Resténose intra-stent : évaluation de nouvelles thérapeutiques in vivo et élaboration d’un modèle in vitro hémodynamique

In stent restenosis (ISR) is a major complication of endovascular treatment due to an excessive healing of the arterial wall. Drug eluting stents (DES) reduce the rate of ISR but expose to late stent thrombosis, related to a delayed or incomplete healing of the arterial wall, and also to hypersensitivity reactions induced by the polymer. Currently animal models are mandatory to investigate ISR as there is no reliable in vitro model. Nevertheless, these models are often far from human ISR, because of the underlying atherosclerosis process. They are also not suitable for testing DES because several experimentations and multiple samples are required. In this work, we assess the effects of two new therapeutic molecules to reduce ISR, hemin and EP224283, and we developed a new in vitro model of ISR, reproducing a hemodynamic and biological physiological environment. In vivo analysis. In stent restenosis models were stent implantation in rat abdominal aorta or in hypercholesterolemic rabbit iliac arteries. Seven or 28 days after stent implantation, the stented arteries were removed and either frozen for protein analysis or placed in fixative for morphological analysis with optical or electronical microscopy. Animals received hemin intraperitoneally or EP224283 subcutaneously every 48 hours. Control animals received saline. Histomorphological analysis at day 28 revealed that in the hemin treated group, the extent of neointima area was significantly reduced compared to the control group. A 30% decrease was observed in rats and 40% in rabbit. Endothelial coverage in electronic microscopy was similar in hemin-treated rats and rabbit when compared to their controls. The protein analysis in rats revealed that hemin limited the early inflammatory response and cellular mechanisms implicated in VSMC proliferation (ERK1/2 and p21 p27), in VSMC migration (RhoA) and reduce apoptosis. At day 28, EP224283 significantly reduced neointima growth around 20% in rats. Protein analysis revealed that EP224283 reduced vascular smooth muscle cells proliferation pathways: both ERK1/2 and Akt activated form were down-regulated in the treated rats, and p38 activated form were up-regulated. Expression of Ki67 was also reduced in both hemin and EP224283 treated group, indicating a reduced proliferation of vascular cells.Ex vivo experiments. In association with ParisTech, we developed a bioreactor for ex vivo study of ISR, providing physiologic pulsatile flow. This bioreactor will be a major tool in the research on future pro-healing DES. The bioreactor will allow: to perform numerous blood samples; study several stents at the same time; analyze flows and their effects on ISR; work directly with human arteries, collected during organ donation; and reduce the need for animal experimentation. This work demonstrated the significance of two new therapeutic molecules to prevent ISR, hemin and EP224283. Both reduced ISR without stopping the physiological healing of the arterial wall. We developed a bioreactor providing physiological and hemodynamical conditions. It will be a useful tool for the development of new DES. Our perspectives are now to create a new drug eluting stent releasing hemin or EP224283, as well as to validate our novel ex vivo hemodynamic model of ISR, in order to test our new DES in both animal models and ex vivo hemodynamic conditions.; La resténose intra-stent (RIS) est une complication importante du traitement endovasculaire des sténoses et occlusions artérielles dont l’incidence est réduite par les stents actifs. Ces derniers entraînent un retard de cicatrisation de la paroi vasculaire et parfois une réaction d’hypersensibilité au polymère, pouvant être responsable d’une thrombose aigue tardive. En raison de l’absence de modèle ex vivo validé, le modèle animal est actuellement obligatoire pour l’étude de la RIS. Ces modèles posent des problèmes éthiques et ne permettent pas une étude satisfaisante des stents actifs en raison de l’impossibilité d’effectuer des prélèvements réguliers. Le but de ce travail est d’une part l’exploration de deux nouvelles cibles thérapeutiques dans la RIS, l’hémine et EP224283, et d’autre part la mise au point d’un bioréacteur pour l’étude ex vivo hémodynamique de la RIS. Analyse in vivo. Les modèles de RIS utilisés étaient le stenting d’aorte de rat et le stenting d’artères iliaques de lapins hypercholestérolémiques. Sept ou 28 jours après l’implantation du stent, les artères stentées étaient prélevées puis soit incluses en résine pour analyse morphologique, soit congelées pour analyse de l’expression protéique. L’hémine était administrée par voie intrapéritonéale et EP224283 par voie sous cutanée toutes les 48 heures. Les témoins recevaient du sérum physiologique. L’analyse histomorphométrique après traitement par hémine montrait une réduction significative de 30% de la formation de néointima chez le rat et de 48% chez le lapin. La ré-endothélialisation des mailles du stent, analysée en microscopie électronique, était comparable à celle des témoins. L’analyse protéique montrait chez les rats traités par hémine : une réduction de l’expression des cytokines inflammatoires et des protéines impliquées dans la prolifération et la migration des CMLV (ERK1/2 et RhoA), associée à une augmentation de l’expression des protéines régulatrices de la prolifération (p21 et p27), et une réduction de l’apoptose. L’analyse histomorphométrique montrait chez les rats traités par EP224283 une réduction significative de formation de néointima de 20%. L’analyse protéique montrait une réduction de l’expression des protéines impliquées dans la prolifération des CMLV (ERK1/2 et Akt) associée à une augmentation de la forme active de p38, régulatrice de la prolifération. L’expression de Ki67 était réduite chez l’ensemble des rats traités témoignant d’une réduction de prolifération cellulaire. Analyse ex vivo : En partenariat avec l’ENSAM (Paris), nous avons confectionné et breveté un bioréacteur pour l’étude ex vivo de la RIS en conditions hémodynamiques et biologiques semblables au vivant. Ce bioréacteur fait circuler un flux pulsé dans 6 artères branchées en dérivation et immergées dans du milieu de culture cellulaire. Ce circuit est logé dans un incubateur afin de maintenir les tissus vivants durant l’expérimentation. Son objectif est d’affiner l’étude des nouveaux stents actifs par la possibilité de prélèvements multiples, d’analyser les écoulements, de travailler avec des artères humaines (prélevées lors de dons d’organes) et de s’affranchir en partie du modèle animal. Ces travaux montrent l’intérêt de deux nouvelles molécules thérapeutiques dans la RIS. Celles-ci limitent la prolifération cellulaire sans empêcher la cicatrisation de la paroi vasculaire. Notre modèle d’étude ex vivo hémodynamique de la RIS n’a jamais été décrit dans la littérature et permettra une analyse précise des nouveaux stents. Ce modèle va réduire le recours à l’expérimentation animale. Nos travaux futurs comprendront la mise au point de nouveaux stents actifs à l’hémine et à EP224283, ainsi que la validation et l’exploitation du modèle de RIS hémodynamique ex vivo.