamate for ammonia detoxification. In addition, we conclude that sex impacts the complications of liver disease, including sarcopenia and HE, with systemic oxidative stress playing a vital role in the susceptibility to ammonia-induced overt HE.
- Published
- 2022
8. Impact of reversible (Donepezil) and irreversible (the organophosphate NIMP) acetylcholinesterase inhibitors on brain mechanisms investigated by molecular imaging
- Author
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Hugon, Gaëlle, LaBoratoire d'Imagerie biOmédicale MultimodAle Paris-Saclay (BIOMAPS), Service Hospitalier Frédéric Joliot (SHFJ), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Saclay, Michel Bottlaender, Gregory Dal Bo, Alexandra Winkeler, and STAR, ABES
- Subjects
Glucose metabolism ,Inhibiteurs des acetylcholinéstérases ,Métabolisme du glucose ,[SDV.IB.IMA]Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging ,Organophosphoré (NIMP) ,Molecular imaging (PET) ,Barrière hémato-Encéphalique ,Acetylcholinesterase inhibitors ,[SDV.IB.IMA] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging ,Neuroinflammation ,Organophosphate (NIMP) ,[SDV.SP.PHARMA] Life Sciences [q-bio]/Pharmaceutical sciences/Pharmacology ,[SDV.SP.PHARMA]Life Sciences [q-bio]/Pharmaceutical sciences/Pharmacology ,Imagerie moléculaire (TEP) ,Blood Brain Barrier - Abstract
Acetylcholinesterases (AchE) are enzymes widely spread in the central nervous system (CNS) that allow the recycling of acetylcholine (Ach). The use of reversible/irreversible inhibitors of these enzymes prevents the degradation of Ach. Depending on the context of their use, AchE inhibitors can have a beneficial or detrimental impact on brain mechanisms. In the last decades, a class of irreversible AchE inhibitors considered as warfare nerve agents such as sarin gas have been used in various military conflicts and/or in several attacks against civilian populations. They cause an excessive accumulation of Ach in the SNC of people who have been in contact with them, which is considered as intoxication. The hyperexcitability of the CNS following intoxication generates a succession of symptoms that can be detected either in the short or long term, depending on the dose of the nerve agent. Studies following the Tokyo attacks in 1995 showed that even a low dose of toxic that did not cause the emergence of immediate symptoms was capable of generating cognitive disorders, particularly memory impairment, several years after exposure. However, the mechanisms underlying such disorders are still not well understood. AchE can also be used in a therapeutic context. Indeed, in Alzheimer's disease, a decrease in Ach levels are observed. Therefore, reversible AchE inhibitors such as Donepezil (DPZ) are used to maintain normal levels of Ach in the brain, thus allowing a proper brain functioning. The studies carried out in this thesis aimed to determine the effect of these AchE inhibitors on various brain mechanisms. The first study investigated the impact of high and low dose administration of an organophosphate (NIMP; analogue of sarin gas), an irreversible AchE inhibitor, on neuroinflammation using in vivo [¹⁸F]DPA-714 PET imaging. Longitudinal in vivo monitoring of neuroinflammation over several months allowed to identify a therapeutic window for neuroprotective treatment. For the second study a preclinical model of Alzheimer's disease (AD) was employed in order to evaluate in vivo the effects of Donepezil treatment on cerebral glucose metabolism using [¹⁸F]FDG PET. Various pathophysiological mechanisms (neuroinflammation, abnormal accumulation of misfolded proteins (AD)...) are associated with neurological diseases and may impact the blood-brain barrier (BBB) integrity. It is therefore essential to develop tools to quantify BBB permeability in vivo. In this context, a third project combining focused ultrasound and PET was set up in order to investigate the potential of [¹⁸F]FDS PET imaging as a quantitative biomarker of BBB integrity in vivo. In the course of this thesis, PET imaging allowed to investigate different brain functions (neuroinflammation, cerebral glucose metabolism, integrity of the BBB) in order to assess i) changes in brain mechanisms in a longitudinal manner, ii) a therapeutic follow-up and iii) validate a new biomarker., Les acétylcholinestérases (AchE) sont des enzymes largement distribuées au sein du système nerveux central (SNC) permettant le recyclage de l’acétylcholine (Ach). L’utilisation d’inhibiteurs réversibles/irréversibles de ces dernières empêchent la dégradation de l’Ach. Suivant le contexte d’utilisation, les inhibiteurs des AchE peuvent avoir un impact bénéfique ou néfaste sur les mécanismes cérébraux. Ces dernières décennies, une classe d’inhibiteurs irréversibles des AchE considérés comme des neurotoxiques de guerre tel que le gaz sarin ont été utilisés lors de divers conflits militaires et/ou lors d’attaques ciblant les populations civiles. Ils provoquent une accumulation anormalement élevée d’Ach au sein du SNC des personnes ayant été en contact avec ces derniers, on parle alors d’intoxication. L’hyperexcitabilité du SNC suite à l’intoxication engendre une succession de symptômes détectables soit sur le court ou le long terme selon la dose de toxique à laquelle les personnes ont été exposés. Des études suite aux attentats de Tokyo en 1995 ont mis en évidence que même une faible dose de toxique ne provoquant pas l’apparition de symptômes immédiats était capable de générer des troubles cognitifs notamment mnésiques des années post-exposition. Cependant les mécanismes sous-jacents à de tels troubles restent encore méconnus. L’utilisation des inhibiteurs d’AchE est aussi possible dans un contexte thérapeutique. En effet, dans la maladie d’Alzheimer une diminution des taux d’Ach est observée. Des inhibiteurs cette fois-ci réversibles des AchE comme le Donépézil (DPZ) sont alors utilisés pour maintenir des taux normaux d’Ach dans le cerveau permettant ainsi son bon fonctionnement. Les études réalisées au cours de cette thèse ont pour but de déterminer l’effet de ces inhibiteurs d’AchE sur divers mécanismes cérébraux. La première étude a permis d’analyser l’impact de l’administration d’une forte et d’une faible dose d’un organophosphoré (NIMP ; analogue du gaz sarin), un inhibiteur irréversible des AchE, sur la neuroinflammation en imagerie TEP in vivo via l’utilisation du radiotraceur [¹⁸F]DPA-714. Le suivi de la neuroinflammation in vivo sur plusieurs mois a permis de déterminer une fenêtre thérapeutique d’action pour tester un traitement neuroprotecteur. Pour la deuxième étude un modèle préclinique de la maladie d’Alzheimer (MA) a été employé afin d’évaluer in vivo les effets d’un traitement avec le Donépézil sur le métabolisme cérébral du glucose en utilisant l’imagerie TEP au [¹⁸F]FDG. Divers mécanismes pathophysiologiques (neuroinflammation, accumulation anormale de protéines mal conformées (MA)…) sont associés aux maladies neurologiques et peuvent impacter l’étanchéité de la barrière hématoencéphalique (BHE). Il est donc primordial d’avoir des outils permettant la quantification de la perméabilité de la BHE in vivo. Dans ce cadre, un troisième projet utilisant la technique des ultrasons focalisés mis au point au laboratoire a permis de repositionner l’imagerie TEP au [¹⁸F]-2- fluoro-2-désoxy-sorbitol ([¹⁸F]FDS) comme biomarqueur quantitatif de l’intégrité de la BHE in vivo. Au cours de cette thèse l’imagerie TEP a permis d’investiguer différents fonctionnalités cérébrales (neuroinflammation, métabolisme cérébral du glucose, intégrité de la BHE) afin de i) réaliser un suivi longitudinal, ii) un suivi thérapeutique et iii) valider un nouveau biomarqueur.
- Published
- 2022
9. Development of new gene therapy strategies for Leigh syndrome
- Author
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Reynaud-Dulaurier, Robin, STAR, ABES, [GIN] Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Grenoble Alpes [2020-....], and Elena Moro
- Subjects
Gene therapy ,[SDV.NEU.NB]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology ,[SDV.NEU.NB] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology ,Mitochondrial diseases ,[SDV.NEU]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC] ,Maladies mitochondriales ,[SDV.NEU] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC] ,Blood Brain Barrier ,Thérapie génique ,Barrière Hémato-Encéphalique - Abstract
Mutations in mitochondrial DNA or in nuclear genes involved in the mitochondrial respiratory chain complexes are responsible for mitochondrial disorders. Mutations affecting mitochondrial complex I are responsible for a broad spectrum of disorders among which Leigh syndrome (LS) is the most common in infancy. This condition is fatal during the first years of life and no treatment is currently available. Brain pathology is critical in LS and one the challenges of gene therapy is the limited transfer of genes to the central nervous system due to the impermeability of the blood-brain barrier (BBB). Our hypothesis is that the development of new strategies to improve the cerebral transduction of viral vectors would provide a therapeutic benefit for LS. We first showed that the pathology does not cause anatomical or functional changes of the BBB in Ndufs4 KO mice, a standard model of LS. This result confirms the necessity to overcome the BBB. To this end, we first used an AAV-PHP.B vector, a new variant able to cross the BBB. Gene replacement with this viral vector improved the phenotype and increased the lifespan in Ndufs4 KO mice. This approach provides a proof of concept that widespread restoration of gene expression can alleviate the pathology in a model of severe mitochondrial diseases. Our second method was to combine the injection of an AAV9 vector with the application of focused ultrasound enabling the BBB opening. We first set up ultrasonic parameters affording an efficient and safe increase in BBB permeability. We then showed that this strategy extend the survival of Ndufs4 KO mice. This approach combines two technologies currently used in clinic and therefore represents an interesting prospect for the treatment of LS. Finally, we developed a new genetic construct to study whether the intercellular transfer of mitochondria contributes to the effect of gene therapy. This tool represents a new way of studying mitochondrial transfer both in vitro and in vivo. Overall, my thesis work demonstrates that strategies improving gene delivery to the brain offers new therapeutic perspectives for LS and other conditons affecting the nervous system., Des mutations de l'ADN mitochondrial ou des gènes nucléaires impliqués dans le fonctionnement de chaîne respiratoire mitochondriale sont à l’origine des maladies mitochondriales. Le syndrome de Leigh (SL) est la maladie mitochondriale infantile la plus commune. Cette pathologie est principalement caractérisée par une atteinte cérébrale. Elle est fatale durant les premières années de vie et aucun traitement n’est actuellement disponible. Un des challenges de la thérapie génique pour cette pathologie concerne le transfert d’un gène dans le système nerveux central du fait de l’imperméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Notre hypothèse est que le développement de nouvelles stratégies permettant d’améliorer la transduction cérébrale des vecteurs viraux permettrait d’obtenir un bénéfice thérapeutique dans le cas du SL. Nous avons tout d’abord montré que la pathologie n’impactait pas l’anatomie et la fonction de la BHE chez les souris Ndufs4 KO, un modèle standard du SL. Ce résultat confirme la nécessité d'utiliser des stratégies permettant de contourner la BHE. Pour cela nous avons tout abord utilisé un vecteur AAV-PHP.B. qui est un nouveau variant traversant la BHE. Le remplacement du gène Ndufs4 avec ce vecteur viral a permis d’améliorer le phénotype et de prolonger la survie des animaux. Cette approche apporte une preuve de concept qu'une restauration généralisée de l'expression du gène permet d’obtenir un effet thérapeutique dans un modèle de maladie mitochondriale sévère. Notre deuxième approche a consisté en la combinaison de l’injection d’un vecteur AAV9 et de l’application d’ultrasons focalisés destinés à perméabiliser la BHE. Après avoir défini des paramètres ultrasonores permettant d’augmenter efficacement et sans danger la perméabilité de BHE sur une large partie du cerveau, nous avons montré que cette stratégie permettait de prolonger la survie des souris Ndufs4 KO. Cette approche expérimentale combine deux technologies déjà utilisées en clinique et pourrait donc représenter une perspective intéressante pour le traitement su SL. Enfin, nous avons mis au point une nouvelle construction génétique permettant d’étudier si le transfert intercellulaire de mitochondries participe à l’effet de la thérapie génique. Cet outil représente un nouveau moyen d’étudier le transfert des mitochondries à la fois in vitro et in vivo. Ce travail de thèse apporte la démonstration que des stratégies permettant d’améliorer le transfert de gènes vers le cerveau offre de nouvelles perspectives thérapeutiques pour le SL ainsi que pour d’autres pathologies affectant le système nerveux.
- Published
- 2022
10. Impact of overweight and hyperglycemia on the blood-brain barrier and brain plasticity : protective effects of P. mauritianum and A. borbonica, two Reunionese medicinal plants
- Author
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Ghaddar, Batoul, STAR, ABES, Diabète athérothrombose et thérapies Réunion Océan Indien (DéTROI), Université de La Réunion (UR)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université de la Réunion, and Nicolas Diotel
- Subjects
Inflammation ,[SDV.MHEP.EM] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Endocrinology and metabolism ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Neurogenesis ,[SCCO.NEUR]Cognitive science/Neuroscience ,Diabetes ,Stress oxydatif ,[SCCO.NEUR] Cognitive science/Neuroscience ,Diabète ,[SDV.MHEP.EM]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Endocrinology and metabolism ,Oxidative stress ,Central nervous system ,Obesity ,Neurogenèse ,Obésité ,Blood-Brain barrier ,Système nerveux central ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology - Abstract
Obesity is a worldwide epidemic leading to many health concerns and is a risk factor for the development of type 2 diabetes. In Reunion Island, obesity and diabetes are widely spread among the population. Both diseases share several metabolic disorders and have been recently implicated in deteriorating brain health, contributing to cognitive impairments. The mechanisms behind the onset of altered brain homeostasis are not well understood. Besides, no therapy has yet been established to prevent brain disruptions. The aim of this thesis is to study the impact of obesity/prediabetes on brain homeostasis and cerebral plasticity, and then to alleviate these deleterious effects using medicinal plants from Reunion Island. To this end, we set up a diet-induced obesity (DIO) protocol in zebrafish (Danio rerio). Zebrafish recently emerges as a relevant model to mimic metabolic diseases (obesity and diabetes), and to investigate brain homeostasis and plasticity (i.e., blood-brain barrier (BBB) and neurogenesis). Our DIO model, established by overfeeding adult zebrafish for 4 weeks, resulted in metabolic disorders and loss of central nervous system (CNS) homeostasis. Indeed, DIO fish displayed increased body weight and body mass index (BMI), hyperglycemia, liver steatosis and disturbed redox balance. In the central nervous system, overfeeding led to BBB leakage, neuro-inflammation, cerebral oxidative stress and decreased neurogenesis. As well, a change in the locomotor behavior was observed in obese fish. In a next step, we tested the potential beneficial properties of two Reunionese plants registered in the French pharmacopeia: Antirhea borbonica (A. borbonica) and Psiloxylon mauritianum (P. mauritianum). Both plants were traditionally used for their positive effects on metabolic disruptions as “anti-diabetic” effects for A. borbonica and “anti-lipidemic” for P. mauritianum. However, the scientific data supporting these properties are lacking. First, the chemical analysis of aqueous extract of A. borbonica and P. mauritianum revealed their abundance in polyphenols, correlated to their antioxidant properties. LC-MS/MS analysis was used to determine the nature of the polyphenolic compounds in each extract. Next, we performed toxicity assays using OECD guidelines 36 (Organization for Economic Co-operation and Development) (OECD, 2013) and defined a maximum non-toxic concentration for each extract. The overnight treatment with aqueous extract of A. borbonica (0.5g/L) during the DIO protocol demonstrated its preventive properties against the deleterious effects on the CNS induced by overfeeding. Indeed, A. borbonica preserved the BBB function, prevented the increase in cerebral oxidative stress, neuro-inflammation and normalized neurogenesis. Similarly, the aqueous extract of P. mauritianum (0.25 g/L) was tested on adult DIO zebrafish and in high-fat diet (HFD) treated larvae. The treatment avoided lipid accumulation in HFD larvae. It also prevented body weight increase, BMI, hyperglycemia and liver steatosis in adult DIO zebrafish. Furthermore, brain homeostasis seems to be preserved probably through P. mauritianum anti-weight gain properties. We suggested that P. mauritianum could significantly affect lipid absorption and metabolism possibly through the modulation of gut microbiota. In conclusion, during this thesis, we have developed a simple and rapid overfeeding (DIO) model inducing peripheral and CNS disruptions similar to those encountered in mammals. For the first time, we studied the toxicity of aqueous extract of the two medicinal plants A. borbonica and P. mauritianum. We confirmed their beneficial effects on different metabolic parameters and on the brain using zebrafish model of obesity and prediabetes. Together, these data highlight the use of zebrafish to mimic metabolic diseases and to screen the beneficial properties of medicinal plants extracts., L'obésité est une épidémie mondiale entraînant de nombreux problèmes de santé et constitue un facteur de risque pour le développement du diabète de type 2. Les deux maladies partagent plusieurs troubles métaboliques et ont récemment été impliquées dans la détérioration de la santé cérébrale, contribuant aux troubles cognitifs. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact de l'obésité/prédiabète sur l'homéostasie cérébrale et la plasticité cérébrale, puis d'atténuer ces effets délétères à l'aide de plantes médicinales réunionnaises. Pour cela, nous avons mis en place un protocole d'obésité induite par l'alimentation (DIO) chez le poisson zèbre (Danio rerio). Notre modèle DIO, établi en suralimentant des poissons zèbres adultes pendant 4 semaines, a entraîné des troubles métaboliques et une perte d'homéostasie du système nerveux central (SNC). Dans un second temps, nous avons testé les propriétés bénéfiques potentielles de deux plantes réunionnaises inscrites à la pharmacopée française : Antirhea borbonica (A. borbonica) et Psiloxylon mauritianum (P. mauritianum). Dans un premier temps, l'analyse chimique d'extraits aqueux d'A. borbonica et de P. mauritianum a révélé leur abondance en polyphénols, corrélée à leurs propriétés antioxydantes. Les deux plantes reflètent des effets préventifs luttant contre les effets DIO sur la périphérie et le cerveau. En conclusion, au cours de cette thèse, nous avons développé un modèle simple et rapide de suralimentation (DIO) induisant des perturbations périphériques et du SNC similaires à celles rencontrées chez les mammifères. Pour la première fois, nous avons étudié la toxicité de l'extrait aqueux des deux plantes médicinales A. borbonica et P. mauritianum. Nous avons confirmé leurs effets bénéfiques sur différents paramètres métaboliques et sur le cerveau en utilisant le modèle d'obésité et de prédiabète du poisson zèbre. Ensemble, ces données mettent en évidence l'utilisation du poisson zèbre pour imiter les maladies métaboliques et pour dépister les propriétés bénéfiques des extraits de plantes médicinales.
- Published
- 2022
11. Impact de l’exposition aux inhibiteurs réversibles (Donépézil) et irréversibles (l’organophosphoré NIMP) des acétylcholinestérases sur les mécanismes cérébraux étudié par imagerie moléculaire
- Author
-
Hugon, Gaëlle, STAR, ABES, LaBoratoire d'Imagerie biOmédicale MultimodAle Paris-Saclay (BIOMAPS), Service Hospitalier Frédéric Joliot (SHFJ), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Saclay, Michel Bottlaender, Gregory Dal Bo, and Alexandra Winkeler
- Subjects
Glucose metabolism ,Inhibiteurs des acetylcholinéstérases ,Métabolisme du glucose ,[SDV.IB.IMA]Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging ,Organophosphoré (NIMP) ,Molecular imaging (PET) ,Barrière hémato-Encéphalique ,Acetylcholinesterase inhibitors ,[SDV.IB.IMA] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging ,Neuroinflammation ,Organophosphate (NIMP) ,[SDV.SP.PHARMA] Life Sciences [q-bio]/Pharmaceutical sciences/Pharmacology ,[SDV.SP.PHARMA]Life Sciences [q-bio]/Pharmaceutical sciences/Pharmacology ,Imagerie moléculaire (TEP) ,Blood Brain Barrier - Abstract
Acetylcholinesterases (AchE) are enzymes widely spread in the central nervous system (CNS) that allow the recycling of acetylcholine (Ach). The use of reversible/irreversible inhibitors of these enzymes prevents the degradation of Ach. Depending on the context of their use, AchE inhibitors can have a beneficial or detrimental impact on brain mechanisms. In the last decades, a class of irreversible AchE inhibitors considered as warfare nerve agents such as sarin gas have been used in various military conflicts and/or in several attacks against civilian populations. They cause an excessive accumulation of Ach in the SNC of people who have been in contact with them, which is considered as intoxication. The hyperexcitability of the CNS following intoxication generates a succession of symptoms that can be detected either in the short or long term, depending on the dose of the nerve agent. Studies following the Tokyo attacks in 1995 showed that even a low dose of toxic that did not cause the emergence of immediate symptoms was capable of generating cognitive disorders, particularly memory impairment, several years after exposure. However, the mechanisms underlying such disorders are still not well understood. AchE can also be used in a therapeutic context. Indeed, in Alzheimer's disease, a decrease in Ach levels are observed. Therefore, reversible AchE inhibitors such as Donepezil (DPZ) are used to maintain normal levels of Ach in the brain, thus allowing a proper brain functioning. The studies carried out in this thesis aimed to determine the effect of these AchE inhibitors on various brain mechanisms. The first study investigated the impact of high and low dose administration of an organophosphate (NIMP; analogue of sarin gas), an irreversible AchE inhibitor, on neuroinflammation using in vivo [¹⁸F]DPA-714 PET imaging. Longitudinal in vivo monitoring of neuroinflammation over several months allowed to identify a therapeutic window for neuroprotective treatment. For the second study a preclinical model of Alzheimer's disease (AD) was employed in order to evaluate in vivo the effects of Donepezil treatment on cerebral glucose metabolism using [¹⁸F]FDG PET. Various pathophysiological mechanisms (neuroinflammation, abnormal accumulation of misfolded proteins (AD)...) are associated with neurological diseases and may impact the blood-brain barrier (BBB) integrity. It is therefore essential to develop tools to quantify BBB permeability in vivo. In this context, a third project combining focused ultrasound and PET was set up in order to investigate the potential of [¹⁸F]FDS PET imaging as a quantitative biomarker of BBB integrity in vivo. In the course of this thesis, PET imaging allowed to investigate different brain functions (neuroinflammation, cerebral glucose metabolism, integrity of the BBB) in order to assess i) changes in brain mechanisms in a longitudinal manner, ii) a therapeutic follow-up and iii) validate a new biomarker., Les acétylcholinestérases (AchE) sont des enzymes largement distribuées au sein du système nerveux central (SNC) permettant le recyclage de l’acétylcholine (Ach). L’utilisation d’inhibiteurs réversibles/irréversibles de ces dernières empêchent la dégradation de l’Ach. Suivant le contexte d’utilisation, les inhibiteurs des AchE peuvent avoir un impact bénéfique ou néfaste sur les mécanismes cérébraux. Ces dernières décennies, une classe d’inhibiteurs irréversibles des AchE considérés comme des neurotoxiques de guerre tel que le gaz sarin ont été utilisés lors de divers conflits militaires et/ou lors d’attaques ciblant les populations civiles. Ils provoquent une accumulation anormalement élevée d’Ach au sein du SNC des personnes ayant été en contact avec ces derniers, on parle alors d’intoxication. L’hyperexcitabilité du SNC suite à l’intoxication engendre une succession de symptômes détectables soit sur le court ou le long terme selon la dose de toxique à laquelle les personnes ont été exposés. Des études suite aux attentats de Tokyo en 1995 ont mis en évidence que même une faible dose de toxique ne provoquant pas l’apparition de symptômes immédiats était capable de générer des troubles cognitifs notamment mnésiques des années post-exposition. Cependant les mécanismes sous-jacents à de tels troubles restent encore méconnus. L’utilisation des inhibiteurs d’AchE est aussi possible dans un contexte thérapeutique. En effet, dans la maladie d’Alzheimer une diminution des taux d’Ach est observée. Des inhibiteurs cette fois-ci réversibles des AchE comme le Donépézil (DPZ) sont alors utilisés pour maintenir des taux normaux d’Ach dans le cerveau permettant ainsi son bon fonctionnement. Les études réalisées au cours de cette thèse ont pour but de déterminer l’effet de ces inhibiteurs d’AchE sur divers mécanismes cérébraux. La première étude a permis d’analyser l’impact de l’administration d’une forte et d’une faible dose d’un organophosphoré (NIMP ; analogue du gaz sarin), un inhibiteur irréversible des AchE, sur la neuroinflammation en imagerie TEP in vivo via l’utilisation du radiotraceur [¹⁸F]DPA-714. Le suivi de la neuroinflammation in vivo sur plusieurs mois a permis de déterminer une fenêtre thérapeutique d’action pour tester un traitement neuroprotecteur. Pour la deuxième étude un modèle préclinique de la maladie d’Alzheimer (MA) a été employé afin d’évaluer in vivo les effets d’un traitement avec le Donépézil sur le métabolisme cérébral du glucose en utilisant l’imagerie TEP au [¹⁸F]FDG. Divers mécanismes pathophysiologiques (neuroinflammation, accumulation anormale de protéines mal conformées (MA)…) sont associés aux maladies neurologiques et peuvent impacter l’étanchéité de la barrière hématoencéphalique (BHE). Il est donc primordial d’avoir des outils permettant la quantification de la perméabilité de la BHE in vivo. Dans ce cadre, un troisième projet utilisant la technique des ultrasons focalisés mis au point au laboratoire a permis de repositionner l’imagerie TEP au [¹⁸F]-2- fluoro-2-désoxy-sorbitol ([¹⁸F]FDS) comme biomarqueur quantitatif de l’intégrité de la BHE in vivo. Au cours de cette thèse l’imagerie TEP a permis d’investiguer différents fonctionnalités cérébrales (neuroinflammation, métabolisme cérébral du glucose, intégrité de la BHE) afin de i) réaliser un suivi longitudinal, ii) un suivi thérapeutique et iii) valider un nouveau biomarqueur.
- Published
- 2022
12. Impact du surpoids et de l'hyperglycémie sur la barrière hémato-encéphalique et la plasticité cérébrale : Effets protecteurs de P. mauritianum et d’A. borbonica, deux plantes médicinales réunionnaises
- Author
-
Ghaddar, Batoul and STAR, ABES
- Subjects
Inflammation ,[SDV.MHEP.EM] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Endocrinology and metabolism ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Neurogenesis ,Diabetes ,Stress oxydatif ,[SCCO.NEUR] Cognitive science/Neuroscience ,Diabète ,Oxidative stress ,Central nervous system ,Obesity ,Neurogenèse ,Obésité ,Blood-Brain barrier ,Système nerveux central - Abstract
Obesity is a worldwide epidemic leading to many health concerns and is a risk factor for the development of type 2 diabetes. In Reunion Island, obesity and diabetes are widely spread among the population. Both diseases share several metabolic disorders and have been recently implicated in deteriorating brain health, contributing to cognitive impairments. The mechanisms behind the onset of altered brain homeostasis are not well understood. Besides, no therapy has yet been established to prevent brain disruptions. The aim of this thesis is to study the impact of obesity/prediabetes on brain homeostasis and cerebral plasticity, and then to alleviate these deleterious effects using medicinal plants from Reunion Island. To this end, we set up a diet-induced obesity (DIO) protocol in zebrafish (Danio rerio). Zebrafish recently emerges as a relevant model to mimic metabolic diseases (obesity and diabetes), and to investigate brain homeostasis and plasticity (i.e., blood-brain barrier (BBB) and neurogenesis). Our DIO model, established by overfeeding adult zebrafish for 4 weeks, resulted in metabolic disorders and loss of central nervous system (CNS) homeostasis. Indeed, DIO fish displayed increased body weight and body mass index (BMI), hyperglycemia, liver steatosis and disturbed redox balance. In the central nervous system, overfeeding led to BBB leakage, neuro-inflammation, cerebral oxidative stress and decreased neurogenesis. As well, a change in the locomotor behavior was observed in obese fish. In a next step, we tested the potential beneficial properties of two Reunionese plants registered in the French pharmacopeia: Antirhea borbonica (A. borbonica) and Psiloxylon mauritianum (P. mauritianum). Both plants were traditionally used for their positive effects on metabolic disruptions as “anti-diabetic” effects for A. borbonica and “anti-lipidemic” for P. mauritianum. However, the scientific data supporting these properties are lacking. First, the chemical analysis of aqueous extract of A. borbonica and P. mauritianum revealed their abundance in polyphenols, correlated to their antioxidant properties. LC-MS/MS analysis was used to determine the nature of the polyphenolic compounds in each extract. Next, we performed toxicity assays using OECD guidelines 36 (Organization for Economic Co-operation and Development) (OECD, 2013) and defined a maximum non-toxic concentration for each extract. The overnight treatment with aqueous extract of A. borbonica (0.5g/L) during the DIO protocol demonstrated its preventive properties against the deleterious effects on the CNS induced by overfeeding. Indeed, A. borbonica preserved the BBB function, prevented the increase in cerebral oxidative stress, neuro-inflammation and normalized neurogenesis. Similarly, the aqueous extract of P. mauritianum (0.25 g/L) was tested on adult DIO zebrafish and in high-fat diet (HFD) treated larvae. The treatment avoided lipid accumulation in HFD larvae. It also prevented body weight increase, BMI, hyperglycemia and liver steatosis in adult DIO zebrafish. Furthermore, brain homeostasis seems to be preserved probably through P. mauritianum anti-weight gain properties. We suggested that P. mauritianum could significantly affect lipid absorption and metabolism possibly through the modulation of gut microbiota. In conclusion, during this thesis, we have developed a simple and rapid overfeeding (DIO) model inducing peripheral and CNS disruptions similar to those encountered in mammals. For the first time, we studied the toxicity of aqueous extract of the two medicinal plants A. borbonica and P. mauritianum. We confirmed their beneficial effects on different metabolic parameters and on the brain using zebrafish model of obesity and prediabetes. Together, these data highlight the use of zebrafish to mimic metabolic diseases and to screen the beneficial properties of medicinal plants extracts., L'obésité est une épidémie mondiale entraînant de nombreux problèmes de santé et constitue un facteur de risque pour le développement du diabète de type 2. Les deux maladies partagent plusieurs troubles métaboliques et ont récemment été impliquées dans la détérioration de la santé cérébrale, contribuant aux troubles cognitifs. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact de l'obésité/prédiabète sur l'homéostasie cérébrale et la plasticité cérébrale, puis d'atténuer ces effets délétères à l'aide de plantes médicinales réunionnaises. Pour cela, nous avons mis en place un protocole d'obésité induite par l'alimentation (DIO) chez le poisson zèbre (Danio rerio). Notre modèle DIO, établi en suralimentant des poissons zèbres adultes pendant 4 semaines, a entraîné des troubles métaboliques et une perte d'homéostasie du système nerveux central (SNC). Dans un second temps, nous avons testé les propriétés bénéfiques potentielles de deux plantes réunionnaises inscrites à la pharmacopée française : Antirhea borbonica (A. borbonica) et Psiloxylon mauritianum (P. mauritianum). Dans un premier temps, l'analyse chimique d'extraits aqueux d'A. borbonica et de P. mauritianum a révélé leur abondance en polyphénols, corrélée à leurs propriétés antioxydantes. Les deux plantes reflètent des effets préventifs luttant contre les effets DIO sur la périphérie et le cerveau. En conclusion, au cours de cette thèse, nous avons développé un modèle simple et rapide de suralimentation (DIO) induisant des perturbations périphériques et du SNC similaires à celles rencontrées chez les mammifères. Pour la première fois, nous avons étudié la toxicité de l'extrait aqueux des deux plantes médicinales A. borbonica et P. mauritianum. Nous avons confirmé leurs effets bénéfiques sur différents paramètres métaboliques et sur le cerveau en utilisant le modèle d'obésité et de prédiabète du poisson zèbre. Ensemble, ces données mettent en évidence l'utilisation du poisson zèbre pour imiter les maladies métaboliques et pour dépister les propriétés bénéfiques des extraits de plantes médicinales.
- Published
- 2022
13. Improvement of human blood-brain barrier models with shear stress : example of hCMEC/D3 cells
- Author
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Choublier, Nina, Optimisation thérapeutique en Neuropsychopharmacologie (OPTeN (UMR_S_1144 / U1144)), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris Cité (UPCité), Université Paris Cité, Xavier Declèves, and STAR, ABES
- Subjects
Brain microvascular endothelial cells ,Barrière hémato-encéphalique ,Shear stress ,Cellules endothéliales de microvaisseaux cérébraux ,BBB-On-Chip ,Contrainte de cisaillement ,In vitro models ,BHE sur puce ,[SDV.BC]Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology ,Modèles in vitro ,[SDV.BC] Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology ,Blood-brain barrier - Abstract
In vitro blood-brain barrier (BBB) models are important for studying the exchanges between the blood and the brain. The particularity of the BBB brings unique properties to endothelial cells in terms of structure and functions. In vitro models are primarily composed of brain microvascular endothelial cells (BMEC), which ensure both protective sealing and selective transport at the BBB. Immortalized hCMEC/D3 cells represent the most widely used human BMEC cell line, but exhibit low tightness due to the lack of expression of some transporters and junctions. Endothelial cells are constantly submitted to hemodynamical forces derived from the blood circulation, including shear stress. This tangential force exerted on cell surface improves endothelial differentiation, suggesting that SS could optimize the BBB characteristics through upregulating some key proteins in BMEC cultures. In this work, we evaluate the response to SS in hCMEC/D3 cells. A global proteomic study showed that SS exposure induced activation of both antioxidant and anti-inflammatory pathways, suggesting that SS positively affected quiescence and homeostasis in hCMEC/D3 cells. However, SS did not increase expression levels of junctional proteins none their pericellular localisation. Similarly, both expression and activity of efflux transporters were not induced by SS. Then, hCMEC/D3 cells were cultured at the interface between two compartments. We hypothesized that this more physiologically-relevant organization could improve the BMEC response to flow. We designed and produced a new fluidic device for cultivating cells under laminar and homogenous SS, but also to investigate specific BBB properties. Our results demonstrate that paracellular permeability of hCMEC/D3 cells was reduced after SS exposure. SS initiated a reorganization at both cytoskeletal and membrane levels. Surprisingly, hCMEC/D3 cells exposed to SS exhibited a different orientation according to the device configuration. Actually, cells align them perpendicularly to the flow axis when they are cultured in a single channel fluidic device, whereas they orientate in the flow direction when they are seeded on a semi-permeable membrane separating two compartments. Taken together, these data confirm the mechano-transduction properties of hCMEC/D3 cells. Cells exposed to SS resulted in a more physiologically-relevant phenotype. However, SS did not increase levels of key proteins and transporters at the BBB. Other elements from the cellular microenvironment seems to interfere with the cell response to flow, including the material in which cells are cultured. These results highlighted the complexity of the SS response in BMEC. Until now, the literature does not allow to clearly attest to a BMEC differentiation under SS. We suggest several elements to take into consideration to better understand the BMEC response to SS., Les modèles de barrière hémato-encéphalique (BHE) in vitro sont de précieux outils pour étudier les échanges entre le sang et le cerveau. Ces modèles sont principalement constitués de cellules endothéliales microvasculaires cérébrales (BMEC), qui détiennent les propriétés physiques et métaboliques de la BHE. Le modèle de référence de BMEC humaines est la lignée de cellules hCMEC/D3, mais leur perméabilité est altérée en raison de l'expression insuffisante de certains transporteurs et jonctions. Le shear stress (SS) est une force de cisaillement exercée par l'écoulement du sang sur la surface des BMEC, qui améliore la différenciation des cellules endothéliales. Nous supposons qu'elle pourrait optimiser les caractéristiques de barrière des BMEC en culture en restaurant l'expression de protéines spécifiques de la BHE. Ce travail a consisté à évaluer l'impact du SS sur les cellules hCMEC/D3. Une étude protéomique globale a montré que l'exposition à un SS physiologique induit l'activation des voies antioxydantes et anti-inflammatoires. Le SS participerait donc à la quiescence et l'homéostasie des cellules hCMEC/D3. En revanche, il n'a pas permis d'augmenter l'expression de protéines jonctionnelles, ni leur localisation membranaire. De même, l'activité et l'expression de transporteurs d'efflux n'était pas induite par le flux. Nous avons ensuite cultivé les cellules hCMEC/D3 à l'interface entre deux compartiments, en supposant que cette architecture plus fidèle à la BHE pourrait favoriser la réponse des cellules au SS. Un dispositif de flux a été spécialement conçu pour la culture de BMEC sous un SS homogène et laminaire, ainsi que pour l'étude des propriétés spécifiques de la BHE. Nos résultats suggèrent que le SS limiterait la perméabilité paracellulaire des cellules hCMEC/D3. Enfin, le SS a conduit à un réarrangement du cytosquelette et de la membrane plasmique. De manière surprenante, les cellules exposées au SS s'orientent différemment selon le dispositif dans lequel elles sont cultivées. Alors qu'elles adoptent une orientation perpendiculaire au flux dans un canal unique, elles s'alignent dans le sens de l'écoulement lorsqu'elles sont cultivées sur une membrane semi-perméable séparant deux compartiments. L'ensemble de ces données confirme les capacités de mécano-transduction des cellules hCMEC/D3. Le SS améliore leur physiologie globale mais ne favorise pas l'expression de protéines clés de la BHE. D'autres éléments du microenvironnement semblent nécessaires pour optimiser les caractéristiques de barrière, comme le support sur lequel les cellules reposent. Ces résultats soulignent la complexité de la réponse des BMEC au SS. Jusqu'à présent, une grande disparité de résultats est observée dans les publications en raison de méthodes de culture très variées. Nous proposons plusieurs éléments de considération qui pourraient accélérer la compréhension de la réponse des BMEC au SS.
- Published
- 2021
14. Interactions entre le virus HTLV-1 et les barrières de l'hôte.
- Author
-
Percher, Florent, Vidy, Aurore, Gessain, Antoine, Ceccaldi, Pierre-Emmanuel, and Afonso, Philippe-V.
- Abstract
HTLV-1 (Human T-cell Lymphotropic Virus Type 1) is a human retrovirus that infects around 10 million people worldwide. It can be transmitted by sexual contact, transfusion of contaminated blood, and from infected mother-tochild during prolonged breastfeeding. The latter involves viral crossing of the digestive tract. HTLV-1 is the etiological agent of both a lymphoproliferative malignancy, Adult T-cell leukemia/lymphoma, and a chronic inflammatory neuromyelopathy, the Tropical Spastic Paraparesis/HTLV-1 Associated Myelopathy (TSP/HAM). TSP/HAM is characterized by HTLV-1-infected lymphocyte infiltration in the central nervous system; these cells cross the blood-brain barrier, an anatomical barrier that normally isolates and protects the central nervous system from blood. In this context, the present review focuses on latest findings and opinions on the interactions of HTLV-1 with the intestinal barrier, as involved in mother-to-child viral transmission, and with the blood-brain barrier, as involved in TSP/HAM pathogenesis. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
- Published
- 2017
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15. L'encéphalopathie hépatique, du diagnostic au traitement en 2016.
- Author
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Mouri, S., Bouzbib, C., El Mourabit, H., Schaefer, A., Imbert-Bismut, F., Galanaud, D., Tripon, S., Mallet, M., Rudler, M., Housset, C., Thabut, D., and Weiss, N.
- Abstract
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- Published
- 2016
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16. Développement de solutions d’assistance robotique pour l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique par ultrasons focalisés
- Author
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Thomas, Gaëlle, Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg, and Jonathan Vappou
- Subjects
Assistance robotique ,Planification thérapeutique ,Therapy planning ,Blood-Brain Barrier ,Focused Ultrasound ,Ultrasons Focalisés ,Trajectory planning ,[INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO] ,[PHYS.MECA.BIOM]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph] ,Robotic assistance ,Génération de trajectoire ,Barrière Hémato-Encéphalique - Abstract
Blood-Brain Barrier (BBB) opening with Focused Ultrasound (FU) is a technique that could significantly improve drug delivery into the brain, especially for treating tumors and neurodegenerative diseases. As a natural selective frontier, the BBB prevents almost 100 % of injected therapeutic agents to reach the brain cells. About fifteen years of preclinical studies have shown the efficiency and safety of using FU to open the BBB in order to facilitate bioavailability of drugs. Different devices are currently under clinical studies in order to evaluate the safety of this technique on the human model. The topic of this thesis is to introduce a new solution based on the use of a neuronavigation-guided robotic manipulator to perform BBB opening. The main interest of using robotics in this task is the possibility to target large volumes by generating complex trajectories which parameters are deduced from acoustic considerations. A planning method enabling to generate a patient-dedicated treatment was designed and tested. A sweeping trajectory generator was implemented and can theoretically induce BBB opening on a target surface of about ten cm².; L’ouverture de la Barrière Hémato-Encéphalique (oBHE) par Ultrasons Focalisés (UF) est une technique qui pourrait améliorer considérablement les effets thérapeutiques des médicaments dédiés aux maladies du cerveau. La BHE est en effet responsable de l’inefficacité de presque 100 % des molécules visant ces pathologies. La transposition de la technique d’oBHE par UF vers une application clinique est très récente. Plusieurs essais chez l’humain sont actuellement en cours, avec des solutions cliniques différentes. Dans ce travail de thèse, nous étudions une solution où le transducteur ultrasonore est positionné grâce à un manipulateur robotique guidé par neuronavigation. L’intérêt de la robotique dans ce contexte est de pouvoir traiter des zones cibles plus larges par la génération de trajectoires complexes adaptées aux contraintes acoustiques du problème. La méthode proposée permet de réaliser la planification d’un traitement personnalisé pour une anatomie de patient donnée. Le modèle de trajectoire de balayage élaboré permet théoriquement d’ouvrir la BHE sur des zones cibles étendues de l'ordre d'une dizaine de cm².
- Published
- 2021
17. Robotic assistance for blood-brain barrier opening with focused ultrasound
- Author
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Thomas, Gaëlle, Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg, Jonathan Vappou, and STAR, ABES
- Subjects
Therapy planning ,[INFO.INFO-RB] Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO] ,[PHYS.MECA.BIOM] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph] ,Trajectory planning ,Robotic assistance ,Génération de trajectoire ,Assistance robotique ,Planification thérapeutique ,Blood-Brain Barrier ,Focused Ultrasound ,Ultrasons Focalisés ,[INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO] ,[PHYS.MECA.BIOM]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph] ,Barrière Hémato-Encéphalique - Abstract
Blood-Brain Barrier (BBB) opening with Focused Ultrasound (FU) is a technique that could significantly improve drug delivery into the brain, especially for treating tumors and neurodegenerative diseases. As a natural selective frontier, the BBB prevents almost 100 % of injected therapeutic agents to reach the brain cells. About fifteen years of preclinical studies have shown the efficiency and safety of using FU to open the BBB in order to facilitate bioavailability of drugs. Different devices are currently under clinical studies in order to evaluate the safety of this technique on the human model. The topic of this thesis is to introduce a new solution based on the use of a neuronavigation-guided robotic manipulator to perform BBB opening. The main interest of using robotics in this task is the possibility to target large volumes by generating complex trajectories which parameters are deduced from acoustic considerations. A planning method enabling to generate a patient-dedicated treatment was designed and tested. A sweeping trajectory generator was implemented and can theoretically induce BBB opening on a target surface of about ten cm²., L’ouverture de la Barrière Hémato-Encéphalique (oBHE) par Ultrasons Focalisés (UF) est une technique qui pourrait améliorer considérablement les effets thérapeutiques des médicaments dédiés aux maladies du cerveau. La BHE est en effet responsable de l’inefficacité de presque 100 % des molécules visant ces pathologies. La transposition de la technique d’oBHE par UF vers une application clinique est très récente. Plusieurs essais chez l’humain sont actuellement en cours, avec des solutions cliniques différentes. Dans ce travail de thèse, nous étudions une solution où le transducteur ultrasonore est positionné grâce à un manipulateur robotique guidé par neuronavigation. L’intérêt de la robotique dans ce contexte est de pouvoir traiter des zones cibles plus larges par la génération de trajectoires complexes adaptées aux contraintes acoustiques du problème. La méthode proposée permet de réaliser la planification d’un traitement personnalisé pour une anatomie de patient donnée. Le modèle de trajectoire de balayage élaboré permet théoriquement d’ouvrir la BHE sur des zones cibles étendues de l'ordre d'une dizaine de cm².
- Published
- 2021
18. La place de la cryothérapie dans le traitement de la récidive du glioblastome
- Author
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Cebula, Hélène, Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg, Michel de Mathelin, Afshin Gangi, and STAR, ABES
- Subjects
Glioblastome ,Focal therpay ,Thérapies focales ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Cryotherapy ,Blood brain barrier ,Glioblastoma ,Cryothérapie ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology - Abstract
The objective of this thesis is to analyze the place of MRI-guided cryotherapy in the therapeutic strategy for recurrence of glioblastoma. Recurrence of glioblastoma, the most frequent primary malignant tumor in adults, is inevitable with a median survival rate of 8-9 months. Therefore, any new therapeutic modality represents an opportunity to improve survival. Oncologic cryoablation is performed by introducing, under radiological guidance, one or more cryoprobe (s) within a tumor process thus exposing it for a few minutes to extremely low temperatures. In addition, the procedure has been modernized to accurately apply cycles of the freezing and thawing phases. Four biological cellular injury mechanisms are induced and associated in time and space: direct or indirect cellular injury, vascular injury, apoptosis and immunomodulation. By its mechanism, cryotherapy could potentiate the effect of radiotherapy. Thus, a comparison of cryotherapy and radiotherapy treatments alone compared to their combination, on murine brain tumors grafted on immunocompetent mouse models was carried out. The results confirmed the potentiation of cryotherapy over radiotherapy with a significant difference in terms of survival in the radiotherapy combined with cryotherapy group compared to the other groups. The survival of six patients who received MRI-guided cryotherapy followed by microsurgical resection for recurrent glioblastoma was analyzed. We noted the absence of major complications. The overall follow-up was 30 months. The median progression-free survival and overall survival were 7.5 months and 22.5 months, respectively, and the 6-month progression-free survival rate was 50%. Radiological analysis in these 6 patients showed probable rupture of the blood brain barrier within an average of 2.83 months, confirmed by the results of the MRI with injection of gadolinium and by the perfusion sequence. All of this work opens up a new weapon in the management of recurrent glioblastoma by introducing cryotherapy into the existing therapeutic arsenal., Ce travail de thèse a pour objectif d’analyser la place de la cryothérapie guidée par IRM dans la stratégie thérapeutique de la récidive du glioblastome. La récidive du glioblastome, tumeur primitive maligne la plus fréquente chez les adultes est inéluctable avec une médiane de survie à la récidive de 8-9 mois. Par conséquent, toute nouvelle modalité thérapeutique représente une opportunité pour améliorer la survie. La cryothérapie à visée carcinologique ou cryoablation est effectuée en introduisant, sous guidage radiologique, une ou plusieurs cryosonde(s) au sein d’un processus tumoral l’exposant ainsi pendant quelques minutes à des températures extrêmement basses. En outre, la procédure s’est modernisée permettant d’appliquer avec précision des cycles de phases de congélation et de décongélation. Quatre mécanismes biologiques lésionnels sont induits et associés dans le temps et l’espace : lésion cellulaire directe ou indirecte, lésion vasculaire, apoptose et immunomodulation. Par ces mécanismes, la cryothérapie pourrait potentialiser l’effet de la radiothérapie. Ainsi, une comparaison des traitements de cryothérapie et radiothérapie seuls par rapport à leur combinaison, sur des tumeurs cérébrales murines greffées en ectopique sur des modèles de souris immunocompétentes a été réalisée. Les résultats confirment la potentialisation de la radiothérapie par la cryothérapie avec une différence significative en termes de survie dans le groupe radiothérapie combinée à la cryothérapie comparée aux autres groupes. La survie de six patients ayant bénéficié d’une cryothérapie guidée par IRM suivie d’une résection microchirurgicale pour une récidive de glioblastome a été analysée. L’absence de complication majeure était observée. La médiane de survie sans progression et de survie globale était respectivement de 7,5 mois et 22,5 mois et le taux de survie sans progression à 6 mois de 50%. L’analyse radiologique chez ces 6 patients a montré une probable rupture de la barrière hémato-encéphalique dans un délai moyen de 2,83 mois, confirmée par les résultats de l’IRM avec injection de produit de contraste et par la séquence de perfusion. L’ensemble de ces travaux permet d’ouvrir une nouvelle piste dans la prise en charge des récidives de glioblastome en introduisant la cryothérapie dans l’arsenal thérapeutique existant.
- Published
- 2021
19. Infection des cellules endothéliales humaines par le virus Zika : rôle des claudines dans l'infection et comme modèles de développement de molécules thérapeutiques
- Author
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Zoladek, Jim, Epidémiologie et Physiopathologie des Virus Oncogènes / Oncogenic Virus Epidemiology and Pathophysiology (EPVO (UMR_3569 / U-Pasteur_3)), Institut Pasteur [Paris] (IP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Université Paris Cité, and Philippe Afonso
- Subjects
Barrière hémato-encéphalique ,Virus Zika ,Claudine ,Flavivirus ,[SDV.MP.VIR]Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology/Virology ,Antiviral peptide ,Peptide antiviral ,Endothelium ,Endothélium ,Infection ,Zika virus ,Blood-brain barrier ,Claudin - Abstract
Zika virus (ZIKV) is an arbovirus belonging to the Flavivirus genus of the Flaviviridae family. ZIKV emergence in the Pacific islands and in the Americas in the xxx led to demonstrate that ZIKV infection was associated with several neuropathologies including Guillain-Barré syndrome and Zika congenital syndrome. During these pathologies, ZIKV is detected in the central nervous system (CNS) evidencing the neuroinvasive capacity of the virus. The CNS is protected against blood-borne pathogens by several anatomical barriers including the blood-brain barrier (BBB), which is composed of different cell types including endothelial cells that form a continuous capillary sealed with tight-junctions. Crossing the BBB could be the result of the productive infection of these endothelial cells. Hence, we focused our study on the mechanisms of such an infection. In vitro, we found a differential susceptibility to ZIKV infection of a human brain microvascular endothelial cell line (hCMEC/D3) in two commercially available culture media. We discovered that the gene coding for claudin-7 (CLDN7) was overexpressed when the cells were the most susceptible to ZIKV infection. Moreover, the knock down (KD) of CLDN7 using lentiviral vectors containing shRNAs reduced the susceptibility to ZIKV infection. We confirmed these findings in other endothelial cells originating from umbilical or the bone marrow veins. Interestingly, even if susceptibility to the infection was altered in CLDN7-KD cells, their ability to bind and internalize viral particles remained unchanged. This suggests that CLDN7 is involved in late steps of the infection (sorting of virions within in the endosomal network or viral fusion to the endosomal membrane). On the contrary, CLDN7-KD had no effect on epithelial cells, suggesting compensation mechanisms or other pathways of infection in these tissues. Based on these observations, we next studied claudin-derived (CLDN1 and CLDN7) peptides and their ability to inhibit ZIKV infection. We discovered that claudin N-terminus-derived peptides had inhibitory properties. Our results suggest that these peptides inhibit viral fusion by directly interacting with the viral particles. We also found that the peptides were broad-spectrum antivirals since they can inhibit in vitro infection of other flaviviruses (i.e. yellow fever virus and Japanese encephalitis virus). This work lead to the discovery of CLDN7-involvement in ZIKV infection, the role of claudins had not been shown for ZIKV. Moreover, our characterization of a broad-spectrum inhibitory peptide helps in the understanding of the infection mechanisms and could serve as a template for therapeutic drug development.; Le virus Zika (ZIKV) est un arbovirus du genre Flavivirus et de la famille des Flaviviridae. Son émergence dans la région Pacifique et en Amérique depuis 2007 a permis d'établir un lien entre l'infection par ZIKV et des pathologies neurologiques, telles que le syndrome de Guillain-Barré et la microcéphalie liée à Zika. Ces pathologies sont associées à la détection de virus dans le système nerveux central (SNC) des patients, ce qui traduit une capacité neuroinvasive du virus. Le SNC est protégé contre les pathogènes présentes dans le sang par un ensemble d'interfaces dont la barrière hémato-encéphalique (BHE). Celle-ci est constituée de différents types cellulaires dont des cellules endothéliales qui forment un capillaire continu à jonctions serrées. L'infection productive des cellules endothéliales cérébrales pourrait constituer un des mécanismes du franchissement de la BHE et donc de la neuroinvasion. Nous nous sommes donc intéressés à l'infection des cellules endothéliales cérébrales par le ZIKV. Nous avons mis en évidence une sensibilité différentielle à l'infection par le ZIKV in vitro des cellules endothéliales cérébrales humaines de la lignée hCMEC/D3 en comparant deux milieux de culture commerciaux. Nous avons observé que le gène codant la claudine-7 (CLDN7) est surexprimé dans les conditions favorisant l'infection. De plus, la baisse d'expression (Knock Down, KD) de CLDN7 par transduction de shARN dans ces cellules à l'aide de vecteurs lentiviraux, réduit la sensibilité au ZIKV. Nous avons confirmé ces observations sur d'autres modèles de cellules endothéliales (de cordon ombilical ou de moelle osseuse). Nous avons observé que, malgré une différence de sensibilité à l'infection des cellules CLDN7-KD, leurs capacités d'adsorption et d'internalisation des particules virales étaient conservées. Ceci suggère donc que CLDN7 participerait aux étapes tardives de l'infection dans les cellules endothéliales (au niveau du sorting des endosomes ou de la fusion avec la membrane cellulaire). En revanche, le KD de CLDN7 n'a eu aucun effet sur l'infection de cellules épithéliales, suggérant des phénomènes de compensation ou l'implication d'autres voies d'infection dans ces tissus. Forts de ces observations, nous avons étudié la capacité de peptides dérivés de séquences de claudines (CLDN1 et CLDN7) à inhiber l'infection par le ZIKV. Nous avons montré que des peptides correspondants à l'extrémité N-terminale des claudines ont un effet inhibiteur sur l'infection. Nos résultats suggèrent que ces peptides inhibent la fusion des membranes en interagissant avec le virion. Nous avons également démontré que ces peptides ont un large spectre d'action antivirale, car ils permettent in vitro d'inhiber l'infection par d'autres Flavivirus tels que le virus de la fièvre jaune ou le virus de l'encéphalite japonaise. Notre travail a permis de mettre en évidence l'importance de CLDN7 dans l'infection par le ZIKV ; le rôle des claudines n'avait pas été montré à ce jour pour ce virus. De plus, notre caractérisation d'un peptide antiviral à large spectre contribue à une meilleure compréhension des mécanismes d'infection et pourrait servir de base de développement de molécules thérapeutiques.
- Published
- 2021
20. Effet du butyrate sur l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique
- Author
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Leblond-Drolet, Vanessa, Dumais, Nancy, Leblond-Drolet, Vanessa, and Dumais, Nancy
- Abstract
La barrière hémato-encéphalique (BHE) est essentielle pour l’homéostasie du cerveau. Les jonctions serrées jouent un rôle majeur dans le maintien de l’intégrité de la BHE en empêchant le passage à travers la BHE de neurotoxines, molécules inflammatoires, pathogènes et cellules du système immunitaire. Éventuellement, la perte d’intégrité de la BHE peut induire des neuropathologies dont certaines sont causées par la migration excessive de monocytes. Le rétablissement de l’intégrité de cette barrière est alors une cible thérapeutique intéressante afin de réduire les risques de maladies neurodégénératives. Des travaux récents démontrent que le butyrate, produit de la fermentation bactérienne intestinale, favorise la synthèse des protéines des jonctions serrées des cellules épithéliales gastro-intestinales. En effet, le butyrate active des voies de signalisation qui mènent à la réparation et au maintien des jonctions serrées intestinales. Par conséquent, nous émettons l’hypothèse que le butyrate, tout comme dans les cellules épithéliales intestinales, resserre les jonctions serrées des cellules endothéliales du cerveau limitant ainsi l’entrée massive de monocytes. Les objectifs de ce projet de maitrise sont : Objectif 1 : Déterminer l’effet du butyrate sur la transcription des gènes et l’expression des protéines des jonctions serrées telles que claudine-5, occludin et zonula occludens-1 (ZO-1) dans les cellules endothéliales microvasculaires du cerveau (HBMEC) ainsi que sur la phosphorylation de l’AMPK, une kinase impliquée dans la régulation de l’expression de ces protéines. Objectif 2 : Vérifier l’impact du butyrate sur la transcription des cytokines et chimiokines pro-inflammatoires telles que TNF-a, IL-1b, IL-6 et IL-10 ainsi que sur IFN-g dans les HBMEC. Objectif 3 : Déterminer l’impact du butyrate sur l’intégrité de la BHE et la migration des monocytes à l’aide d’un modèle bidimensionnel (2D) de la BHE. Nos résultats démontrent qu’un traitement au butyrate des HBME
- Published
- 2021
21. Modulation du microenvironnement tumoral pour contourner la résistance du glioblastome aux traitements
- Author
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Ahmed, Mohammed and STAR, ABES
- Subjects
Glioblastome ,Points de contrôle immunitaire ,[SDV.CAN] Life Sciences [q-bio]/Cancer ,Pompes d’efflux ABC ,Immune checkpoint ,ABC efflux pumps ,Barrière hémato-Encéphalique ,[SDV.IMM.IMM] Life Sciences [q-bio]/Immunology/Immunotherapy ,Blood Brain Barrier ,Glioblastoma - Abstract
Glioblastoma (GBM) is the most frequent and the most aggressive primary brain cancer in adults. The current standard of care of newly diagnosed GBM includes maximal safe surgery followed by concurrent temozolomide (TMZ) and radiotherapy followed by adjuvant TMZ. Despite this intensive therapeutic regimen, the median overall survival is below 18 months. One of the main limitations of current anti-tumor treatments is the blood-brain barrier and the local immunosuppressed microenvironment in the setting of brain cancers.This thesis is focused on overcoming the blood-brain barrier to modulate local immunity to better anti-tumor treatments. Firstly, we reviewed the role of ABC proteins superfamily members expressed in the BBB cells and their role in GBM cells' resistance to chemotherapy. Secondly, we have studied the expression of immune checkpoint proteins CD80 and CD86 and their impacts on outcome in newly diagnosed glioblastoma patients treated with the standard of care. CD86 overexpression is associated with a better prognosis. Finally, we have shown dramatic efficacy of immune checkpoint inhibitors targeting PLD1 when combined with ultrasound-mediated BBB opening in glioblastoma-bearing mice compared to anti-PDL1 alone. BBB and immunity modulations are promising strategies to improve our therapeutic arsenal against glioblastoma., Le glioblastome (GBM) est le cancer du cerveau le plus fréquent et le plus agressif chez l'adulte. Le traitement de référence des patients souffrant d’un GBM nouvellement diagnostiqué repose sur la chirurgie aussi sûre et maximale que possible suivie d’une radiochimiothérapie concomitante et d’une chimiothérapie adjuvante par témozolomide. Malgré ce protocole thérapeutique lourd, la survie globale médiane des patients est inférieure à 18 mois.La barrière hémato-encéphalique (BHE) et le micro-environnement immunodéprimé local limitent l’efficacité des traitements antitumoraux actuels utilisés contre les tumeurs cérébrales.Notre thèse est axée sur le dépassement de la barrière hémato-encéphalique pour moduler l'immunité locale pour des traitements anti-tumoraux plus efficaces.Tout d'abord, nous avons passé en revue le rôle des membres de la superfamille des protéines ABC exprimés dans les cellules de la BHE et leur rôle dans la résistance des cellules de GBM à la chimiothérapie. Deuxièmement, nous avons étudié l'expression des protéines de points de contrôle immunitaires CD80 et CD86 et leurs impacts sur le pronostic des patients souffrant de glioblastome nouvellement diagnostiqué et traités avec le traitement de référence. La surexpression de CD86 est associée à un meilleur pronostic. Enfin, nous avons montré une efficacité spectaculaire des inhibiteurs de points de contrôle immunitaires ciblant PLD1 combinés à une ouverture, médiée par ultrasons, de la BHE chez des souris souffrant de glioblastome par rapport aux anti-PDL1 seuls. Les modulations de la BHE et de l’immunité locale apparaissent comme des stratégies prometteuses pour accroitre notre arsenal thérapeutique contre le glioblastome.
- Published
- 2021
22. The place of cryotherapy in the treatment of recurrent glioblastoma
- Author
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Cebula, Hélène, STAR, ABES, Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Strasbourg, Michel de Mathelin, and Afshin Gangi
- Subjects
Glioblastome ,Focal therpay ,Thérapies focales ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Cryotherapy ,Blood brain barrier ,Glioblastoma ,Cryothérapie ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology - Abstract
The objective of this thesis is to analyze the place of MRI-guided cryotherapy in the therapeutic strategy for recurrence of glioblastoma. Recurrence of glioblastoma, the most frequent primary malignant tumor in adults, is inevitable with a median survival rate of 8-9 months. Therefore, any new therapeutic modality represents an opportunity to improve survival. Oncologic cryoablation is performed by introducing, under radiological guidance, one or more cryoprobe (s) within a tumor process thus exposing it for a few minutes to extremely low temperatures. In addition, the procedure has been modernized to accurately apply cycles of the freezing and thawing phases. Four biological cellular injury mechanisms are induced and associated in time and space: direct or indirect cellular injury, vascular injury, apoptosis and immunomodulation. By its mechanism, cryotherapy could potentiate the effect of radiotherapy. Thus, a comparison of cryotherapy and radiotherapy treatments alone compared to their combination, on murine brain tumors grafted on immunocompetent mouse models was carried out. The results confirmed the potentiation of cryotherapy over radiotherapy with a significant difference in terms of survival in the radiotherapy combined with cryotherapy group compared to the other groups. The survival of six patients who received MRI-guided cryotherapy followed by microsurgical resection for recurrent glioblastoma was analyzed. We noted the absence of major complications. The overall follow-up was 30 months. The median progression-free survival and overall survival were 7.5 months and 22.5 months, respectively, and the 6-month progression-free survival rate was 50%. Radiological analysis in these 6 patients showed probable rupture of the blood brain barrier within an average of 2.83 months, confirmed by the results of the MRI with injection of gadolinium and by the perfusion sequence. All of this work opens up a new weapon in the management of recurrent glioblastoma by introducing cryotherapy into the existing therapeutic arsenal., Ce travail de thèse a pour objectif d’analyser la place de la cryothérapie guidée par IRM dans la stratégie thérapeutique de la récidive du glioblastome. La récidive du glioblastome, tumeur primitive maligne la plus fréquente chez les adultes est inéluctable avec une médiane de survie à la récidive de 8-9 mois. Par conséquent, toute nouvelle modalité thérapeutique représente une opportunité pour améliorer la survie. La cryothérapie à visée carcinologique ou cryoablation est effectuée en introduisant, sous guidage radiologique, une ou plusieurs cryosonde(s) au sein d’un processus tumoral l’exposant ainsi pendant quelques minutes à des températures extrêmement basses. En outre, la procédure s’est modernisée permettant d’appliquer avec précision des cycles de phases de congélation et de décongélation. Quatre mécanismes biologiques lésionnels sont induits et associés dans le temps et l’espace : lésion cellulaire directe ou indirecte, lésion vasculaire, apoptose et immunomodulation. Par ces mécanismes, la cryothérapie pourrait potentialiser l’effet de la radiothérapie. Ainsi, une comparaison des traitements de cryothérapie et radiothérapie seuls par rapport à leur combinaison, sur des tumeurs cérébrales murines greffées en ectopique sur des modèles de souris immunocompétentes a été réalisée. Les résultats confirment la potentialisation de la radiothérapie par la cryothérapie avec une différence significative en termes de survie dans le groupe radiothérapie combinée à la cryothérapie comparée aux autres groupes. La survie de six patients ayant bénéficié d’une cryothérapie guidée par IRM suivie d’une résection microchirurgicale pour une récidive de glioblastome a été analysée. L’absence de complication majeure était observée. La médiane de survie sans progression et de survie globale était respectivement de 7,5 mois et 22,5 mois et le taux de survie sans progression à 6 mois de 50%. L’analyse radiologique chez ces 6 patients a montré une probable rupture de la barrière hémato-encéphalique dans un délai moyen de 2,83 mois, confirmée par les résultats de l’IRM avec injection de produit de contraste et par la séquence de perfusion. L’ensemble de ces travaux permet d’ouvrir une nouvelle piste dans la prise en charge des récidives de glioblastome en introduisant la cryothérapie dans l’arsenal thérapeutique existant.
- Published
- 2021
23. Optimisation des modèles humains de barrière hémato-encéphalique par le shear stress : exemple des cellules hCMEC/D3
- Author
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Choublier, Nina and STAR, ABES
- Subjects
Brain microvascular endothelial cells ,Barrière hémato-encéphalique ,Shear stress ,Cellules endothéliales de microvaisseaux cérébraux ,BBB-On-Chip ,Contrainte de cisaillement ,In vitro models ,BHE sur puce ,Modèles in vitro ,[SDV.BC] Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology ,Blood-brain barrier - Abstract
In vitro blood-brain barrier (BBB) models are important for studying the exchanges between the blood and the brain. The particularity of the BBB brings unique properties to endothelial cells in terms of structure and functions. In vitro models are primarily composed of brain microvascular endothelial cells (BMEC), which ensure both protective sealing and selective transport at the BBB. Immortalized hCMEC/D3 cells represent the most widely used human BMEC cell line, but exhibit low tightness due to the lack of expression of some transporters and junctions. Endothelial cells are constantly submitted to hemodynamical forces derived from the blood circulation, including shear stress. This tangential force exerted on cell surface improves endothelial differentiation, suggesting that SS could optimize the BBB characteristics through upregulating some key proteins in BMEC cultures. In this work, we evaluate the response to SS in hCMEC/D3 cells. A global proteomic study showed that SS exposure induced activation of both antioxidant and anti-inflammatory pathways, suggesting that SS positively affected quiescence and homeostasis in hCMEC/D3 cells. However, SS did not increase expression levels of junctional proteins none their pericellular localisation. Similarly, both expression and activity of efflux transporters were not induced by SS. Then, hCMEC/D3 cells were cultured at the interface between two compartments. We hypothesized that this more physiologically-relevant organization could improve the BMEC response to flow. We designed and produced a new fluidic device for cultivating cells under laminar and homogenous SS, but also to investigate specific BBB properties. Our results demonstrate that paracellular permeability of hCMEC/D3 cells was reduced after SS exposure. SS initiated a reorganization at both cytoskeletal and membrane levels. Surprisingly, hCMEC/D3 cells exposed to SS exhibited a different orientation according to the device configuration. Actually, cells align them perpendicularly to the flow axis when they are cultured in a single channel fluidic device, whereas they orientate in the flow direction when they are seeded on a semi-permeable membrane separating two compartments. Taken together, these data confirm the mechano-transduction properties of hCMEC/D3 cells. Cells exposed to SS resulted in a more physiologically-relevant phenotype. However, SS did not increase levels of key proteins and transporters at the BBB. Other elements from the cellular microenvironment seems to interfere with the cell response to flow, including the material in which cells are cultured. These results highlighted the complexity of the SS response in BMEC. Until now, the literature does not allow to clearly attest to a BMEC differentiation under SS. We suggest several elements to take into consideration to better understand the BMEC response to SS., Les modèles de barrière hémato-encéphalique (BHE) in vitro sont de précieux outils pour étudier les échanges entre le sang et le cerveau. Ces modèles sont principalement constitués de cellules endothéliales microvasculaires cérébrales (BMEC), qui détiennent les propriétés physiques et métaboliques de la BHE. Le modèle de référence de BMEC humaines est la lignée de cellules hCMEC/D3, mais leur perméabilité est altérée en raison de l'expression insuffisante de certains transporteurs et jonctions. Le shear stress (SS) est une force de cisaillement exercée par l'écoulement du sang sur la surface des BMEC, qui améliore la différenciation des cellules endothéliales. Nous supposons qu'elle pourrait optimiser les caractéristiques de barrière des BMEC en culture en restaurant l'expression de protéines spécifiques de la BHE. Ce travail a consisté à évaluer l'impact du SS sur les cellules hCMEC/D3. Une étude protéomique globale a montré que l'exposition à un SS physiologique induit l'activation des voies antioxydantes et anti-inflammatoires. Le SS participerait donc à la quiescence et l'homéostasie des cellules hCMEC/D3. En revanche, il n'a pas permis d'augmenter l'expression de protéines jonctionnelles, ni leur localisation membranaire. De même, l'activité et l'expression de transporteurs d'efflux n'était pas induite par le flux. Nous avons ensuite cultivé les cellules hCMEC/D3 à l'interface entre deux compartiments, en supposant que cette architecture plus fidèle à la BHE pourrait favoriser la réponse des cellules au SS. Un dispositif de flux a été spécialement conçu pour la culture de BMEC sous un SS homogène et laminaire, ainsi que pour l'étude des propriétés spécifiques de la BHE. Nos résultats suggèrent que le SS limiterait la perméabilité paracellulaire des cellules hCMEC/D3. Enfin, le SS a conduit à un réarrangement du cytosquelette et de la membrane plasmique. De manière surprenante, les cellules exposées au SS s'orientent différemment selon le dispositif dans lequel elles sont cultivées. Alors qu'elles adoptent une orientation perpendiculaire au flux dans un canal unique, elles s'alignent dans le sens de l'écoulement lorsqu'elles sont cultivées sur une membrane semi-perméable séparant deux compartiments. L'ensemble de ces données confirme les capacités de mécano-transduction des cellules hCMEC/D3. Le SS améliore leur physiologie globale mais ne favorise pas l'expression de protéines clés de la BHE. D'autres éléments du microenvironnement semblent nécessaires pour optimiser les caractéristiques de barrière, comme le support sur lequel les cellules reposent. Ces résultats soulignent la complexité de la réponse des BMEC au SS. Jusqu'à présent, une grande disparité de résultats est observée dans les publications en raison de méthodes de culture très variées. Nous proposons plusieurs éléments de considération qui pourraient accélérer la compréhension de la réponse des BMEC au SS.
- Published
- 2021
24. Mise au point d’un modèle in vitro de la barrière hémato-encéphalique pour l’étude de la perméabilité de médicaments
- Author
-
Bernard, Florian, Roullin, Valérie Gaëlle, and Leclair, Grégoire
- Subjects
cellules endothéliales ,Barrière hémato-encéphalique ,tight junctions ,péricytes ,astrocytes ,transporters ,perméabilités ,permeability ,jonctions serrées ,transporteurs ,endothelial cells ,pericytes ,Blood-brain barrier - Abstract
La barrière hémato-encéphalique (BHE) est la structure formant les capillaires du système nerveux central (SNC). La BHE est responsable de maintenir l’homéostasie du cerveau en régulant précisé- ment les échanges entre le sang et le tissu cérébral. Elle est composée de trois types cellulaires : les cellules endothéliales (ECs), les péricytes (PCs) et les astrocytes (ACs). Du fait de ses propriétés très sélectives, la BHE est une des causes majeures des échecs observés dans le développement des médicaments destinés au SNC. En effet, ces médicaments en développement sont souvent in- capables de franchir la BHE pour atteindre leurs cibles thérapeutiques. C’est pour cette raison que la mise au point et l’utilisation de modèles de BHE sont cruciaux pour étudier la capacité de nou- veaux agents thérapeutiques à traverser la BHE mais également les mécanismes sous-jacents à leurs passages. Utilisé très tôt dans le développement pharmaceutique, un modèle de BHE infor- matif permettrait de réduire les échecs dans des phases de R&D plus avancées. Nous reportons dans cette thèse le développement et la validation d’un modèle de BHE réalisé sur un Transwell®, composé d’ECs extraites chez la souris. Les travaux ont été réalisés avec la perspective de fournir le plus d’informations possibles quant à la réalisation, l’utilisation et l’interprétation du modèle de BHE dans l’étude de la perméabilité de petites molécules en conditions saines et pathologiques. Dans un premier temps, nous avons établi un protocole permettant l’isolation chez la souris des trois types cellulaires composant la BHE, soit les ECs chez la souris adulte, et les PCs et les ACs chez les nouveau-nés. Les méthodes décrites sont efficaces pour obtenir rapidement un grand nombre de cellules pures à moindre coût. De plus, les essais préliminaires démontrent que les cellules endo- théliales isolées sont pertinentes pour la création d’un modèle de la BHE. Dans un deuxième temps, nous avons entrepris de valider un modèle sain de BHE. Pour ce faire, nous avons comparé les résultats de la perméabilité in vivo de 7 molécules à trois modèles de BHE composés respectivement d’ECs primaires, d’ECs immortalisées ou de lipides extraits du cerveau porcin. Le modèle de BHE composé des ECs primaires corrèle le mieux avec les résultats obtenus in vivo chez la souris. Dans un troisième temps, nous avons exploré la possibilité d’utiliser ce modèle de BHE validé comme modèle dans l’étude de la perméabilité lors d’une inflammation aiguë. Les résultats obtenus nous permettent de décrire les possibles voies empruntées par les molécules dont la perméabilité est augmentée lors de l’inflammation. Néanmoins, cette étude met aussi en lumière l’absence de généralisation possible quant à l’impact de l’inflammation aiguë sur le passage des petites molé- cules à travers la BHE. À l’issue de cette thèse, un modèle de BHE composé d’ECs primaire a été développé et validé. Ce modèle permettra l’étude systématique des nombreux paramètres impliqués dans le passage des molécules à travers la BHE très tôt dans le développement du médicament., The blood-brain barrier (BBB) is the structure that forms the capillaries of the central nervous system (CNS). BBB major role is to maintain brain homoeostasis by precisely regulating exchange between blood and brain tissues. Three cellular types constitute the BBB, namely: endothelial cells (ECs), perycites (PCs) and astrocytes (ACs). Due to the BBB selectivity, this barrier is the major cause of failing in the drug development of molecules targeting the CNS. Indeed, drugs developed for CNS pathologies are often unable to cross the BBB to reach their therapeutic targets. The use of a relevant BBB model is therefore critical to study drug permeability when developing new drugs. Used earlier in drug development, this kind of BBB model could allow reducing failure rates in more advanced R&D phases. In this thesis, we report the development and validation of a BBB model made from ECs extracted from mouse and seeded in a Transwell®. This work aimed at providing as much information as possible regarding the production, use and interpretation of the BBB model in the study of small molecule permeability under healthy and pathological conditions. First, we established a protocol allowing the isolation of the three cell types from mice : endothelial cells from adult mice, and pericytes and astrocytes from newborns. The methods described herein are effective to quickly obtain a large number of pure cells at a low cost. Furthermore, preliminary tests show that isolated endothelial cells are relevant for the creation of a BBB model. Next, we focused on validating a healthy BBB model. We have compared the results of the in vivo permeability of 7 molecules with three models of BBB composed respectively of primary ECs, immortalized ECs or extracted porcine brain lipids. The BBB model composed of primary ECs best correlates with the results obtained in vivo in mice. Finally, we studied the possibility of using our BBB model as a model of permeability under acute inflammation. Our results allowed describing the possible routes used by the molecules whose permeability was increased during inflammation. The inflamed BBB model is relevant for studying the permeability of small molecules; however, this work also shows that one cannot generalize the impact of inflammation on the passage of small molecules through the BBB. Overall, we have developed and validated a BBB model composed of primary endothelial cells. This model allows studying drug permeability and provides a better understanding of the mechanisms involved in the permeability. This model could be used to study many parameters involved in the passage of molecules through the BBB at very early stages of drug development.
- Published
- 2020
25. La signalisation Hedgehog dans le maintien de la barrière hémato-encéphalique et la physiopathologie des troubles neurodégénératifs
- Author
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HOLLIER, Pierre-Louis, Biologie des maladies cardiovasculaires = Biology of Cardiovascular Diseases, Université de Bordeaux (UB)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Bordeaux, Alain-Pierre Gadeau, STAR, ABES, Gadeau, Alain-Pierre, Laffargue, Muriel, Traiffort, Elisabeth, and Ezan, Jérôme
- Subjects
Endothelial cells ,Cellules endothéliales ,Démence ,Signalisation Hedgehog ,Barrière hémato-Encéphalique ,[SDV.BC]Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology ,Sclérose en plaques ,Multiple sclerosis ,Vaisseaux sanguins ,Blood vessels ,Hedgehog signalling ,Dementia ,Blood-Brain barrier ,[SDV.BC] Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology - Abstract
Neurodegenerative diseases suchs as Alzheimer’s or Multiple Sclerosis are characterized by a progressive degeneration of the central or peripheral nervous system. The blood-brain barrier (BBB) plays a critical role in the pathophysiologie of the central nervous system, and its disruption contributes to the pathogenesis of neurodegenerative disease. Since Hedgehog (Hh) signalling is implicated in the maintenance of the BBB, and since discrepancies exist in the literature, the objective of this PhD’s thesis is to clarify the mechanisms underlying Hh ligands-dependent regulation of the BBB, in physiological and pathological (multiple sclerosis and Alzheimer’s) conditions, in the adult.We showed that Desert Hedgehog (Dhh) is expressed in endothelial cells (ECs), and is necessary to stabilize the BBB. Moreove, we showed that the deletion of Dhh in ECs, and the consequential opening of the BBB are sufficient to trigger the apparition of cognitive disorders. Our results also suggest that Dhh in ECs is downregulated in Alzheimer’s and multiple sclerosis.We also showed that in multiple sclerosis, Sonic Hedgehog (Shh) is induced in astrocytes and contributes to the opening of the BBB. Those results and other finally led us to demonstrate that depending on their post-translational maturation, Hh ligands have distinct effects on the BBB.Taken together, those results strengthen the hypothesis of using Hh signalling as a therapeutic target in the treatment of neurodegenerative diseases, and unveil new insights to consider when it comes to conceiving such therapeutical strategies., Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson ou la sclérose en plaques, sont des maladies chroniques progressives touchant le système nerveux central. La barrière hémato-encéphalique (BHE) joue un rôle critique dans la physiologie du système nerveux central et, de ce fait, sa perturbation participe à la pathogénèse des maladies neurodégénératives. Du fait de l’implication de la voie de signalisation Hedgehog (Hh) dans la régulation de la BHE, et de l’existence de résultats contradictoires dans la littérature, l’objectif de cette thèse est de revoir les mécanismes mis en jeu dans la régulation de l’intégrité de la BHE par les ligands de la voie Hh dans des conditions physiologiques et pathologiques (sclérose en plaque et maladie d’Alzheimer) chez l’adulte.Nous avons montré que Desert Hedgehog (Dhh), exprimé par les cellules endothéliales (CE), est nécessaire au maintien de l’intégrité de la BHE. De plus, nous avons montré que la perte de Dhh dans les CE et l’ouverture de la BHE qui s’ensuit suffisent à induire l’apparition de troubles cognitifs. De plus, nos résultats suggèrent que l’expression endothéliale de Dhh est réduite dans la maladie d’Alzheimer et la sclérose en plaquesPar ailleurs nous avons montré que dans la sclérose en plaque, une induction de l’expression de Sonic Hedgehog (Shh) dans les astrocytes participe à l’ouverture de la BHE. Ces résultats et d’autres nous ont finalement permis de montrer qu’en fonction de leur forme, les ligands de la voie Hh agissent différemment sur la BHE.Dans l’ensemble, ces résultats renforcent l’idée déjà existante que la voie de signalisation Hh constitue une cible d’intérêt dans la thérapeutique des maladies neurodégénératives, et apportent de nouvelles informations à prendre en compte dans l’élaboration de stratégies thérapeutiques.
- Published
- 2020
26. Role of Hedgehog signalling in the maintenance of the blood-brain barrier and in the pathophysiology of neurodegenerative diseases
- Author
-
Hollier, Pierre-Louis, Biologie des maladies cardiovasculaires = Biology of Cardiovascular Diseases, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Bordeaux, Alain-Pierre Gadeau, and STAR, ABES
- Subjects
Endothelial cells ,Cellules endothéliales ,Démence ,Signalisation Hedgehog ,Barrière hémato-Encéphalique ,[SDV.BC]Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology ,Sclérose en plaques ,Multiple sclerosis ,Vaisseaux sanguins ,Blood vessels ,Hedgehog signalling ,Dementia ,Blood-Brain barrier ,[SDV.BC] Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology - Abstract
Neurodegenerative diseases suchs as Alzheimer’s or Multiple Sclerosis are characterized by a progressive degeneration of the central or peripheral nervous system. The blood-brain barrier (BBB) plays a critical role in the pathophysiologie of the central nervous system, and its disruption contributes to the pathogenesis of neurodegenerative disease. Since Hedgehog (Hh) signalling is implicated in the maintenance of the BBB, and since discrepancies exist in the literature, the objective of this PhD’s thesis is to clarify the mechanisms underlying Hh ligands-dependent regulation of the BBB, in physiological and pathological (multiple sclerosis and Alzheimer’s) conditions, in the adult.We showed that Desert Hedgehog (Dhh) is expressed in endothelial cells (ECs), and is necessary to stabilize the BBB. Moreove, we showed that the deletion of Dhh in ECs, and the consequential opening of the BBB are sufficient to trigger the apparition of cognitive disorders. Our results also suggest that Dhh in ECs is downregulated in Alzheimer’s and multiple sclerosis.We also showed that in multiple sclerosis, Sonic Hedgehog (Shh) is induced in astrocytes and contributes to the opening of the BBB. Those results and other finally led us to demonstrate that depending on their post-translational maturation, Hh ligands have distinct effects on the BBB.Taken together, those results strengthen the hypothesis of using Hh signalling as a therapeutic target in the treatment of neurodegenerative diseases, and unveil new insights to consider when it comes to conceiving such therapeutical strategies., Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson ou la sclérose en plaques, sont des maladies chroniques progressives touchant le système nerveux central. La barrière hémato-encéphalique (BHE) joue un rôle critique dans la physiologie du système nerveux central et, de ce fait, sa perturbation participe à la pathogénèse des maladies neurodégénératives. Du fait de l’implication de la voie de signalisation Hedgehog (Hh) dans la régulation de la BHE, et de l’existence de résultats contradictoires dans la littérature, l’objectif de cette thèse est de revoir les mécanismes mis en jeu dans la régulation de l’intégrité de la BHE par les ligands de la voie Hh dans des conditions physiologiques et pathologiques (sclérose en plaque et maladie d’Alzheimer) chez l’adulte.Nous avons montré que Desert Hedgehog (Dhh), exprimé par les cellules endothéliales (CE), est nécessaire au maintien de l’intégrité de la BHE. De plus, nous avons montré que la perte de Dhh dans les CE et l’ouverture de la BHE qui s’ensuit suffisent à induire l’apparition de troubles cognitifs. De plus, nos résultats suggèrent que l’expression endothéliale de Dhh est réduite dans la maladie d’Alzheimer et la sclérose en plaquesPar ailleurs nous avons montré que dans la sclérose en plaque, une induction de l’expression de Sonic Hedgehog (Shh) dans les astrocytes participe à l’ouverture de la BHE. Ces résultats et d’autres nous ont finalement permis de montrer qu’en fonction de leur forme, les ligands de la voie Hh agissent différemment sur la BHE.Dans l’ensemble, ces résultats renforcent l’idée déjà existante que la voie de signalisation Hh constitue une cible d’intérêt dans la thérapeutique des maladies neurodégénératives, et apportent de nouvelles informations à prendre en compte dans l’élaboration de stratégies thérapeutiques.
- Published
- 2020
27. Le tanycyte, une cellule clé de l'interface hémato-hypothalamique.
- Author
-
Langle, Fanny
- Abstract
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- Published
- 2014
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28. Impact de l'inflammation périnatale sur le cerveau en développement : de la dimension neurodéveloppementale à l'échelle endothéliale
- Author
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Giraud, Antoine, Système Nerveux Autonome - Epidémiologie, Physiologie, Ingénierie, Santé (SNA-EPIS), Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Centre Hospitalier Universitaire de Saint-Etienne, Université de Lyon, Hugues Patural, Guillaume Sébire, and STAR, ABES
- Subjects
Neurodéveloppement ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Group B streptococcus ,Neurodevelopment ,Interleukine-1 ,Streptocoque de groupe B ,Chorioamnionitis ,Modèle murin ,Blood brain barrier ,Chorioamniotite ,Infarctus cérébral artériel néonatal ,Perinatal inflammation ,Murine model ,Neonatal arterial cerebral infarction ,Inflammation périnatale ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Interleukin-1 - Abstract
The perinatal period is critical in the development of the brain parenchyma. The impact of a pro-inflammatory stress during this period has been studied using epidemiological studies and preclinical experiments.Several aspects of the impact of perinatal inflammation on the developing brain have been studied, from neurodevelopmental outcomes to cerebral endothelium modifications. This thesis demonstrates that: (1) exposure to perinatal inflammation is independently associated with poorer social and motor abilities at 30 months of corrected age in premature infants without severe neonatal brain injury, (2) end-gestational treatment by ampicillin increases placental inflammation in our preclinical rat model of group B streptococcal (GBS) chorioamnionitis without maternal bacteremia, (3) perinatal inflammation is the only consistent independent risk factor of neonatal arterial ischemic stroke, (4) end-gestational inflammation leads to a diffuse decrease in the permeability of the fetal blood-brain barrier in our preclinical rat model of GBS chorioamnionitis.Exposure to perinatal inflammation can be considered as an early brain injury. This consideration paves the way to new perspectives of neuroprotection targeted on the interleukin-1 blockade and new perspectives of early evaluation., La période périnatale est une période critique du développement du parenchyme cérébral. L’impact d’un stress pro-inflammatoire durant cette période critique a été étudié à l’aide de travaux épidémiologiques et d’expérimentations précliniques.Différents aspects de l’impact de l’inflammation périnatale sur le cerveau en développement ont été abordés, de la dimension neurodéveloppementale à l’échelle endothéliale. Cette thèse met en évidence que : (1) l’exposition à une inflammation périnatale est indépendamment associée à une diminution des capacités motrices globales et des capacités de socialisation à 30 mois d’âge corrigé chez les enfants prématurés ne présentant pas de complication cérébrale néonatale sévère, (2) un traitement par ampicilline en fin de gestation majore l’inflammation placentaire dans notre modèle préclinique de chorioamniotite à streptocoque de groupe B (SGB) sans bactériémie associée, (3) l’inflammation périnatale est le seul facteur de risque indépendant consistant d’infarctus cérébral artériel néonatal, (4) une chorioamniotite à SGB entraîne une diminution diffuse de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique fœtale dans notre modèle préclinique murin.L’exposition à une inflammation périnatale peut être considérée comme une lésion cérébrale précoce. Cette considération ouvre la voie à de nouvelles perspectives de neuroprotection ciblées sur l’interleukine-1 et d’évaluation précoce.
- Published
- 2020
29. Etude du neurotropisme de deux arbovirus émergents : les virus Zika et Usutu
- Author
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Clé, Marion, Pathogénèse et contrôle des infections chroniques (PCCI), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)-Centre Hospitalier Universitaire de Montpellier (CHU Montpellier ), Université Montpellier, Sara Salinas, and Yannick Simonin
- Subjects
Arbovirus ,[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,Barrière hémato-encéphalique ,Systeme nerveux ,Blood-Brain barrier ,Nervous System - Abstract
Emerging viruses are defined as viruses gaining new territories or as known viruses that have mutated or recombined and become more pathogenic and contagious in the population. These viruses represent major public health problems as they can sometimes cause unknown and potentially serious disorders, particularly neuroinvasive diseases. This is the case, for example, with the recent emergence of two neurotropic viruses: Zika virus (ZIKV) and Usutu virus (USUV). ZIKV is responsible for epidemics mainly in French Polynesia in 2013 and Latin America in 2015-2016, where it was also responsible for neurological disorders (encephalitis, meningoencephalitis, Guillain-Barré syndrome, microcephaly, and others) in some patients. USUV has recently emerged in Europe, where it has been implicated in significant avian mortality, mainly in blackbirds, but also in neuroinvasive infections in humans (encephalitis, meningoencephalitis, and others). Despite this, the pathogenesis of these two emerging viruses remained poorly explored. The objective of this thesis was to characterize the effects of ZIKV infection on the blood-brain barrier (BBB) structure and homeostasis and to evaluate and compare the neuropathogenicity of different USUV lineages by combining in vivo and in vitro approaches. Our results first suggest a complex interaction between ZIKV and the BBB that could trigger local inflammation, leukocyte recruitment, and possible long-term cerebrovascular impairment. Secondly, regarding USUV, our data suggest that the virus can reach the brain and cause massive inflammation leading to the recruitment of immune cells, which correlates with human brain inflammatory pathologies such as encephalitis. Also, following the analysis of circulating USUV lineages, our results suggest that some USUV lineages may have a higher degree of neurovirulence, notably the Europe 2 lineage. The emergence and rapid spread of new viruses constitute a complex and constant challenge for human health. Today, many factors such as ecological changes, increased animal movements, world population density, and improved means of transport are contributing to emerging virus appearance and facilitating their transmission. For these reasons, it is necessary to study in greater detail mechanisms of viral infection (entry of the virus into cells, transmission, multiplication, and etc.) to develop appropriate antiviral treatments or specific vaccines.Key Words: Zika Virus, Usutu Virus, flavivirus, central nervous system, neurovirulence and neurotropism; Les virus émergents sont définis comme étant des virus gagnant de nouveaux territoires ou comme des virus connus mais ayant muté ou recombiné au point de devenir beaucoup plus transmissibles et contagieux dans la population. Ces virus posent des problèmes majeurs pour la santé publique car ils peuvent être à l’origine de maladies parfois inconnues et potentiellement graves notamment neuroinvasives. C’est le cas, par exemple, avec l’émergence récente de deux virus neurotropes : Zika (ZIKV) et Usutu (USUV). ZIKV a été responsable d’épidémies principalement en Polynésie Française en 2013 et en Amérique Latine en 2015-2016 où il a été la cause chez certains patients d’atteintes neurologiques (encéphalite, méningo-encéphalite, syndrome de Guillain-Barré, microcéphalie, etc.). USUV, quant à lui, a émergé récemment en Europe, où il a été impliqué dans une importante mortalité aviaire (principalement chez le merle noir) mais aussi dans des infections neuroinvasives chez l’Homme (encéphalite, méningo-encéphalite, etc.). Malgré cela, la pathogenèse de ces deux virus reste peu explorée. L'objectif de cette thèse était de caractériser l’effet de l’infection du ZIKV sur la structure et l’homéostasie de la barrière hémato-encéphalique (BHE) ainsi que d'évaluer et de comparer la neuropathogénicité de différentes lignées d’USUV en combinant des approches in vivo et in vitro. Nos résultats suggèrent premièrement une interaction complexe entre le ZIKV et la BHE qui pourrait déclencher une inflammation locale, le recrutement de leucocytes et une éventuelle perturbation vasculaire cérébrale sur du long terme. Deuxièmement, pour USUV, nos résultats corrèlent avec les pathologies inflammatoires cérébrales engendrées chez l’Homme comme l’encéphalite. De plus, suite à l’analyse des lignées circulantes d’USUV, nos résultats suggèrent que certaines lignées d’USUV peuvent avoir une neurovirulence plus importante, notamment la lignée Europe 2. L'émergence et la propagation rapide des nouveaux virus illustrent le défi complexe et constant pour la santé humaine. Aujourd’hui, de nombreux facteurs tels que les modifications écologiques, l’augmentation des déplacements animaliers et de la densité de la population mondiale ainsi que l’amélioration des moyens de transport favorisent l’apparition des virus émergents et facilitent leur transmission. Pour ces raisons, il est nécessaire d’étudier plus en détails les mécanismes impliqués dans l’infection virale (entrée du virus dans les cellules, sa transmission, sa multiplication et etc.) pour développer des traitements antiviraux adaptés ou des vaccins spécifiques.Mots clés : Virus Zika, Virus Usutu, flavivirus, système nerveux central, neurovirulence et neurotropisme
- Published
- 2020
30. Mécanisme anti-inflammatoire endogène dans un modèle d'épilepsie focale du lobe temporal
- Author
-
Zub, Emma, Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF), Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École pratique des hautes études (EPHE), and Université Paris sciences et lettres (PSL)
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barrière hémato-encéphalique ,Annexine A1 ,inflammation ,glucocorticoïde ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,épilepsie - Abstract
Il a été récemment montré que des changements immunologiques se produisent dans l’épilepsie clinique et expérimentale. Aussi nous avons testé l’hypothèse selon laquelle la pathophysiologie induite par des crises provoque une altération de la voie anti-inflammatoire endogène liée à l’Annexine A1. Des cortex épileptiques humains présentant deux types d’épilepsies (FCDII et MTLE) et des témoins ont été utilisés pour des évaluations histologiques cliniques des expressions d’Annexine A1. Nous avons examiné si l’administration d’Annexine A1 exogène modifiait l’activité épileptique et sa pathophysiologie in vivo. Nous avons utilisé aussi un modèle murin d’épilepsie du lobe mesio-temporal (MTLE) basé sur l’injection intra-hippocampique d’acide kainique. Des analyses de vidéo-EEG, de biologie moléculaire, des mesures sanguines et des tests pharmacologiques ont été effectués sur ce modèle. Une diminution progressive de l’expression de la forme phosphorylée du récepteur aux glucocorticoïdes pGR et du rapport pGR/GR total pendant la phase d’épileptogenèse dans le foyer de l’hippocampe a pu être constatée. En aval des ressources génétiques, la protéine Annexine A1 est restée à des niveaux basiques en dépit d’une inflammation persistante. Les effets se sont reflétés en périphérie sous la forme d’Annexine A1 et les niveaux de corticostérone sont restés au niveau de base tout au long de l’épileptogenèse et n’ont augmenté de manière transitoire que tôt après le Status Epilepticus. Une augmentation des monocytes circulants atteste d’un état pro inflammatoire périphérique. Aussi, ces résultats suggèrent l’absence d’un engagement global du mécanisme anti-inflammatoire Annexine A1/GR au cours de la progression des crises. Dans les échantillons humains, nous avons constaté que le profil d’Annexine A1 était anormal, son immunoréactivité périvasculaire était diminuée par rapport aux tissus péri-lésionnels témoins. Alors, nous avons ensuite testé si la potentialisation de la réponse anti-inflammatoire endogène par administration intrapéritonéale de la protéine annexine A1 recombinée pourrait modifier la pathophysiologie de la maladie in vivo. Bien que la réponse inter individuelle ait été variable, l’administration d’Annexine A1 exogène a permis de réduire les durées d’activités épileptiques. La voie Annexine A1/Glucocorticoïdes est altérée durant la progression de l’épilepsie. Nous proposons ainsi qu’une compensation pharmacologique des mécanismes endogènes anti inflammatoires puisse être envisagée comme une nouvelle voie thérapeutique complémentaire dans le traitement de l’épilepsie.
- Published
- 2020
31. Propriétés de surface des nanoparticules et interactions avec les cellules endothéliales vasculaires
- Author
-
Fakhari Tehrani, Soudeh, Hildgen, Patrice, and Roullin, Valérie Gaëlle
- Subjects
Chimiokines ,barrière hémato-encéphalique ,Transcytose ,Nanoparticules ,Endocytose ,dibloc PLA-b-PEG ,blood-brain barrier ,Endocytosis ,diblock PLA-b-PEG ,Cytokines ,Nanoparticles ,Chemokines ,Transcytosis ,Reactive Oxygen Species ,Dérivés réactifs de l'oxygène - Abstract
Les traitements et l’imagerie des tumeurs cérébrales malignes se sont avérés jusqu’à présent très peu efficaces, en raison de la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui freine le passage des molécules thérapeutiques mais aussi diagnostiques vers les tissus du système nerveux central (SNC). Le développement de vecteurs nanométriques chargés en agents thérapeutiques et capables de traverser la BHE pourrait être une alternative pour améliorer la bio-distribution de principes actifs et d’agent d’imagerie au cerveau. Parmi les différents types de vecteurs proposés, les nanoparticules polymériques (NP) constituées de polymères dibloc comportant un bloc de poly (éthylène glycol) (PEG) pourrait présenter une solution prometteuse pour transporter des actifs à travers la BHE. La PEGylation de la surface des NPs améliore la stabilité colloïdale des NPs. De plus, elle diminue l'adsorption non spécifique des protéines à la surface de NPs (appelée aussi opsonisation). La vitesse de clairance des NPs est ainsi ralentie et les NPs circulent plus longtemps dans le sang. Malgré l’effet bénéfique de la couche de PEG à la surface des NPs, le rôle exact des propriétés de surface liées à la longueur de la chaîne PEG sur l'interaction des NPs avec les cellules endothéliales vasculaires est mal compris. Dans une première partie de ce travail, le rôle de la longueur de PEG sur l'endocytose et la transcytose des NPs a été étudié sur des monocouches de cellules bEnd.3, un modèle in vitro de BHE. Les mécanismes de transport des NPs ont été évalués en utilisant différents inhibiteurs de l'endocytose. La quantification du taux d'endocytose et de transcytose a révélé que l'endocytose et la transcytose des NPs augmentaient avec la longueur de la chaîne de PEG. Les taux d'endocytose et de transcytose les plus élevés ont été observés pour les NPs de PLA-PEG5000 et de PLA-PEG10000. Les résultats de l’étude mécanistique démontrent que la longueur de la chaîne de PEG influence la voie d'endocytose empruntée par les NPs PEGylées à travers un modèle in vitro de BHE. Dans une seconde partie de ce travail, l'effet de la longueur du PEG sur la toxicité des NPs et les processus inflammatoires a été étudié sur deux modèles de monocouche de cellules endothéliales vasculaires, soit les cellules bEnd.3 et HUVEC. L'effet de la longueur des chaînes de PEG sur l'expression des gènes impliqués dans la réponse inflammatoire aux NPs PEGylées a été évalué par qPCR. De plus, le potentiel de génération de dérivés réactifs de l'oxygène (DRO ou ROS) par les NPs a été évalué en utilisant le test cellulaire basé sur l'oxydation de la DCFH-DA. Les résultats démontrent que les NPs PEGylées induisent une augmentation légère et transitoire de l’expression des gènes des cytokines et des chimiokines inflammatoires. Cependant, la longueur des chaînes de PEG ne présente pas un effet significatif sur l'expression des gènes des cytokines et des chimiokines. De plus, nos résultats ne montrent pas l’induction de la génération de ROS par les NPs PEGylées. En résumé, la longueur de chaine de PEG influence le taux d’endocytose et de transcytose. La voie d’endocytose impliquée dans l’internalisation et la transcytose est influencée par la longueur des chaines de PEG. En revanche, les différences de longueur des chaines de PEG ne modulent pas significativement l’expression des cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces résultats devraient contribuer à développer des nanoformulations qui traversent plus efficacement la BHE, tout en minimisant les effets toxiques, notamment inflammatoires sur les cellules endothéliales vasculaires de la BHE. Ces perspectives devront toutefois être confirmées sur des modèles in vivo., To date, imaging and treatment of brain tumors are proved to be very inefficient due to the presence of the blood-brain barrier (BBB). The (BBB) is a semipermeable barrier which prevents or restrains most therapeutic and diagnostic molecules reach the central nervous system (CNS). Polymeric nanoparticles (NPs) loaded by therapeutics molecules and diagnostic agents could represent a promising solution to help active ingredients to cross the BBB and as a consequence, their biodistribution to the brain could be improved. Polymeric NPs composed of di-block copolymers, such as poly (ethylene glycol) blocks (PEG) that bind to polyester hydrophobic chains, are considered one of the most versatile nanocarriers for transporting therapeutic molecules across the BBB. PEG on the surface of NPs improves the NPs colloidal stability. Furthermore, PEG surface coating decreases the non-specific adsorption of proteins on the surface of NPs (also called opsonization); therefore, the clearance rate of the NPs is slowed down and NPs circulation times in blood is extended. Despite the beneficial effect of the PEG coating on the surface of NPs, the exact role of the surface properties related to the PEG chain length on NPs interactions with the vascular endothelial cells is poorly understood. In first article, the role of PEG chain length on brain vascular endothelial cells endocytosis and transcytosis is investigated on monolayers of bend.3 cells as an in vitro BBB model. The NPs transport mechanisms were then investigated by using different endocytosis inhibitory processes. Our results revealed that NPs endocytosis and transcytosis rates increased with PEG chain length. Higher endocytosis and transcytosis rates were observed for PLA-PEG5000 and PLA-PEG10000 NPs. Moreover, the mechanistic studies demonstrated that the PEG chain length influenced the endocytosis pathway taken by PEGylated NPs through an in vitro model of BBB. In second article, the effect of PEG length on NPs cytotoxicity and inflammatory processes has been investigated in two vascular endothelial cell lines (bEnd.3 and HUVEC). The effect of PEG chain length coating on gene expression that are involved in the inflammation response was investigated by qPCR. Moreover, the potential Reactive Oxygen Species (ROS) generation was evaluated with DCFH-DA probe. The results showed that PEGylated NPs induce a mild and transient activation of inflammatory cytokine and chemokine genes. However, the length of the PEG chains did not modulate significantly gene expression of inflammatory cytokines and chemokines. Furthermore, our results showed that PEGylated NPs did not induce ROS generation. In summary, the chain length of PEG influences the endocytosis and transcytosis rate. The pathway of endocytosis involved in internalization and transcytosis is influenced by the length of PEG chains. In contrast, differences in the length of PEG chains did not significantly modulate the expression of cytokines and inflammatory chemokines. These results contribute to develop nanoformulations that cross the BBB more efficiently while keeping the toxic and inflammatory effects minimal, particularly on the vascular endothelial cells of the BBB. Nevertheless, these perspectives have to be confirmed on in vivo models.
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- 2020
32. Microbiologie et maladies infectieuses
- Author
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Philippe J. Sansonetti
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vaccin ,médicament ,Environmental Engineering ,microscope ,système immunitaire ,infections émergentes ,toxines bactériennes ,tuberculose ,diagnostic ,microbiome ,virus ,barrière uro-génitale ,bactéries ,génétique ,axe crypto-villositaire intestinal ,barrière d’espèce ,pauvreté ,Afrique ,épithélium intestinal ,microbiote ,cytosquelette cellulaire ,pathogène ,antibiorésistance ,Escherichia coli ,microbiologie ,enfant ,Sud ,contrôle ,homéostasie ,barrière hémato-encéphalique ,barrière cutanée ,infections entériques ,infections chroniques ,barrière intestinale ,VIH ,vieillissement ,Nord ,barrière respiratoire ,prévention ,nourrisson ,physiopathologie moléculaire et cellulaire des infections ,inégalités ,lèpre ,épidémiologie ,maladies infectieuses ,microbes pathogènes ,infections respiratoires ,microbes - Abstract
Enseignement Cours et séminaires – Des concepts émergents pour des maladies émergentes Introduction Zika, chikungunya, dengue, grippe : quatre maladies infectieuses émergentes dont la fréquence de survenue, la diversité et le poids sur la santé des populations à l’échelle de la planète en font l’un des sujets dominants de la médecine contemporaine. Cette série de leçons et les séminaires qui les ont accompagnées ont visé à déchiffrer les mécanismes sous-tendant ces émergences et à mieux en dé...
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- 2018
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33. Nanoparticules pour la délivrance cérébrale de principes actifs ou d'agents de contraste. Application a la maladie d'Alzheimer.
- Author
-
Andrieux, Karine and Couvreur, Patrick
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NANOPARTICLES ,BLOOD-brain barrier ,ALZHEIMER'S disease treatment ,AMYLOID beta-protein ,GENETIC carriers - Abstract
The article offers information on a study on the use of nanoparticles for delivery of drugs and contrast agents in the brain for treating Alzheimer's disease. It informs that the blood brain barrier (BBB) has low permeability and high protection against exogenous molecules which affects the brain delivery of drugs. It also informs that new carriers need to be designed for overcoming this barrier which can interact with beta-amyloid peptides.
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- 2012
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34. La barrière hémato-encéphalique lors de l'ischémie cérébrale : une cible thérapeutique.
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Bérézowski, Vincent, Mysiorek, Caroline, Kuntz, Mélanie, Pétrault, Olivier, and Cecchelli, Romeo
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BLOOD-brain barrier ,ISCHEMIA treatment ,THROMBOLYTIC therapy ,NEUROPROTECTIVE agents ,ENDOTHELIUM ,ASTROCYTES - Abstract
The article offers information on a study on the blood-brain barrier (BBB), and its dysfunction during ischaemia. It informs that pharmacological thrombolysis is the only therapy for brain ischaemic stroke and is limited to a small percentage of the admitted patients since thrombolytics have toxical effects. It also informs that since promising neuroprotectants could not satisfy the clinical trials, the study had to be conducted with physiopathological and pharmacological approaches.
- Published
- 2012
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35. Apport de la protéomique quantitative dans la caractérisation de transporteurs et enzymes modulant le passage des medicaments au travers de la barriere hemato-encephalique.
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Jacob, Aude, Decleves, Xavier, and Scherrmann, Jean-Michel
- Subjects
PROTEOMICS ,BLOOD-brain barrier ,DRUG efficacy ,DRUG metabolism ,ENZYMES ,NEUROPHARMACOLOGY - Abstract
The article offers information on a study on the use of quantitative proteomics for quantification of drug transporters and drug metabolizing enzymes at the human blood-brain barrier (BBB). It informs that tight junctions between endothelial cells in the brain showed that an anatomical barrier existed between the blood and the brain. It also informs that central nervous system drugs are controlled by BBB and affects their concentrations in the brain.
- Published
- 2012
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36. Effects of radiofrequency field on the blood-brain barrier: A systematic review from 2005 to 2009
- Author
-
Perrin, Anne, Cretallaz, Celine, Collin, Alice, Amourette, Christine, and Yardin, Catherine
- Subjects
- *
PHYSIOLOGICAL effects of electromagnetism , *BLOOD-brain barrier , *CENTRAL nervous system , *SYSTEMATIC reviews , *RADIO frequency , *ABSORPTION (Physiology) , *METHODOLOGY - Abstract
Abstract: The published results available in 2005 were insufficient to draw firm conclusions concerning the possible non-thermal effects of radiofrequency fields on the blood-brain barrier (BBB). This critical review deals with 16 articles on this topic published since 2005. The methodological quality of these articles was not equivalent. We therefore analysed the underlying methodologies from both their biological and physical aspects. We conclude that recent studies provide no convincing proof of deleterious effects of RF on the integrity of the BBB, for specific absorption rates (SAR) up to 6 W/kg. [Copyright &y& Elsevier]
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- 2010
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37. Protein-source tryptophan as an efficacious treatment for social anxiety disorder: a pilot study.
- Author
-
Hudson, Susan, MacKenzie, Joan, and Hudson, Craig
- Subjects
- *
TRYPTOPHAN , *SOCIAL anxiety , *AMINO acids , *CARBOHYDRATES , *PHARMACOLOGY - Abstract
Until recently, intact protein that is rich in tryptophan was not seen as an alternative to pharmaceutical-grade tryptophan because protein also contains large neutral amino acids (LNAAs) that compete for transport sites across the blood–brain barrier. Recent evidence indicates that when deoiled gourd seed (a rich source of tryptophan with approximately 22 mg/g protein) is combined with glucose (a carbohydrate that reduces serum levels of competing LNAAs) a clinical effect similar to that of pharmaceutical-grade tryptophan is achieved. Objective and subjective measures of anxiety in those suffering from social phobia (also known as social anxiety disorder) were employed to measure changes in anxiety in response to a stimulus as part of a double-blind, placebo-controlled, crossover study with a wash-out period of 1 week between study sessions. Subjects were randomly assigned to start with either (i) protein-source tryptophan (deoiled gourd seed) in combination with carbohydrate or (ii) carbohydrate alone. One week after the initial session, subjects returned for a follow-up session and received the opposite treatment of that received at the first session. All 7 subjects who began the study completed the 2-week protocol. Protein-source tryptophan with carbohydrate, but not carbohydrate alone, resulted in significant improvement on an objective measure of anxiety. Protein-source tryptophan combined with a high glycemic carbohydrate is a potential anxiolytic to those suffering from social phobia. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
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- 2007
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38. L'énigme de l'entrée des lymphocytes T auto-immuns dans les tissus nerveux centraux et de leur attaque contre les structures de myéline
- Author
-
Wekerle, Hartmut
- Subjects
- *
T cells , *CENTRAL nervous system , *IMMUNE system , *ANTIGENS , *INFLAMMATION - Abstract
Abstract: This paper describes the conditions under which autoimmune T cells enter the central nervous system to attack the local tissue. During a prodromal period preceding the onset of neurological disease, the CNS tissue is converted from its physiological immune-hostile state to an immune-friendly state. At the same time, in the peripheral immune system, activated autoimmune T cells undergo profound changes that allow them to enter through the blood-brain barrier and to finally interact with local autoantigen-presenting cells. Antigen recognition leads to T cell activation and the secretion of inflammatory mediators that are responsible for the development of the inflammatory lesions and the neurological deficits. To cite this article: H. Wekerle, C. R. Biologies 330 (2007). [Copyright &y& Elsevier]
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- 2007
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39. Constantin von Monakow (1853–1930): A pioneer in interdisciplinary brain research and a humanist
- Author
-
Wiesendanger, Mario
- Subjects
- *
NEUROSCIENTISTS , *BRAIN research , *NEUROSCIENCES , *MEDICAL sciences - Abstract
Abstract: Constantin von Monakow (1853–1930), director of the Brain Anatomy Institute in Zurich, was a pioneer in the early history of interdisciplinary brain sciences. The elucidation of connectivity in sensory and motor pathways was richly illustrated in two landmark monographs: Pathologie du cerveau (1897) and La localisation de l''encephale et la dégradation fonctionelle par des lésions circonscrites du cortex cérébral (1914). His special merit was to conceptualize his accumulating results. As to his term ‘diaschisis’: (1) neurological lesion are rarely restricted to a histologically defined neural structure; (2) any brain focus is interconnected with remote structures – thus, dependent structures are deafferented from the lesioned territory (= ‘diaschisis’) –; (3) dependent structures, however, gradually regain some autonomy, as reflected in partial behavioral recovery. His term ‘chronogenic localization’ was used for the brain''s fundamental organization in time-dependent network constellations. Monakow attracted many researchers, particularly from Japan. He was an engaged member of the International Brain Commission until its dissolution during World War I. To cite this article: M. Wiesendanger, C. R. Biologies 329 (2006). [Copyright &y& Elsevier]
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- 2006
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40. Mécanisme anti-inflammatoire endogène dans un modèle d'épilepsie focale du lobe temporal: Rôle de l'annexine A1
- Author
-
Zub, Emma, zub, emma, Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École pratique des hautes études (EPHE), and Université Paris sciences et lettres (PSL)
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barrière hémato-encéphalique ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,Annexine A1 ,inflammation ,glucocorticoïde ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,épilepsie - Abstract
Il a été récemment montré que des changements immunologiques se produisent dans l’épilepsie clinique et expérimentale. Aussi nous avons testé l’hypothèse selon laquelle la pathophysiologie induite par des crises provoque une altération de la voie anti-inflammatoire endogène liée à l’Annexine A1. Des cortex épileptiques humains présentant deux types d’épilepsies (FCDII et MTLE) et des témoins ont été utilisés pour des évaluations histologiques cliniques des expressions d’Annexine A1. Nous avons examiné si l’administration d’Annexine A1 exogène modifiait l’activité épileptique et sa pathophysiologie in vivo. Nous avons utilisé aussi un modèle murin d’épilepsie du lobe mesio-temporal (MTLE) basé sur l’injection intra-hippocampique d’acide kainique. Des analyses de vidéo-EEG, de biologie moléculaire, des mesures sanguines et des tests pharmacologiques ont été effectués sur ce modèle. Une diminution progressive de l’expression de la forme phosphorylée du récepteur aux glucocorticoïdes pGR et du rapport pGR/GR total pendant la phase d’épileptogenèse dans le foyer de l’hippocampe a pu être constatée. En aval des ressources génétiques, la protéine Annexine A1 est restée à des niveaux basiques en dépit d’une inflammation persistante. Les effets se sont reflétés en périphérie sous la forme d’Annexine A1 et les niveaux de corticostérone sont restés au niveau de base tout au long de l’épileptogenèse et n’ont augmenté de manière transitoire que tôt après le Status Epilepticus. Une augmentation des monocytes circulants atteste d’un état pro inflammatoire périphérique. Aussi, ces résultats suggèrent l’absence d’un engagement global du mécanisme anti-inflammatoire Annexine A1/GR au cours de la progression des crises. Dans les échantillons humains, nous avons constaté que le profil d’Annexine A1 était anormal, son immunoréactivité périvasculaire était diminuée par rapport aux tissus péri-lésionnels témoins. Alors, nous avons ensuite testé si la potentialisation de la réponse anti-inflammatoire endogène par administration intrapéritonéale de la protéine annexine A1 recombinée pourrait modifier la pathophysiologie de la maladie in vivo. Bien que la réponse inter individuelle ait été variable, l’administration d’Annexine A1 exogène a permis de réduire les durées d’activités épileptiques. La voie Annexine A1/Glucocorticoïdes est altérée durant la progression de l’épilepsie. Nous proposons ainsi qu’une compensation pharmacologique des mécanismes endogènes anti inflammatoires puisse être envisagée comme une nouvelle voie thérapeutique complémentaire dans le traitement de l’épilepsie.
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- 2020
41. Study of neurotropism of two emerging arboviruses : Zika and Usutu viruses
- Author
-
Clé, Marion, STAR, ABES, Pathogénèse et contrôle des infections chroniques (PCCI), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM)-Centre Hospitalier Universitaire de Montpellier (CHU Montpellier ), Université Montpellier, Sara Salinas, and Yannick Simonin
- Subjects
Arbovirus ,[SDV.SA]Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.SA] Life Sciences [q-bio]/Agricultural sciences ,Systeme nerveux ,Blood-Brain barrier ,Nervous System - Abstract
Emerging viruses are defined as viruses gaining new territories or as known viruses that have mutated or recombined and become more pathogenic and contagious in the population. These viruses represent major public health problems as they can sometimes cause unknown and potentially serious disorders, particularly neuroinvasive diseases. This is the case, for example, with the recent emergence of two neurotropic viruses: Zika virus (ZIKV) and Usutu virus (USUV). ZIKV is responsible for epidemics mainly in French Polynesia in 2013 and Latin America in 2015-2016, where it was also responsible for neurological disorders (encephalitis, meningoencephalitis, Guillain-Barré syndrome, microcephaly, and others) in some patients. USUV has recently emerged in Europe, where it has been implicated in significant avian mortality, mainly in blackbirds, but also in neuroinvasive infections in humans (encephalitis, meningoencephalitis, and others). Despite this, the pathogenesis of these two emerging viruses remained poorly explored. The objective of this thesis was to characterize the effects of ZIKV infection on the blood-brain barrier (BBB) structure and homeostasis and to evaluate and compare the neuropathogenicity of different USUV lineages by combining in vivo and in vitro approaches. Our results first suggest a complex interaction between ZIKV and the BBB that could trigger local inflammation, leukocyte recruitment, and possible long-term cerebrovascular impairment. Secondly, regarding USUV, our data suggest that the virus can reach the brain and cause massive inflammation leading to the recruitment of immune cells, which correlates with human brain inflammatory pathologies such as encephalitis. Also, following the analysis of circulating USUV lineages, our results suggest that some USUV lineages may have a higher degree of neurovirulence, notably the Europe 2 lineage. The emergence and rapid spread of new viruses constitute a complex and constant challenge for human health. Today, many factors such as ecological changes, increased animal movements, world population density, and improved means of transport are contributing to emerging virus appearance and facilitating their transmission. For these reasons, it is necessary to study in greater detail mechanisms of viral infection (entry of the virus into cells, transmission, multiplication, and etc.) to develop appropriate antiviral treatments or specific vaccines.Key Words: Zika Virus, Usutu Virus, flavivirus, central nervous system, neurovirulence and neurotropism, Les virus émergents sont définis comme étant des virus gagnant de nouveaux territoires ou comme des virus connus mais ayant muté ou recombiné au point de devenir beaucoup plus transmissibles et contagieux dans la population. Ces virus posent des problèmes majeurs pour la santé publique car ils peuvent être à l’origine de maladies parfois inconnues et potentiellement graves notamment neuroinvasives. C’est le cas, par exemple, avec l’émergence récente de deux virus neurotropes : Zika (ZIKV) et Usutu (USUV). ZIKV a été responsable d’épidémies principalement en Polynésie Française en 2013 et en Amérique Latine en 2015-2016 où il a été la cause chez certains patients d’atteintes neurologiques (encéphalite, méningo-encéphalite, syndrome de Guillain-Barré, microcéphalie, etc.). USUV, quant à lui, a émergé récemment en Europe, où il a été impliqué dans une importante mortalité aviaire (principalement chez le merle noir) mais aussi dans des infections neuroinvasives chez l’Homme (encéphalite, méningo-encéphalite, etc.). Malgré cela, la pathogenèse de ces deux virus reste peu explorée. L'objectif de cette thèse était de caractériser l’effet de l’infection du ZIKV sur la structure et l’homéostasie de la barrière hémato-encéphalique (BHE) ainsi que d'évaluer et de comparer la neuropathogénicité de différentes lignées d’USUV en combinant des approches in vivo et in vitro. Nos résultats suggèrent premièrement une interaction complexe entre le ZIKV et la BHE qui pourrait déclencher une inflammation locale, le recrutement de leucocytes et une éventuelle perturbation vasculaire cérébrale sur du long terme. Deuxièmement, pour USUV, nos résultats corrèlent avec les pathologies inflammatoires cérébrales engendrées chez l’Homme comme l’encéphalite. De plus, suite à l’analyse des lignées circulantes d’USUV, nos résultats suggèrent que certaines lignées d’USUV peuvent avoir une neurovirulence plus importante, notamment la lignée Europe 2. L'émergence et la propagation rapide des nouveaux virus illustrent le défi complexe et constant pour la santé humaine. Aujourd’hui, de nombreux facteurs tels que les modifications écologiques, l’augmentation des déplacements animaliers et de la densité de la population mondiale ainsi que l’amélioration des moyens de transport favorisent l’apparition des virus émergents et facilitent leur transmission. Pour ces raisons, il est nécessaire d’étudier plus en détails les mécanismes impliqués dans l’infection virale (entrée du virus dans les cellules, sa transmission, sa multiplication et etc.) pour développer des traitements antiviraux adaptés ou des vaccins spécifiques.Mots clés : Virus Zika, Virus Usutu, flavivirus, système nerveux central, neurovirulence et neurotropisme
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- 2020
42. Treatment of cerebral oedema
- Author
-
Ter Minassian, A.
- Subjects
- *
CEREBRAL edema , *BRAIN diseases , *THERAPEUTICS - Abstract
Progress in brain imaging, monitoring and physiopathology allows the identification of brain oedema from brain swelling, determination of its interstitial or intracellular nature, as well as blood-brain barrier permeability and the evaluation of the impact on cerebral haemodynamic. Common treatment of all types of cerebral oedema is based on prevention of self-sustained disorders due to increased intracranial pressure resulting in ischemic cerebral oedema. The specific treatment of each type of cerebral oedema is reviewed. Optimization of conventional anti-oedematous stategies is based on the precise determination of the nature of the cerebral oedema and of the blood-brain barrier status. [Copyright &y& Elsevier]
- Published
- 2003
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43. Osmotic cerebral oedema: the role of plasma osmolarity and blood brain barrier.
- Author
-
Boulard, G., Marguinaud, E., and Sesay, M.
- Subjects
- *
CEREBRAL edema , *HYPERTONIC solutions , *OSMOSIS , *PATHOLOGY - Abstract
There are five types of cerebral oedema: vasogenic, cytotoxic, interstitial, hyperemic and osmotic. The differences lie on the type and localization of the oedema, the state of the blood-brain barrier (BBB) and the pathological context. Under physiological conditions, the osmolarity of extra cellular fluids (ECFs) is equal on both sides of the BBB. However, the pathophysiological variations of circulating osmolarity (including acute hyponatremia and hypernatremia) do not affect, at the same time, the osmolarity of cerebral ECFs. This situation generates an osmotic gradient on either side of the BBB. The latter, if intact, behaves like a semi-permeable membrane allowing water transport according to the osmotic laws. Depending on its direction, water movement could induce cerebral liquid inflation (i.e. osmotic oedema) or cerebral dehydration. In case of osmotic insult, cerebral cell modify their active osmotic molecular contents in order to limit volume variation. There are two types of osmoactive molecules, organic (i.e. ideogenic osmoles: amino acids, polyols and trimethylamines) and non organic (i.e. electrolytes). In the event of plasma hypotonicity, cerebral cells expel active osmotic molecules to reduce the osmotic gradient and water movement thereby reducing edema. The opposite reaction is observed in the case of hypertonic insult. This cerebral osmoregulation becomes more effective, the slower the osmotic disorder. It explains, for example, why patients with chronic and severe hyponatremia could be asymptomatic. Severe osmotic oedema is observed mainly in water intoxication, acute hyponatremia or too rapid reduction of hyperosmolarity. However, osmotic oedema is not limited to extreme clinical circumstances. Hyponatremia, even modest, could modify cerebral blood volume and impair osmoregulation. Generally these minor modifications do not affect normal brain tissue. In the presence of cerebral lesion, osmoregulation operates only in areas of preserved BBB. The pathological zones are therefore exposed to osmotic oedema (even in cases of moderate hyponatremia) with deterioration of both clinical status and intracranial pressure. This authentic phenomenon could be insidious and difficult to differentiate from osmotic central oedema. Hyponatremia constitutes an authentic secondary cerebral insult of systemic origin, an entity clearly identified by experimental studies to justify the choice between crystalloids and colloids in neuroanaesthesia and neurointensive care. These studies have revealed an increase in water content in normal brain tissues after administration of hypotonic solutions. The increase in plasma osmolarity as a treatment modality using mannitol or hypertonic saline is based on the same concepts. The most remote indication is the occurrence of areactive mydriasis in the context of trauma for example. More recently, therapeutic hypernatremia has been proposed to control intracranial hypertension. [Copyright &y& Elsevier]
- Published
- 2003
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44. Développement d’un modèle in vitro de la barrière hémato-encéphalique
- Author
-
Puscas, Ina, Roullin, Valérie Gaëlle, and Leclair, Grégoire
- Subjects
Barrière hémato-encéphalique ,culture cellulaire primaire ,corrélation IVIVC ,modèle Transwell® ,in vivo permeability ,perméabilité ,Transwell®-type model ,log BB ,logBB ,mouse brain microvascular endothelial cells ,criblage des médicaments ,cellules endothéliales cérébrales de souris ,ligné cellulaire bEnd.3 ,drug permeability ,drug screening ,perméabilité in vivo ,IVIVC ,bEnd.3 cell line ,Blood-brain barrier ,primary cell culture - Abstract
La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une structure retrouvée au niveau des capillaires cérébraux. Elle représente un véritable obstacle pour les actifs qui doivent se rendre au cerveau pour y exercer un effet pharmacologique. Durant les étapes du développement du médicament, des modèles cellulaires in vitro sont utilisés pour l’évaluation de la perméabilité au cerveau des nouveaux médicaments. Le modèle assemblé avec des cellules endothéliales (CEs) isolées des capillaires des cerveaux de souris présente un intérêt particulier pour la recherche en raison de sa facilité d’obtention et sa pertinence pour le criblage des médicaments. Le but de ce projet a été de construire et de caractériser un modèle monocouche de CEs primaires de souris. En parallèle, un modèle monocouche de la lignée murine b.End3 a été investigué. L’évaluation de ces modèles a été basée sur les valeurs de TEER et de perméabilité aux marqueurs fluorescents, ainsi que sur la présence des protéines spécifiques de la BHE. La validation du modèle a été établie par la corrélation des résultats de perméabilité obtenus avec le modèle développé (in vitro) avec ceux obtenus chez la souris (in vivo). L’intégrité et l’expression des protéines spécifiques de la BHE du modèle primaire se sont montrées supérieures au modèle bEnd.3. La corrélation in vitro/in vivo du modèle primaire a abouti à un r2 = 0,765 comparé au r2 = 0,019 pour le modèle bEnd.3. Ce travail de recherche montre que le modèle primaire monocouche issu de cellules endothéliales cérébrales de souris est un modèle simple et fiable pour la prédiction de la perméabilité des actifs à travers la BHE., The blood-brain barrier (BBB), a central nervous system structure, is found in the cerebral capillaries. It represents a major obstacle for the drugs that have to reach the brain in order to exercise their pharmacological effect. In the early stages of the drug development, in vitro cell models are used to evaluate the brain permeability of new drugs. Models assembled using primary endothelial cells (ECs) isolated from mouse brain capillaries are of particular interest for research, as for their ease of obtaining and relevance for the drug screening. Thus, the goal of this project was to build and characterize a primary mouse monolayer model. At the same time, a murine b.End3 cell line monolayer model was investigated. The evaluation of these models was based on the TEER and fluorescent marker permeability values, as well as on the presence of the BBB hallmark proteins. The model validation was established by the correlation of the permeability data obtained with the in vitro model and the data obtained in mice (in vivo). As a result, the primary mouse model showed superior monolayer integrity and higher expression of the tight junction and membrane transporter proteins when compared with the bEnd.3 cell line model. The in vitro/in vivo correlation of the primary model resulted in r2 = 0.765 compared to the bEnd.3 model with r2 = 0.019. This research work shows that the primary monolayer mouse model is a simple and reliable model for predicting the drug permeability across the BBB.
- Published
- 2019
45. Hepatic encephalopathy during cirrhosis, from pathophysiology to treatment
- Author
-
Mouri, Sarah, Centre de Recherche Saint-Antoine (CR Saint-Antoine), Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Saint-Antoine [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU), Sorbonne Université, and Dominique Damais-Thabut
- Subjects
Inflammation ,Barrière hémato-encéphalique ,Encéphalopathie hépatique ,Cirrhose ,Biotine ,Biotin ,digestive system ,digestive system diseases ,Ammoniémie ,Cirrhosis ,Ammonia ,[SDV.MHEP.PHY]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Tissues and Organs [q-bio.TO] ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Hepatic encephalopathy ,Blood-brain barrier - Abstract
Hepatic encephalopathy (HE) is a severe complication of cirrhosis. Pathophysiology still debated. Hyperammonia involvement is well known. Systemic inflammation could participate, increasing blood brain barrier (BBB) permeability. Alterations of TCA cycle could exist too in HE (pilot study of metabolomic in cerebrospinal fluids of patients with HE). The objectives were : to define the different contributions of ammonia, systemic inflammation and suspected dysregulation of energetic metabolism using animal models of cirrhosis ; to study efficiency of differents drugs on the abnormalities. We used a behavioral test to evaluate HE on two models of cirrhosis (biliary-BDL and toxic-CCl4) versus controls. Treatments given were hyperammoniemic (NH3), hypoammoniemic (sodium benzoate-BNa), antibiotic (rifaximine-RFX) or aiming to restore TCA (biotine). Ammonemia, cytokins and BBB permeability measured by fluorimetry were evaluated. Ammonemia was higher in the two models BDL and CCl4 compared to controls ; BDL had HE and an increased permeability of BBB ; these modifications were not observed in CCl4. Cytokins were significantly higher in BDL than in CCl4. NH3 treatment did not potentiate HE nor BBB alteration. BNa, RFX and biotine prevent the development of HE and BBB abnormalities. Hyperammonia and inflammation could act synergistically in HE. Innovating efficiency of biotine in HE could open new perspectives of pathophysiology pathway and therapeutic tools.; L’encéphalopathie hépatique (EH) est une complication sévère de la cirrhose. La physiopathologie est mal élucidée. Le rôle de l’hyperammoniémie est connu. L’inflammation systémique pourrait participer (rôle sur la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE)). Il existerait aussi des anomalies du cycle de Krebs (TCA) dans l’EH (étude pilote métabolomique de liquide céphalorachidien de patients). Les objectifs étaient de déterminer les parts respectives de l’hyperammoniémie, de l’inflammation et d’un éventuel déficit énergétique dans l’EH, au moyen de modèles animaux et étudier la prévention des anomalies par des médicaments. L’EH était évaluée par un test comportemental sur deux modèles de cirrhose (biliaire-BDL et toxique- CCl4 versus contrôles). Les traitements étaient hyperammoniémiant(NH3), hypoammoniémiant (benzoate de sodium-BNa), antibiotique(rifaximine-RFX) ou visant à restaurer le TCA (biotine). L’ammoniémie, les cytokines et la perméabilité de la BHE par fluorimétrie était mesurées. L’ammoniémie était élevée dans les 2 modèles ; les BDL avaient une EH et une augmentation de perméabilité de la BHE, anomalies non retrouvées chez les CCl4. Les BDL avaient des cytokines significativement plus élevées que les CCl4. Le régime NH3 ne majorait pas les anomalies. Les traitements par BNa, RFX et biotine prévenaient l’apparition de l’EH et la modification de la BHE. L’hyperammoniémie et l’inflammation seraient donc synergiques dans l’EH. L’efficacité de la biotine ouvre la voie à de nouvelles perspectives physiopathologiques et thérapeutiques.
- Published
- 2019
46. AceDoPC, a structured phospholipid to target the brain with docosahexaenoic acid.
- Author
-
Lagarde, Michel, Hachem, Mayssa, Picq, Madeleine, Guichardant, Michel, and Bernoud-Hubac, Nathalie
- Subjects
- *
PHOSPHOLIPIDS , *DOCOSAHEXAENOIC acid , *BLOOD-brain barrier , *ETHANOLAMINES , *BRAIN research - Abstract
AceDoPCr® is a structured phospholipid or acetyl-LysoPC-DHA made to prevent docosahexaenoic acyl migrating from the sn-2 to sn-1 position of the phospholipid, however keeping the main physical-chemical properties of LysoPC-DHA. As previously shown for LysoPC-DHA, AceDoPCr® allows DHA crossing a re-constituted bloodbrain barrier with higher efficiency than non-esterified DHA or PC-DHA.When injected to blood of rats, AceDoPCr® is processed within the brain to deliver DHA to phosphatidyl-choline and -ethanolamine. When injected to rats following the induction of an ischemic stroke, AceDoPCr® prevents the extension of brain lesions more efficiently than DHA. Overall, these properties make AceDoPCr® a promising phospholipid carrier of DHA to the brain. AceDoPCr® est un phospholipide structuré correspondant à l'acétyl-LysoPC-DHA conçu pour empêcher la migration du radical docosahexaénoyle de sa position sn-2 à la position sn-1 du phospholipide, tout en gardant les principales propriétés physico-chimiques de la LysoPC-DHA. Comme montré précédemment avec la LysoPC-DHA, AceDoPCr® permet au DHA de traverser une barrière hémato-encéphalique reconstituée plus efficacement que le DHA non-estérifié et que PC-DHA. Lorsqu'il est injecté dans la circulation des rats, AceDoPCr® est métabolisé au sein du cerveau en apportant le DHA aux phosphatidyl-choline et -éthanolamine. Injecté à des rats ayant subi un accident vasculaire cérébral ischémique, AceDoPCr® prévient l'extension des lésions cérébrales plus efficacement que le DHA. Globalement, ces propriétés font d'AceDoPCr® un transporteur de DHA phospholipidique prometteur. [ABSTRACT FROM AUTHOR]
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- 2016
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47. L’encéphalopathie hépatique au cours de la cirrhose, de la physiopathologie au traitement
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Mouri, Sarah, STAR, ABES, Centre de Recherche Saint-Antoine (CRSA), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU), Sorbonne Université, and Dominique Damais-Thabut
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Inflammation ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,[SDV.MHEP.PHY] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Tissues and Organs [q-bio.TO] ,Encéphalopathie hépatique ,Cirrhose ,Biotine ,Biotin ,digestive system ,digestive system diseases ,Ammoniémie ,Cirrhosis ,Ammonia ,[SDV.MHEP.PHY]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Tissues and Organs [q-bio.TO] ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Hepatic encephalopathy ,Blood-brain barrier - Abstract
Hepatic encephalopathy (HE) is a severe complication of cirrhosis. Pathophysiology still debated. Hyperammonia involvement is well known. Systemic inflammation could participate, increasing blood brain barrier (BBB) permeability. Alterations of TCA cycle could exist too in HE (pilot study of metabolomic in cerebrospinal fluids of patients with HE). The objectives were : to define the different contributions of ammonia, systemic inflammation and suspected dysregulation of energetic metabolism using animal models of cirrhosis ; to study efficiency of differents drugs on the abnormalities. We used a behavioral test to evaluate HE on two models of cirrhosis (biliary-BDL and toxic-CCl4) versus controls. Treatments given were hyperammoniemic (NH3), hypoammoniemic (sodium benzoate-BNa), antibiotic (rifaximine-RFX) or aiming to restore TCA (biotine). Ammonemia, cytokins and BBB permeability measured by fluorimetry were evaluated. Ammonemia was higher in the two models BDL and CCl4 compared to controls ; BDL had HE and an increased permeability of BBB ; these modifications were not observed in CCl4. Cytokins were significantly higher in BDL than in CCl4. NH3 treatment did not potentiate HE nor BBB alteration. BNa, RFX and biotine prevent the development of HE and BBB abnormalities. Hyperammonia and inflammation could act synergistically in HE. Innovating efficiency of biotine in HE could open new perspectives of pathophysiology pathway and therapeutic tools., L’encéphalopathie hépatique (EH) est une complication sévère de la cirrhose. La physiopathologie est mal élucidée. Le rôle de l’hyperammoniémie est connu. L’inflammation systémique pourrait participer (rôle sur la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE)). Il existerait aussi des anomalies du cycle de Krebs (TCA) dans l’EH (étude pilote métabolomique de liquide céphalorachidien de patients). Les objectifs étaient de déterminer les parts respectives de l’hyperammoniémie, de l’inflammation et d’un éventuel déficit énergétique dans l’EH, au moyen de modèles animaux et étudier la prévention des anomalies par des médicaments. L’EH était évaluée par un test comportemental sur deux modèles de cirrhose (biliaire-BDL et toxique- CCl4 versus contrôles). Les traitements étaient hyperammoniémiant(NH3), hypoammoniémiant (benzoate de sodium-BNa), antibiotique(rifaximine-RFX) ou visant à restaurer le TCA (biotine). L’ammoniémie, les cytokines et la perméabilité de la BHE par fluorimétrie était mesurées. L’ammoniémie était élevée dans les 2 modèles ; les BDL avaient une EH et une augmentation de perméabilité de la BHE, anomalies non retrouvées chez les CCl4. Les BDL avaient des cytokines significativement plus élevées que les CCl4. Le régime NH3 ne majorait pas les anomalies. Les traitements par BNa, RFX et biotine prévenaient l’apparition de l’EH et la modification de la BHE. L’hyperammoniémie et l’inflammation seraient donc synergiques dans l’EH. L’efficacité de la biotine ouvre la voie à de nouvelles perspectives physiopathologiques et thérapeutiques.
- Published
- 2019
48. Modèles in vivo de tumeurs gliales pédiatriques : développement et application en préclinique
- Author
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LE DRET, Ludivine, Vectorologie et thérapeutiques anti-cancéreuses [Villejuif] (UMR 8203), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut Gustave Roussy (IGR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 - Faculté de médecine (UP11 UFR Médecine), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Institut Gustave Roussy (IGR), École pratique des hautes études (EPHE), and Université Paris sciences et lettres (PSL)
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épendymome ,PDOX ,CDOX ,DIPG ,mébendazole ,[SDV.CAN]Life Sciences [q-bio]/Cancer ,bioluminescence ,barrière hémato-encéphalique - Abstract
Les tumeurs gliales sont les tumeurs cérébrales les plus fréquemment retrouvées chez l’enfant. Les gliomes infiltrant du tronc cérébral (DIPG) sont la forme la plus agressive des gliomes pédiatriques. Les épendymomes (EPN) restent actuellement difficilement curables et à l’origine de fréquentes rechutes. Le manque de matériel biologique et l'absence de modèles in vitro et in vivo pertinents ont longtemps entravé le développement de nouvelles thérapeutiques dans ces deux cancers. Des études récentes ont montré que le DIPG est caractérisé par une mutation unique située sur la queue régulatrice de l’histone H3 dans l’un des deux gènes HIST1H3B/C ou H3F3A. En revanche, aucune cible moléculaire n’a pu être identifiée par séquençage du génome dans les EPN. Récemment, il a été montré que le profil de méthylation des EPN permet de diviser les EPN de la fosse postérieure (EPN-PF) et les EPN supratentoriels (EPN-ST) en neuf sous-groupes différents.Dans un premier temps, nous avons développé des xénogreffes par stéréotaxie dans la souris Nude (i) de manière directe en greffant directement les cellules tumorales afin d’obtenir des modèles PDOX (Patient Derived Orthotopic Xenograft), et (ii) de manière indirecte en cultivant in vitro les cellules tumorales avant injection in vivo afin d’obtenir des modèles de CDOX (Cell Derived Orthotopic Xenograft). Ainsi, nous avons obtenu 15 PDOX et 8 CDOX bioluminescentes de DIPG différents à partir de biopsies de patient au diagnostic ; ainsi que 3 PDOX d’EPN-PF et 1 PDOX d’EPN-ST à partir de résections tumorales de patient au diagnostic ou à la rechute. Une analyse approfondie des tumeurs de DIPG obtenues montre que les xénogreffes conservent le phénotype de la tumeur du patient, en particulier les principales caractéristiques du DIPG, tout en reflétant l’hétérogénéité interindividuelle observée chez les patients. L’histologie des xénogreffes d’EPN relève leur pertinence vis-à-vis de la maladie. A partir de ces PDOX, nous avons pu générer 3 PDOX bioluminescentes sans sélection clonale in vitro au préalable. Puis, nous avons évalué le mébendazole dans deux modèles CDOX de DIPG. La toxicité du médicament utilisé à forte dose de manière chronique n’a pas permis de mettre en évidence un effet thérapeutique décisif. Enfin, nous avons adapté un système d’ouverture de la barrière hématoencéphalique (BHE) à l’aide d’ultrasons non focalisés couplés à des microbulles dans nos modèles in vivo deDIPG. Malgré l’ouverture de la BHE, il n’a pas été possible de potentialiser l’effet thérapeutique du panobinostat dans une CDOX de DIPG, le passage du médicament n’étant pas augmenté dans le tissu cérébral. Nous sommes actuellement en cours d’évaluation d’un nouveau médicament candidat, l’irinotécan.
- Published
- 2018
49. Ultrasound Induced Blood-brain Barrier Opening on Rodents : from Nanoparticles Delivery to a Therapy for Alzheimer’s Disease
- Author
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Gerstenmayer, Matthieu, Unité d'imagerie par résonance magnétique à très haut champ et de spectroscopie (UNIRS), Service NEUROSPIN (NEUROSPIN), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Université Paris Saclay (COmUE), Cyril Poupon, Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and STAR, ABES
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Barrière hémato-encéphalique ,[PHYS.PHYS.PHYS-MED-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Medical Physics [physics.med-ph] ,[PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph] ,[PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph] ,Ultrasound ,Maladie d' Alzheimer ,Ultrasons ,[PHYS.PHYS.PHYS-MED-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Medical Physics [physics.med-ph] ,Alzheimer's disease ,Mri ,Blood-brain barrier ,Irm - Abstract
The blood-brain barrier (BBB) plays a crucial role in maintaining the hemostasis of the brain and protects it from pathogens. The BBB prevents molecules with a molecular weight higher than 400 Da to enter the brain. Crucial, the BBB becomes a limit to deliver drugs to the brain. Low intensity focused ultrasound and microbubbles are a unique tool to open the BBB, in a safe and reversible way, to deliver drugs to the brain. The first part of the PhD was dedicated to developing new strategies for BBB opening. To do so, I measured the attenuation of the ultrasound beam by the skull and studied the dependency of the intensity and of the duration of the BBB opening on the acoustic parameters. Thanks to these developments, I was able to deliver many kinds of nanoparticles to rodent brains and I could observe their delivery with techniques such as magnetic resonance imaging (MRI), positron emission tomography, phase-contrast X-ray imaging, mass spectroscopy or histology. The second part of my PhD was focused on applying this technology to Alzheimer’s disease (AD). I optimized a T2* MRI protocol at very high resolution for ex vivo imaging of amyloid plaques in the cortex of mice modeling AD. I developed a semi-automatic image treatment to detect and quantify the amyloid load. Finally, I tested a repeated BBB opening as a therapy for AD and showed that repeated BBB openings could have a beneficial impact on the memory on rodents modeling AD., La barrière hémato-encéphalique (BHE) régule finement l’apport en oxygène et en nutriments du cerveau et le protège d’éventuels pathogènes, notamment en bloquant le passage des molécules de poids moléculaire supérieur à 400 Da. Malheureusement, cette barrière est un obstacle à la délivrance de nombreux médicaments. Les ultrasons focalisés de basse intensité, combinés avec des microbulles, représentent un outil de choix pour perméabiliser la BHE, de façon sûre et réversible, et ainsi permettre de délivrer efficacement des médicaments ou des agents de contraste dans le cerveau. Dans la première partie de ma thèse, j’ai développé de nouvelles stratégies ultrasonores de perméabilisation de la BHE chez le rongeur. J’ai mesuré l’atténuation du faisceau ultrasonore par le crâne et étudié l’influence des paramètres acoustiques sur l’intensité et la durée de la perméabilisation. Ces développements m’ont ensuite permis de délivrer des nanoparticules dans le cerveau de rongeurs et d’observer cette délivrance par imagerie par résonance magnétique (IRM), tomographie par émission de positrons, imagerie de contraste de phase par rayons-X, spectrométrie de masse ou encore histologie. La seconde partie de mon travail a porté sur l’application de cette technologie ultrasonore à la maladie d’Alzheimer (MA). J’ai tout d’abord optimisé un protocole IRM T2* à très haute résolution permettant l’imagerie ex vivo des plaques amyloïdes de souris modèles de la MA. J’ai développé un traitement semi-automatique des images pour détecter et quantifier la charge amyloïde dans le cortex. Enfin, j’ai évalué la perméabilisation répétée de la BHE en tant que thérapie pour la MA et démontré que des perméabilisations répétées de la BHE pouvaient avoir un effet bénéfique sur la mémoire de rongeurs modèles de la maladie.
- Published
- 2018
50. Diabetes, inflammation and oxidative stress : impact on blood-brain barrier, neurogenesis and brain repair
- Author
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Dorsemans, Anne-Claire, Diabète athérothrombose et thérapies Réunion Océan Indien (DéTROI), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de La Réunion (UR), Université de la Réunion, Christian Lefebvre d'Hellencourt, Nicolas Diotel, and STAR, ABES
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Inflammation ,[SDV.EE.SANT]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Health ,Barrière hémato-encéphalique ,[SDV.MHEP] Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology ,Neurogenesis ,Diabetes ,Réparation cérébrale ,Stress oxydatif ,Glycine ,Diabète ,Brain repair ,Hyperglycémie ,Oxidative stress ,Hyperglycemia ,[SDV.EE.SANT] Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Health ,Neurogenèse ,Blood-Brain barrier ,[SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology - Abstract
Type 2 diabetes is a complex and multifactorial disease characterized by chronic hyperglycemia and insulin resistance. Type 2 diabetes is currently a major and worldwide public health issue. The main objectives of this thesis were to investigate the peripheral and central impact of hyperglycemia (acute, recurrent and chronic) in vivo on complementary models (zebrafish and mouse). In zebrafish, acute and/or chronic hyperglycemia modulated cerebral expression of pro-inflammaty cytokines, as well as expression of genes involved in blood-brain barrier establishment. It also reduced neural progenitor proliferation in main neurogenic niches and impaired brain repair mechanisms. In the mouse, recurrent hyperglycemia induced a characterized prediabetes with central and peripheral alterations partially alleviated by glycine. All results suggest that, hyperglycemia contributes to related diabetes dysfunctions, through inflammation and oxydative stress, on blood-brain barrier integrity, neural plasticity including neurogenesis, and cognitive functions, and highlights the antidiabetic potential of glycine. In addition, a health-oriented teaching mission has been undertaken on university students. This holistic approach on diabetic disease could help in establishing effective prevention programs, early screenings and efficient therapies., Le diabète de type 2 est une pathologie complexe et multifactorielle caractérisée par une hyperglycémie chronique et une résistance à l’insuline. Actuellement, le diabète de type 2 est une préoccupation majeure et mondiale de santé publique. Les objectifs de cette thèse étaient d’étudier l’impact de l’hyperglycémie (aiguë, récurrente et chronique) sur des modèles complémentaires in vivo (poisson zèbre et souris) à un niveau périphérique et central. L’hyperglycémie aiguë et/ou chronique chez le poisson zèbre a altéré l’expression génique des cytokines pro-inflammatoires du cerveau, a modulé l’expression des gènes impliqués dans l’établissement de la barrière hémato-encéphalique, a diminué la prolifération des progéniteurs neuronaux de la plupart des niches neurogéniques et a impacté les mécanismes de réparation du télencéphale. L’hyperglycémie récurrente a induit un prédiabète caractéristique chez la souris avec des altérations périphériques et centrales que la glycine a atténuées en partie. L’ensemble des résultats indique que l’hyperglycémie contribue aux dysfonctionnements observés dans le diabète au niveau de l’inflammation, du stress oxydatif, de la barrière hémato-encéphalique, de la plasticité neuronale et des processus neurogéniques, ainsi que des fonctions cognitives, et souligne le potentiel antidiabétique intéressant de la glycine. En complément de ces résultats de recherche, une mission d’enseignement orientée santé a été menée auprès d’étudiants universitaires. Cette approche holistique de la pathologie diabétique pourrait contribuer, à terme, à l’élaboration de programmes de prévention adaptés, de dépistages précoces et de thérapies efficaces.
- Published
- 2018
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