Lésion médullaire traumatique : Etude des modifications cérébrales et des propriétés neuro-régénératives des cellules gliales olfactives

Traumatic spinal cord injury : Εtude of brain mοdificatiοns and neurο-regenerative prοperties of οlfactory glial cells

• Auteur / Autrice : Quentin Delarue
• Direction : Nicolas Guérout
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche sur le handicap ventilatoire et neurologique (Rouen ; 2022-...) - Groupe de Recherche sur le Handicap Ventilatoire et Neurologique
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierrick Gandolfo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Guérout, Pierrick Gandolfo, Michel Salzet, Fatiha Nothias, Catalina Abad
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mehrnaz Jafarian-Tehrani, Jean-Philippe Hugnot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inflammation

Microglie

Voies olfactives

Cellules gliales

Cognition

traumatismes

Moelle osseuse

Lésions et blessures

Moelle épinière

Mots clés libres

Lésion médullaire traumatiques

Cellules gliales olfactives

Cognition

Cellules microgliales

Inflammation

Traumatic SCI

Olfactory ensheathing cells

Cognition

Microglial cells

Inflammation

Résumé

Les lésions médullaires traumatiques (LMT) sont des atteintes dévastatrices de la moelle spinaleentrainant un déficit sensori-moteur des organes innervés en aval de la lésion. Actuellement aucuntraitement curatif ne peut être proposé aux personne souffrant d’une LMT. Diverses approches ont étéréalisé en recherche fondamentale mais peu ont permis une application translationnelle chez l’Homme.Certaines suscitent un grand espoir, comme la transplantation de cellules gliales olfactives d’originesbulbaires (bCGOs). Son étude dans divers modèles animaux de LMTs a prouvé leurs capacités à modulerl’environnement lésionnel et la cicatrice médullaire par l’activation des cellules épendymaires. Ellesinduisent la survie neuronale et la régénération axonale en sécrétant un ensemble de facteurs trophiqueset de molécules permissives à la croissance axonale. Elles sont aussi capables d’agir sur les cellulesmicrogliales en réduisant leurs réactivités. Cependant, leurs utilisations dans des études pré-cliniqueschez l’Homme, montre des effets hétérogènes. Cela peut être expliqué par les différences génétiques etphysiopathologiques entre les modèles animaux et les humains, des différences de protocole utilisés ouencore par des différences quant au moment de l’injection (phase aiguë ou chronique). Il est aussipossible de mettre en avant une différence importante. Dans les modèles animaux, les cellules sontprélevées sur un animal donneur sain alors que chez l’Homme, les transplantation sont autologue, c’està-dire que les cellules sont prélevées sur le patient médullo-lésé. La caractérisation de perturbationmoléculaire et cellulaire dans les organes périphériques et dans le cerveau, soulevé l’hypothèse que lescellules récupérées sur un organisme traumatisé, peut modifier les effets thérapeutiques de ces celluleset réduire la récupération fonctionnelle des patients. Nous avons donc réalisé des transplantation debCGOs, provenant d’animaux sains (bCGOs H) ou médullo-lésés (bCGOs I), chez des souris après laLMT. L’analyse des performances sensori-motrices et des tissus par immunohistochimie, confirmel’hypothèse. Les animaux ayant reçu les bOECs I montrent une moins bonne récupération fonctionnelle,une plus grande cicatrice médullaire, une réactivité microgliale plus importante et uneneurodégénérescence augmentée, associé à la déstabilisation du PNN en phase aiguë. La diminution descapacités thérapeutique s’expliquent par la différence de l’expressions d’ARNm de facteurs trophiqueet de molécules impliquées dans la réponse inflammatoire, la modulation de la matrice extracellulaireou encore la croissance axonale, entre les bOECs H et les bOECs I.Une question s’est alors posée, peut-on réduire la réactivité cérébrale en appliquant une thérapiemédullaire ?Afin de valider qu’une thérapie médullaire peut agir sur le tissu cérébrale, nous avons transplanté desbCGOs H après la LMT et analysé les performances cognitives ainsi que l’hippocampe des animaux.Alors que la LMT diminue la neurogenèse, la densité neuronale et la mémoire des animaux, latransplantation des bCGOs H a permis de limiter la réactivité cérébrale et d’améliorer la récupérationcognitive. Le développement d’une thérapie applicable après la LMT permettant le prélèvement debulbes olfactifs non réactifs quelques jours après la LMT est donc nécessaire. La rTSMS est une thérapienon invasive, indolore et sans effets secondaires connus. Appliqué après la LMT elle stimule larégénération tissulaire et la récupération fonctionnelle chez la souris et le rat. Utilisable juste après lalésion et apportant des effets thérapeutiques chez l’animal impressionnant, son utilisation préalablementpendant deux semaines, avant le prélèvement des bulbes olfactifs, pourrait alors permettre l’apport d’unethérapeutique efficace aussi bien pour la moelle spinale que le cerveau.

Spinal cord injury (SCI) is a devastating injury to the spinal cord that results in sensory-motor deficitsin the organs innervated downstream of the injury. Currently, no curative treatment can be proposed topeople suffering from SCI. Various approaches have been carried out in basic research, but few haveled to a translational application in humans. Some of them are very promising, such as the transplantationof bulbar olfactory ensheathing cells (bOECs). Their study in various animal models of SCI has proventheir ability to modulate the lesion environment and the medullary scar by activating ependymal cells.They induce neuronal survival and axonal regeneration by secreting a set of trophic factors andmolecules permissive to axonal growth. They are also able to act on microglial cells by reducing theirreactivity. However, their use in pre-clinical studies in humans shows heterogeneous effects. This canbe explained by genetic and pathophysiological differences between animal and human models,differences in the protocol used or differences in the timing of the injection (acute or chronic phase). Itis also possible to highlight an important difference. In animal models, the cells are taken from a healthydonor animal, whereas in humans, transplants are autologous, i.e. the cells are taken from the medulloinjuredpatient. The characterization of molecular and cellular perturbations in the peripheral organs andin the brain, raised the hypothesis that the cells recovered from a traumatized organism, can modify thetherapeutic effects of these cells and reduce the functional recovery of the patients. We thereforeperformed transplantation of bOECs, from healthy (bOECs H) or medullo-injured (bOECs I) animals,into mice after MTL. Analysis of sensory-motor performance and tissues by immunohistochemistryconfirmed the hypothesis. The animals that received bOECs I show a poorer functional recovery, greatermedullary scarring, greater microglial reactivity and increased neurodegeneration, associated with thedestabilization of PNN in the acute phase. The decrease in therapeutic capacities can be explained bythe difference in mRNA expression of trophic factors and molecules involved in the inflammatoryresponse, the modulation of the extracellular matrix or axonal growth, between bOECs H and bOECs I.A question then arose, can we reduce the cerebral reactivity by applying a medullary therapy?In order to validate that spinal cord therapy can act on brain tissue, we transplanted H bOECs after SCIand analyzed the cognitive performance and hippocampus of the animals. While SCI decreasesneurogenesis, neuronal density and memory of the animals, transplantation of bOECs H limited brainreactivity and improved cognitive recovery. Therefore, the development of an applicable therapy afterSCI that allows the harvesting of nonreactive olfactory bulbs a few days after SCI is needed.The rTSMS is a non-invasive, painless therapy with no known side effects. Applied after SCI itstimulates tissue regeneration and functional recovery in mice and rats. It can be used just after the injuryand brings impressive therapeutic effects in animals. Its use beforehand for two weeks, before theremoval of the olfactory bulbs, could then allow the provision of an effective therapeutic mixture forboth the spinal cord and the brain.