Nanoparticules issues d'AGuIX® pour optimiser les effets de la radiothérapie des tumeurs cérébrales : Interactions moléculaires et cellulaires entre cellules de glioblastome et macrophages

Nanoparticles from AGuIX® to optimize the effects of radiotherapy on brain tumours: Molecular and cellular interactions between glioblastoma cells and macrophages

• Auteur / Autrice : Lucie Lerouge
• Direction : Muriel Barberi-heyob, Noémie Thomas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé - BioSE
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 08/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : BioSE - Biologie Santé Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CRAN - Centre de Recherche en Automatique de Nancy
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : BioSIS : Biologie, Signaux et Systèmes en Cancérologie et Neurosciences
• Jury : Président / Présidente : Samuel Valable
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Barberi-heyob, Julie Constanzo, Claire Rodriguez-lafrasse, Noémie Thomas, François Lux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Julie Constanzo, Claire Rodriguez-lafrasse

Mots clés

Mots clés libres

Glioblastome

Radiothérapie

Nanoparticules AGuIX

Polarisation macrophages

Ciblage Neuropiline-1

Glioblastoma

Radiotherapy

AGuIX nanoparticles

Macrophages polarization

Neuropilin-1 targeting

Résumé

Le glioblastome (GBM) est l’une des tumeurs primaires les plus agressives et les plus courantes du système nerveux central. Le premier traitement standard consiste en une résection chirurgicale maximale, une radiothérapie externe aux rayons X et une chimiothérapie concomitante au témozolomide. Les principaux défis sont d’éradiquer le tissu tumoral infiltrant tout en préservant le parenchyme cérébral sain des dommages irréversibles. Une nouvelle nanoparticule (NP) théranostique de design AGuIX®-like composée de 30% de Gd et de 70% de Bi, a été optimisée pour favoriser l’efficacité de la radiothérapie (RT), notamment en intégrant la réponse immunitaire et, l’efficacité du ciblage NRP-1. In vitro et in vivo, nous avons mis en évidence que les macrophages associés au GBM pouvaient être polarisés par des cytokines, chimiokines et facteurs de croissance sécrétés pré- et post-traitement. Des macrophages M0, M1 et M2 ont été caractérisés et il a été démontré que les macrophages M2 incorporent de manière préférentielle les NPs fonctionnalisées par un peptide ciblant NPR-1, en cohérence avec l’expression de ce récepteur par les macrophages M2. De plus, l’imagerie par cytométrie de masse (IMC) a confirmé une répartition homogène des macrophages et des NPs dans le modèle sphéroïde. Ces nouvelles NPs ont été évaluées à l’aide d’une extension du modèle linéaire quadratique. Ce modèle original a permis de prédire/démontrer que l’ajout de NPs à l’irradiation ne favorisait pas les dommages nucléaires et n’avait pas d’impact sur l’activité mitochondriale, laissant penser à un effet sur le métabolisme lipidique. En utilisant un modèle de co-culture 3D, les effets du sécrétome de cellules de GBM post-irradiation sur la polarisation des macrophages ont démontré que le schéma 2x 5 Gy a conduit à une diminution des marqueurs M2 tels que CD86 et CD163. In vivo, ce même schéma d’irradiation a démontré une survie améliorée dans un modèle de fenêtre intracrânienne. De plus, l’évaluation en temps réel de la sécrétion de cytokines et de chimiokines après RT à 10 Gy par microdialyse a mis en évidence une augmentation de GM-CSF, IL-33 et IL-1a confirmant l’effet immunomodulateur de la RT.

Glioblastoma (GBM) is one of the most aggressive and common primary tumors of the central nervous system. Standard first-time treatment consists of maximal surgical resection, external X-ray radiotherapy and concomitant chemotherapy with temozolomide. The main challenges are to eradicate infiltrating tumor tissue while preserving healthy brain parenchyma from irreversible damage. A new theranostic nanoparticle (NP) of AGuIX®-like design composed of 30% Gd and 70% Bi has been optimized to promote radiotherapy (RT) efficiency, especially by integrating the immune response and the efficacy of NRP-1 targeting. In vitro and in vivo, we demonstrated that macrophages associated with GBM could be polarized by cytokines, chemokines and growth factors secreted pre- and post-treatment. M0, M1 and M2 macrophages were characterized and it was shown that M2 macrophages preferentially incorporate NPs functionalized by a peptide targeting NRP-1, consistent with the expression of this receptor by M2 macrophages. In addition, mass cytometry imaging (IMC) confirmed a homogeneous distribution of macrophages and NPs in the spheroid model. These new NPs were evaluated using an extension of the linear quadratic model. This original model predicted/demonstrated that the addition of NPs to irradiation did not promote nuclear damage and had no impact on mitochondrial activity, suggesting an effect on lipid metabolism. Using a 3D co-culture model, the secretome effects of post-irradiation GBM cells on macrophage polarization demonstrated that the 2x 5 Gy regimen led to a decrease in M2 markers such as CD86 and CD163. In vivo, the same irradiation regimen demonstrated improved survival in an intracranial window model. In addition, real-time assessment of cytokine and chemokine secretion after 10 Gy RT by microdialysis showed an increase in GM-CSF, IL-33 and IL-1a, confirming the immunomodulatory effect of RT.