Utilisation de vésicules extracellulaires dérivées de cellules cardiaques progénitrices pour le traitement des cardiopathies induites par chimiothérapie

Use of cardiac progenitor cell-derived extracellular vesicles for the treatment of chemotherapy-induced cardiomyopathies

• Auteur / Autrice : Manon Desgres-Dassonville
• Direction : Philippe Menasché
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Paris Centre de Recherche Cardiovasculaire (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Thomas Vilquin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Thomas Vilquin, Catherine Vergely-Vandriesse, Vincent Hyenne, Gilles Soulat, Carmen Martinez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Vergely-Vandriesse, Vincent Hyenne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myocarde -- Maladies

Cardiopathies

Cardiomyocytes

Vésicules extracellulaires

Mots clés libres

Progéniteur cardiovasculaire

Sécrétome

Cardiomyopathie induite par la chimiothérapie

Déformabilité myocardique

Métabolisme énergétique

Cardiovascular progenitor

Secretome

Chemotherapy-Induced cardiomyopathy

Cardiac strain

Energetic metabolism

Résumé

Au cours des dernières années, le pronostic de nombreux cancers s'est nettement amélioré mais l'une des rançons de ce succès est la survenue possible chez les survivants d'une cardiomyopathie induite par la chimiothérapie, souvent sévère et pouvant advenir à distance du traitement. La cardio-oncologie à l'interface entre ces deux pathologies est donc une discipline transversale dont le but est la facilitation des thérapies efficaces contre le cancer tout en minimisant leurs séquelles cardiovasculaires. Les résultats inconstants des médicaments classiques dans ces pathologies justifient d'explorer de nouvelles approches thérapeutiques parmi lesquelles la thérapie cellulaire. Il est aujourd'hui acquis que les actions cardio-protectrices attribuées à certaines cellules ne sont pas dépendantes de leur intégration à long terme dans le myocarde mais relèvent d'effets paracrines largement médiés par la libération in situ du sécrétome enrichi en vésicules extracellulaires (VEs). Ces VEs sont internalisées dans les cellules cibles du tissu cardiaque où elles libèrent leur contenu (essentiellement composé de protéines, lipides et acides nucléiques) induisant ainsi des changements transcriptionnels de voies de signalisation impliquées dans la régulation de la fonction cardiaque et qui peuvent ainsi contribuer à sa préservation. Par rapport à la thérapie cellulaire, l'utilisation du sécrétome cellulaire produit ex vivo présente plusieurs avantages : il est stable s'il est cryo-préservé, il est peu immunogène et des procédés de fabrication standardisés de type pharmaceutique sont possibles. Après avoir documenté les effets cardio-protecteurs de ces VEs dans un modèle murin de cardiopathie ischémique (par diminution de la fibrose et modulation locale et systémique de l'inflammation), notre équipe cherche actuellement à établir si les VEs peuvent aussi agir sur les principales anomalies chimio-induites (stress oxydatif et métabolique et perte de force contractile). In vitro nous avons mis en évidence que les VEs pouvaient améliorer la capacité des cardiomyocytes à produire l'énergie nécessaire à leur contraction. In vivo, sur des modèles murins, nous avons mis au point des protocoles expérimentaux proches des stratégies cliniques sous forme d'une administration intraveineuse et donc répétable des VEs et un suivi précis des atteintes myocardiques par Imagerie par Résonnance Magnétique adaptée au petit animal. Les nouvelles recommandations des sociétés savantes actent que des marqueurs précoces de la dégradation fonctionnelle cardiaque doivent être recherchés ; tel est le cas de la déformabilité myocardique évaluée par la mesure du strain que nous avons choisi de privilégier dans ce projet. Par ailleurs, l'analyse du cargo protéique des VEs a montré son effet protecteur contre l'altération du métabolisme énergétique, ce qui est en accord avec la nature des voies de signalisations impactées in vivo. Finalement, en vue d'une application chez l'homme, l'étude pré-clinique de l'efficacité fonctionnelle des VEs produites selon un protocole compatible avec les Bonnes Pratiques de Fabrication a été le dernier objectif de cette thèse. Le but à long terme est de mettre à disposition des cliniciens un médicament biologique dérivé de cellules et susceptible d'améliorer le pronostic des cardiopathies post-chimiothérapie dont la gravité peut compromettre le bénéfice d'un traitement anti-cancéreux pourtant efficace sur la maladie causale.

Over the recent years, the prognosis of many cancers has improved significantly, but one of the consequences of this success is the possible occurrence of chemotherapy-induced cardiomyopathy in survivors, which is often severe and may take place long after the treatment. Cardio-oncology at the interface between these two diseases is therefore a cross-disciplinary field whose goal is to facilitate effective cancer therapies while minimizing their cardiovascular sequelae. The inconsistent results of classical drugs in these pathologies justify the exploration of new therapeutic approaches, including cell therapy. It is now known that the cardio-protective actions attributed to some cells are not dependent on their long-term integration in the myocardium but are more likely due to paracrine effects largely mediated by the in situ release of the extracellular-vesicle-enriched-secretome (EVs). These EVs are internalized into the target cells of the cardiac tissue where they release their content (mainly proteins, lipids and nucleic acids), thus inducing transcriptional changes in signaling pathways involved in the regulation of cardiac function and as such, they may contribute to its preservation. Compared to cell therapy, the use of the ex vivo produced cell-secretome has distinct advantages: it is stable if cryopreserved, it is not immunogenic and standardized pharmaceutical-type manufacturing processes are possible. After having documented the cardio-protective effects of these EVs in a mouse model of ischemic heart disease (by decreased fibrosis and modulation of local and systemic inflammation), our team is currently assessing whether EVs can also act on the main chemo-induced abnormalities (oxidative and metabolic stress and loss of contractile strength). In vitro, we have demonstrated that EVs could improve the capacity of cardiomyocytes to produce the energy necessary for their contraction. In vivo, in murine models, we have developed experimental protocols close to clinical strategies under the form of an intravenous, and thus repeatable, administration of EVs and a precise follow-up of the myocardial damage by Magnetic Resonance Imaging adapted to the small animal. The new recommendations of the scientific societies state that markers of cardiac functional degradation should be detected early; such is the case for myocardial deformability assessed by the measurement of strain that we have selected to privilege in this project. Moreover, the analysis of the EV protein cargo shows its protective effect against the alteration of energy metabolism, which is in agreement with the nature of the signaling pathways involved in vivo. Finally, in view of a translation to humans, the pre-clinical study of the functional efficacy of EVs produced according to a protocol consistent with Good Manufacturing Practices has been the last objective of this thesis. The long-term goal is to provide clinicians with a cell-derived biological drug which could improve the prognosis of chemotherapy-induced cardiomyopathy, the severity of which may compromise the benefit of anti-cancer treatment, even though it has been effective against the causative disease.