Optimisation de la radiosynthèse du [18F]FEPPA et étude de l'inflammation cérébrale par imagerie TEP dans deux modèles murins

Contribution of positron emission tomography (PET) imaging of the brain in the study of inflammatory processes

• Auteur / Autrice : Nicolas Vignal
• Direction : Salvatore Cisternino
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Imageries
• Date : Soutenance le 28/10/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Optimisation thérapeutique en neuropsychopharmacologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Martine Cohen-Salmon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martine Cohen-Salmon, Mathieu Tafani, Nicolas Arlicot, Benoît Hosten, Jean-Michel Scherrmann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mathieu Tafani, Nicolas Arlicot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipopolysaccharides

Connexine 43

Inflammation

Cerveau

Tomographie par émission

Mots clés libres

Imagerie TEP

Inflammation cérébrale

Radiosynthèse

[18F]FEPPA

Connexine 43

LPS

TSPO

PET imaging

Brain inflammation

Radiosynthesis

[18F]FEPPA

Connexin 43

LPS

TSPO

Résumé

La protéine translocatrice de 18 kDa (TSPO) est surexprimée dans les cellules gliales lors de processus inflammatoires. L'imagerie par tomographie à émission de positon (TEP) est une technique non invasive nécessitant l'injection d'un traceur, spécifique de la cible à étudier, marqué avec un atome radioactif émetteur de positon. La TSPO est la cible la plus avancée pour l'étude des processus inflammatoires chez l'Homme. La radiosynthèse du [18F]FEPPA, radiotraceur spécifique de la TSPO, a été décrite par Wilson et coll.. Sa purification était effectuée par CLHP semi-préparative avec une phase mobile comprenant des solvants de classe 2 (méthanol, acide formique) toxiques chez l'Homme. Ce travail a permis de mettre au point et d'optimiser la radiosynthèse totalement automatisée du [18F]FEPPA en utilisant des solvants plus compatibles avec son utilisation chez l'Homme (éthanol, acide phosphorique) tout en conservant un rendement de synthèse comparable (34 %). Dans un modèle murin (C57BL/6JRj) dans lequel une neuroinflammation a été préalablement induite par administration intrapéritonéale (ip) de lipopolysaccharides (LPS), le [18F]FEPPA se distribue rapidement dans les poumons, le coeur et la rate. Il est excrété par le rein et a une captation cérébrale de 4 % (compatible avec la détection de processus cérébraux). Le volume de distribution total (VT), issu d'un modèle pharmacocinétique dit 2TCM-1k, est le paramètre le plus robuste pour estimer la distribution de ce radiotraceur. L'imagerie TEP de la TSPO au [18F]FEPPA nous a permis d'observer une augmentation significative du VT 24 h après injection ip de LPS. Ce résultat signe donc une augmentation de l'expression de la TSPO. Celle-ci est confirmée par western-blot sur les cerveaux des animaux ayant subi le protocole d'imagerie. Dans la suite de ces travaux, nous avons déterminé l'impact d'une injection de LPS en ip sur l'expression de la TSPO cérébrale dans un modèle murin KO conditionnel pour la Connexine 43 (Cx43) astrocytaire. Ce modèle présente une inflammation cérébrale chronique couplée à un phénomène auto-immun. De plus en plus d'études, notamment par imagerie TEP de la TSPO, mettent en lumière le rôle de la réponse immunitaire et de l'inflammation cérébrale dans la physiopathologie de maladies psychiatriques notamment dans la schizophrénie ou les épisodes de dépressions majeures, où ils pourraient être associés à des phénomènes auto-immuns. Récemment, des études ont montré que la Cx43 serait impliquée dans les processus d'immunorégulations, mais aussi dans les fonctions cognitives et comportementales et que son expression varie sous certaines conditions pathologiques ou de stress. L'absence de cette Cx43 astrocytaire chez la souris entraine un recrutement de cellules immunitaires et le développement d'une réponse humorale auto-immune contre une protéine de la matrice extracellulaire. Selon nos résultats d'imagerie TEP au [18F]FDG et de perfusion in situ, les souris déficientes en Cx43 astrocytaire ne semblent pas présenter de modification de leur métabolisme glucidique cérébral. Ni l'imagerie TEP au [18F]FEPPA ni le western-blot de l'expression de la TSPO dans le cerveau ne distinguent de différence entre les souris déficientes en Cx43 et celles floxées. Ceci suggère que la réponse immunitaire observée dans ce modèle n'impliquerait pas une expression accrue de la TSPO dans le cerveau. En revanche, les résultats des western blot corrélés à l'imagerie TEP par [18F]FEPPA (augmentation du VT) dans le modèle de souris déficiente en Cx43 nous ont permis de montrer que seules les souris floxées surexpriment la TSPO au niveau cérébral après un stimulus inflammatoire induit par une injection unique de LPS. La Cx43 astrocytaire semble jouer un rôle dans la réactivité du système immunitaire vis-à-vis d’un stimulus inflammatoire. La Cx43 pourrait donc être une cible d'intérêt pour de potentiels agents thérapeutiques.

The 18 kDa translocator protein (TSPO) is overexpressed in glial cells during inflammatory processes. Positron Emission Tomography (PET) imaging is a non-invasive technique requiring the injection of a radiotracer, a vector specific to the target to be studied labeled with a radionuclide emitting positron. TSPO is the most advanced target for the study of inflammatory processes in humans. Radiosynthesis of [18F]FEPPA, a TSPO-specific radiotracer, was described by Wilson et al. Purification was done by semi-preparative HPLC with a mobile phase including class 2 solvents (methanol, formic acid), toxic for humans. We successfully develop and optimize a fully automated radiosynthesis of [18F]FEPPA using class 3 solvents more compatible with its clinical use (ethanol, phosphoric acid) while maintaining a comparable radiochemical yield (34% (EOB)). In a mouse model (C57BL/6JRj) in which neuroinflammation was induced by intraperitoneal (ip) administration of lipopolysaccharide (LPS), [18F]FEPPA is rapidly distributed in the lungs, heart and spleen with a kidney excretion. It has a cerebral uptake of 4% (compatible with the detection of brain processes). The total volume of distribution VT resulting from a pharmacokinetic model called 2TCM-1k is the most robust parameter for estimating the distribution of this radiotracer. [18F]FEPPA PET imaging of TSPO allowed us to observe a significant increase in VT in this model 24 h after ip injection of LPS. This therefore signs an increase in the TSPO expression. This result was confirmed by western blot on the brains of animals that have undergone the imaging protocol. Then we determined the impact of an ip LPS injection on the expression of cerebral TSPO in a conditional KO murine model for astrocytic Connexin 43 (Cx43). This model presents chronic brain inflammation coupled with an autoimmune phenomenon. Several studies, especially by TSPO PET imaging, highlight the role of the immune response and brain inflammation in the psychiatric diseases pathophysiology. Particularly in schizophrenia or episodes of major depression, where they could be associated with autoimmune phenomena. Recently, studies have shown that Cx43 is involved in the processes of immunoregulations but also in cognitive and behavioural functions and that its expression varies under certain pathological conditions or stress. The absence of this astrocytic Cx43 in mice induces the recruitment of immune cells and the development of an autoimmune humoral response against an extracellular matrix protein. Based on our [18F]FDG PET imaging and in situ perfusion findings, astrocytic Cx43 deficient mice do not exhibit any change in their cerebral carbohydrate metabolism. Neither [18F]FEPPA PET imaging nor the western blot of TSPO expression in the brain distinguished differences between Cx43 deficient and floxed mice. This suggests that the observed immune response would not imply an increased expression of TSPO in the brain. In contrast, western blot results correlated with [18F]FEPPA PET imaging (VT enhancement) in the Cx43-deficient mouse model showed that only floxed mice overexpress TSPO at the brain level after inflammatory stimulus induced by a single injection of LPS. Astrocytic Cx43 therefore appears to play a role in the immune system's reactivity to an inflammatory stimulus. This would make it a target of interest for potential therapeutic agents.