De la paillasse au lit du patient, surmonter les problèmes de translation dans le domaine de l'AVC ischémique

From bench to bedside, overcoming the translational roadblock in the field of ischemic stroke research

• Auteur / Autrice : Camille Brodin
• Direction : Cyrille Orset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiopathologie et imagerie des troubles neurologiques (Caen ; 2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Touzé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Orset, Emmanuelle Canet-Soulas, Susanne Wegener, Mickael Tanter, Denis Vivien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Canet-Soulas, Susanne Wegener

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cerveau

Thrombolyse

Ischémie cérébrale

Mots clés libres

Recherche préclinique

Ischemic stroke

Thrombolysis

Brain imaging

Preclinic research

Animal stroke models

Résumé

Les défauts de translation des études précliniques vers les essais cliniques dans le domaine des AVC ischémiques et l'échec des développements thérapeutiques pourraient être expliqués par trois aspects : (1) le manque de compréhension des mécanismes des deux formes de rtPA, le traitement pharmacologique de l'AVC; (2) le manque d'outils adaptés d'imagerie de perfusion chez le petit animal et (3) l'influence de l'anesthésie sur l’effet des traitements testés dans les modèles animaux.Le tPA utilisé en clinique (Actilyse®) est un mélange de deux formes de tPA: une forme chaîne simple (sc-rtPA) et une double chaîne (tc-rtPA). Malgré des activités fibrinolytiques similaires, ces deux formes de tPA exercent des fonctions cérébrales distinctes influençant différemment la récupération des patients. Ainsi, nous avons décidé d'étudier en détail dans un modèle murin d'AVC thromboembolique les mécanismes pouvant expliquer ces effets divergents. Nous avons confirmé ces observations à savoir que sc-rtPA est bénéfique lorsqu'il est perfusé tôt après le début de l'AVC, alors que le tc-rtPA est délétère en raison d'une altération de la barrière hémato-encéphalique.L'imagerie en temps réel de la perfusion de l'ensemble du cerveau est un atout pour les études cliniques et précliniques. L'émergence des ultrasons ultra-rapides a conduit au développement du Doppler ultra-rapide et de la Microscopie de Localisation à Ultrasons (ULM), deux méthodes avec différents profils de résolutions spatio-temporelles et une excellente sensibilité aux petits flux sanguins. Nous avons combiné ces deux méthodes pour fournir un suivi longitudinal en 3D de la perfusion cérébrale dans un modèle murin d’AVC thromboembolique avec fibrinolyse par rtPA. Nos données montrent que le FUS et l’ULM présentent un intérêt majeur pour le pronostic précoce de l'AVC ischémique et de la réponse au traitement, avec une corrélation étroite entre la reperfusion précoce à 2h et la récupération tissulaire à 24h.Enfin, l’anesthésie utilisée en laboratoire interfère sur la lésion ischémique et les effets des molécules thérapeutiques testées. Nous nous sommes affranchis de ces effets en développant un nouveau modèle d’AVC ischémique chez des souris totalement éveillées. Le débit sanguin cérébral régional a été suivi par laser Doppler avant, pendant et 45min après le début de l’AVC. Le traitement par rtPA (à 20 min) est bénéfique dans les modèles d’AVC vigile et anesthésié, mais l'anesthésie est associée à un manque de corrélation entre la recanalisation et les volumes de lésion post-ischémie. Nous testons actuellement une molécule neuroprotectrice, qui était prometteuse avant d’échouer lors des essais cliniques (NXY-059), afin d’évaluer la pertinence de ce modèle novateur d’AVC pour les futures études pharmacologiques. Dans l’ensemble, ce travail fournit un panel de données précliniques innovantes pour améliorer nos chances de translation en clinique, incluant un modèle pertinent d'AVC thromboembolique chez des animaux vigiles et une méthode d'imagerie du pronostic précoce de réponse aux traitements vasculaires.

The lack of translation between preclinical studies and clinical trials in the field of ischemic stroke and the failure of therapeutic developments could be explained by three aspects: (1) the lack of understanding the mechanism of the two forms of tPA, the pharmacological treatment in stroke; (2) the lack of optimized perfusion imaging tools for small animal and (3) the influence of anesthesia on treatment tested in animal models.tPA used in the clinical setting (Actilyse®) is a mix of two forms of tPA: single chain form (sc-rtPA) and two chains form (tc-rtPA). Despite similar fibrinolytic activities, these two forms exert distinct brain functions therefore influencing differentially the outcome patients. We then decided to further investigate in a relevant model of thromboembolic stroke in rodents, the mechanisms that can explain these differential effects. Here, we have confirmed differential outcomes of the two forms: whereas sc-rtPA is clearly beneficial when infused shortly after stroke onset, tc-rtPA is deleterious due to an increased alteration of the blood brain barrier integrity.Live imaging of cerebral perfusion of the whole brain is an asset for both clinical and preclinical studies. The emergence of ultrafast ultrasound led to the development of ultrafast Doppler (fUS) and Ultrasound Localization Microscopy (ULM), two methods with different sets of spatio-temporal resolutions and excellent sensitivity to small blood flows. We combined these two methods to provide a longitudinal monitoring of whole brain perfusion using the thromboembolic stroke model in mice with rtPA-induced reperfusion. Our data show that fUS and ULM are of major interest for early prognosis of ischemic stroke and response to treatment, with a tight correlation between early reperfusion at 2h and tissue recovery at 24h. Finally, we develop a relevant awake ischemic stroke model to test new therapies, avoiding interferences due to anesthesia commonly used during in vivo studies mice. The patern of the MCA was followed using Laser Doppler monitoring before, during and 45 min after the stroke onset. Although rtPA treatment is beneficial in both awake and anesthetized stroke models, anesthesia is associated with a lack of correlation between recanalization and stroke outcome. We are now testing a neuroprotective molecule, which was promising before failing in clinical trials (NXY-059), to assess the relevance of this innovative stroke model for future pharmacological studies. Altogether, we provide here a set of innovative pre-clinical data to improve our chance of translation to clinic, including a relevant model of thromboembolic stroke in awake animals and an early prognosis imaging method of response to vascular treatments.