Chimioattraction de cellules de gliomes dans une matrice polymère in situ : piège tumoral et refonctionnalisation cérébrale

Chemoattractiοn of gliοma cells in a pοlymeric matrix in situ : tumοral trap and brain refοnctiοnalization

• Auteur / Autrice : Emmanuel Laillet de Montullé
• Direction : Hélène Castel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 28/11/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cancer and Brain Genomics (Rouen ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Géraldine Gouhier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Gouhier, Samuel Meignan, Laurent Prézeau, Pierrick Gandolfo, Michel Salzet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Meignan, Laurent Prézeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cerveau -- Chirurgie

Neurochirurgie

Hydrocolloïdes

Urotensine II

Glioblastome

Mots clés libres

Glioblastome

Urotensine II

Hydrogel biocompatible

Resection gliomale

Piège à gliome

Glioblastoma

Urotensin II

Biocompatible hydrogel

Glioma resection

Glio-trap

Résumé

Le glioblastome (GB) est la tumeur du système nerveux central la plus agressive. Les patients atteints de GB souvent diagnostiqués tardivement, ont un pronostic sombre, mais peuvent présenter des troubles anxiodépressifs et des déficits cognitifs, avant la prise en charge thérapeutique. Ce pronostic sombre s’explique par des processus de forte prolifération des cellules de gliome au cœur de la tumeur, une nécrose et hypoxie intra-tumorales responsables de sécrétion de facteurs angiogéniques et de transformation mésenchymateuse, avec stimulation d’une angiogenèse tumorale. Ce microenvironnement contient des facteurs immunosuppresseurs secrétés par les cellules de GB mais aussi les cellules microgliales et les macrophages intratumoraux (GAM), responsables d’un échappement immunitaire. Le traitement standard actuel des GB, appelé protocole de Stupp, consiste en une résection tumorale la plus complète possible associée à de la chimio et radiothérapie. Malgré ce traitement lourd, la survie médiane des patients se situe actuellement entre 16 et 18 mois. Cette résistance aux thérapies s’explique par la présence d’une barrière hématoencéphalique qui rend difficile l’acheminement des agents anti-néoplasiques, le contexte immunosuppresseur de la tumeur, et le caractère très invasif des cellules de GB, qui explique la récidive fréquente en bordure ou à distance de la cavité de résection. Il existe donc un besoin urgent de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, plus efficaces, qui contournent les critères de résistances de ces gliomes de haut grade, pour améliorer significativement la survie mais aussi la qualité de vie des patients atteints de GB.Parmi les thérapies innovantes développées ces dernières années, les thérapies locales, associées au traitement standard, sont probablement parmi les plus prometteuses. Le seul système d'administration locale approuvé est l'implantation dans la cavité de résection de plaquettes polymériques chargées de casmustine, c’est le Gliadel®, mais son efficacité reste modeste. Sur la base des travaux de l’équipe visant à élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires de la migration et l’invasion des cellules de GB en réponse aux chimiokines du SNC, l’idée d’utiliser la cavité de résection pour y permettre la délivrance locale d’une ou de plusieurs chimiokines, capable d’inverser le sens du gradient chimiotactiques, et créer un « piège écologique » a émergée. Mon projet de thèse visait donc à utiliser différents types de matrices biocompatibles contenant une chimiokine peptidique, l’urotensine II (UII) capable de stimuler un récepteur couplé aux protéines G, le récepteur UT exprimé par les cellules de GB, à vérifier in vitro les capacités de chimioattraction de cellules de GB dans et à travers ces matrices 3D et à confirmer la délivrance de cette chimiokine. In vivo, nous avons optimisé un modèle de résection de GB chez la souris, afin d’évaluer l’efficacité anti-tumorale de ces pièges matriciels et l’impact sur la survie des souris, les effets sur le remodelage du tissu cérébral péri-tumoral et sur l’amélioration de l’activité, des fonctions émotionnelles et cognitives des souris. L’intérêt de ce traitement local a aussi été expérimenté en combinaison avec deux types chimiothérapies administrées par voie systémique ou au niveau local dans la matrice injectée dans la cavité de résection.Les résultats obtenues montrent qu’un système de délivrance local à base d’un hydrogel ou d’une colle contenant une chimiokine et injecté dans la cavité de résection après chirurgie peut piéger les cellules de GB et favoriser le remodelage péritumoral notamment au niveau des infiltrats macrophagiques. Cette plasticité peut être associée à la survie et l'amélioration du déficit cognitif induits par la tumeur et/ou la résection. Combiné à des chimiothérapies locales et systémiques, ce piège tumoral, nouvelle stratégie innovante, offre un nouvel espoir thérapeutique dans le traitement du GB.

Glioblastoma (GB) is the most aggressive central nervous system tumor. Patients with GB, often diagnosed late, have a poor prognosis, but may present with anxiety disorders and cognitive deficits, before therapeutic management. This poor prognosis is explained by processes of high proliferation of glioma cells in the core of the tumor, intra-tumoral necrosis and hypoxia responsible for secretion of angiogenic factors and mesenchymal transformation, with stimulation of tumor angiogenesis. This microenvironment contains immunosuppressive factors secreted by GB cells but also microglial cells and intratumoral macrophages (GAM), responsible for immune escape. The current standard treatment for GB, called the Stupp protocol, consists of the most complete tumor resection possible combined with chemotherapy and radiotherapy. Despite this heavy treatment, the median survival of patients is currently between 16 and 18 months. This resistance to therapy is explained by the presence of a blood-brain barrier that makes it difficult to deliver anti-neoplastic agents, the immunosuppressive context of the tumor, and the highly invasive nature of GB cells, which explains the frequent recurrence at the edge of or at a distance from the resection cavity. There is therefore an urgent need to develop new and more effective therapeutic strategies that circumvent the resistance criteria of these high-grade gliomas, to significantly improve survival but also the quality of life of patients with GB.Among the innovative therapies developed in recent years, local therapies, combined with standard treatment, are probably among the most promising. The only approved local delivery system is the implantation of casmustine-loaded polymeric platelets in the resection cavity, Gliadel®, but its efficacy remains modest. Based on the team's work to elucidate the molecular and cellular mechanisms of migration and invasion of GB cells in response to CNS chemokines, the idea of using the resection cavity to allow local delivery of one or more chemokines, capable of reversing the direction of the chemotactic gradient, and creating an ''ecological trap'' has emerged. My thesis project therefore aimed at using different types of biocompatible matrices containing a peptide chemokine, urotensin II (UII), capable of stimulating a G protein-coupled receptor, the UT receptor, expressed by GB cells, to verify in vitro the chemoattractant capacities of GB cells in and through these 3D matrices and to confirm the delivery of this chemokine. In vivo, we optimized a mouse model of GB resection to evaluate the anti-tumor efficacy of these matrix traps and the impact on the survival of the mice, the effects on the remodeling of the peri-tumor brain tissue and on the improvement of the activity, emotional and cognitive functions of the mice. The interest of this local treatment was also tested in combination with two types of chemotherapies administered systemically or locally in the matrix injected into the resection cavity.The results obtained show that a local delivery system based on a hydrogel or a glue containing a chemokine and injected into the resection cavity after surgery can trap GB cells and promote peritumoral remodeling, particularly at the level of macrophagic infiltrates. This plasticity may be associated with survival and improvement of cognitive deficit induced by tumor and/or resection. Combined with local and systemic chemotherapies, this tumor trap, a new innovative strategy, offers a new therapeutic hope in the treatment of GB.