Application de la thérapie cellulaire et génique au traitement du syndrome cutané radio-induit

Application of cell and gene therapy to treat cutaneous radiation syndrome

• Auteur / Autrice : Diane Riccobono
• Direction : Michel Drouet, Isabelle Hininger-Favier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine, et l'environnement
• Date : Soutenance le 03/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : France. Institut de recherche biomédicale des armées
• Jury : Président / Présidente : Luc Douay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Louis Casteilla, Jean-Claude Debouzy
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Foray, Christine Linard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique cellulaire

Mots clés libres

Therapie cellulaire

Therapie génique transitoire

Syndrome cutané radio-induition

Proteine Sonic hedgehog

Stem cell therapy

Gene therapy

Cutaneous radiation syndrome

Sonic hedgehog protein

Résumé

Le syndrome cutané radio-induit (SCR) est une lésion cutanée spécifique secondaire à une irradiation localisée de forte dose, qui se caractérise par des douleurs importantes, des vagues inflammatoires extensives, un défaut de revascularisation et de cicatrisation. De nouvelles stratégies thérapeutiques peuvent être envisagées pour la prise en charge de cette pathologie avec l'émergence récente des cellules souches mésenchymateuses. Ces cellules multipotentes ont des propriétés de transdifférenciation et de sécrétion de facteurs favorisant la régénération tissulaire. L'association de la chirurgie d'exérèse, des greffes de peau autologue et des injections de cellules souches autologues isolées à partir de la moelle osseuse (Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells ou BM-MSC) a confirmé ces hypothèses mais leur utilisation reste limitée à des cas de patients isolés.L'objectif de ce travail était d'optimiser la prise en charge du SCR par thérapie cellulaire pour l'étendre aux cas d'accidents de masse ou d'irradiation hétérogène associée.Les cellules souches dérivées du tissu adipeux (ASC pour Adipose tissue derived Stem Cells), plus abondantes que les BM-MSC et présentant des propriétés pro-angiogéniques, anti-apoptotiques et immunomodulatrices équivalentes voire supérieures, ont été choisies pour développer cet outil de thérapie cellulaire. La faisabilité de différentes stratégies thérapeutiques a été évaluée dans ce travail : la constitution de banques cellulaires autologues et allogéniques, une potentialisation des effets des ASC par thérapie génique transitoire et l'utilisation du sécrétome des ASC.La constitution de banques autologues ou allogéniques de cellules souches permet de pallier le délai d'obtention de greffons de taille suffisante en termes de quantité de cellules souches. Cette stratégie évaluée sur un modèle in vivo de miniporc a démontré la pertinence des banques d'ASC autologues mais a également mis en évidence les difficultés liées aux injections d'ASC allogéniques en particulier de type immunologique.La stratégie d'optimisation des ASC par manipulation ex vivo a pour but de potentialiser leurs effets par la sécrétion d'une protéine ad hoc impliquée dans les processus de réparation tissulaire et ainsi, de diminuer la quantité de cellules injectées et donc le temps de culture. La protéine sélectionnée dans ce travail est la protéine Sonic Hedgehog (Shh) décrite comme présentant des propriétés pro-angiogéniques et anti-apoptotiques. L'évaluation d'un protocole de thérapie génique transitoire utilisant des ASC transfectées par une construction plasmidique codant pour Shh (ASC-Shh) a montré la faisabilité de cette stratégie sur un modèle in vivo de miniporc.Les effets pro-angiogéniques de même que les effets du sécrétome des ASC et ASC-Shh sur des fibroblastes irradiés ont confirmé le rôle des facteurs paracrines des ASC dans la survie cellulaire et mis en évidence la potentialisation de leurs effets pro-angiogéniques par Shh. Ainsi l'utilisation du sécrétome des ASC ou ASC-Shh apparaît également comme une stratégie pertinente permettant de s'affranchir de la compatibilité donneur-receveur lors des greffes de cellules souches.Ces différentes techniques basées sur les cellules souches dérivées du tissu adipocytaire représentent donc des stratégies prometteuses pour la prise en charge du syndrome cutané radio-induit.

Cutaneous radiation syndrome (CRS) is a specific skin lesion caused by high dose local irradiation. It is characterized by severe pain, extensive inflammatory waves, incomplete revascularization and wound healing. For the last few years, mesenchymal stem cells (MSC) have become a promising cell source for cell therapy. MSC are multipotent cells which can transdifferentiate and secrete many paracrine factors involved in tissue regeneration, and they may be considered as a new therapeutic strategy for the management of this pathology. This was confirmed by the results of works associating surgical resection, autologous skin graft and autologous bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSC) injections, although the use of the latter remains limited to isolated cases of patients.The aim of this work was to optimize the management of CRS using stem cell therapy in order to extend it to mass casualties or associated heterogeneous irradiation.Adipose tissue derived stem cells (ASC) were chosen to develop cell therapy as they are more abundant than BM-MSC and exhibit higher pro-angiogenic, anti-apoptotic and immunomodulation properties.The feasibility of different therapeutic strategies has been evaluated in this work: the establishment of autologous and allogeneic cell banks, potentiation of ASC effects by transient gene therapy and the use of ASC secretome.The constitution of autologous or allogeneic stem cell banks overcomes the cell expansion delay required to obtain stem cells of clinical quantity. This strategy was evaluated in an in vivo minipig model of CRS and the relevance of autologous ASC banks was shown but this study highlighted difficulties associated with allogeneic injections especially immunological ones.Here is also reported an ASC optimization by ex vivo manipulation that aims to decrease the amount of injected cells and culture time through the secretion of an ad hoc protein involved in tissue repair processes and thus to, decrease the amount of injected cells and therefore the culture time. The protein chosen was Sonic Hedgehog (Shh), known to be involved in pro-angiogenic and anti-apoptotic processes. The evaluation of a transient gene therapy protocol using ASC transfected with a plasmid construct encoding Shh (ASC-Shh) confirmed the feasibility of this strategy in the same minipig model of CRS.The pro-angiogenic effects as well as other effects of ASC and ASC-Shh secretome on irradiated fibroblasts have confirmed the role of ASC paracrine factors in cell survival and demonstrated potentiation of their pro-angiogenic effects by Shh. Thus the use of ASC or ASC-Shh secretome also appears as a relevant strategy to overcome the donor-recipient compatibility during stem cell transplants.These techniques based on adipose tissue derived stem cells represent promising strategies for the management of cutaneous radiation syndrome.