Visualisation de la biodistribution du SRAS-CoV-2 en corps entier in vivo par imagerie immunoTEP chez le primate non-humain

Whole-body visualisation of SARS-CoV-2 biodistribution in vivo by immunoPET imaging in non-human primates

• Auteur / Autrice : Alexandra Detrille
• Direction : Roger Le grand
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Inscription en doctorat le 08/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de pharmacie
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Primate non-humain

Imagerie in vivo

Covid-19

ImmunoTEP

SRAS-CoV-2

COVID long

Covid-19

Non-human primate

In vivo imaging

ImmunoPET

SARS-CoV-2

Long COVID

Résumé

Le 1er objectif est de caractériser la biodistribution du SARS-CoV-2 tout au long de l'infection. Deux approches seront combinées pour évaluer la distribution virale. Premièrement, des virus de type sauvage seront inoculés à des macaques puis ciblés avec des anticorps anti-SARS-CoV-2 marqués au 89Zr imagés par TEP-CT. Cela permettra de visualiser et de quantifier la distribution des particules virales de manière longitudinale sans introduire de biais de la modification de la souche virale. La deuxième approche consistera à utiliser un virus SRAS-CoV-2 recombinant exprimant la thymidine kinase (fourni par un collaborateur externe) et à évaluer la distribution du virus réplicatif. Le principal sous-objectif est ensuite de déterminer les signes cliniques des macaques infectés par le SARS-CoV-2 recombinant et de les comparer aux données enregistrées précédemment dans le modèle IDMIT avec la souche de type sauvage. Parallèlement, l'objectif principal de cette deuxième stratégie est de déterminer par imagerie TEP-CT, la distribution du virus réplicatif à l'échelle du corps entier en utilisant le [18F]-FHBG. Pour les deux stratégies, cette évaluation de la biodistribution sera effectuée de manière longitudinale au cours de l'infection : l'infection initiale, l'infection aiguë (jour 1 à jour 3 après l'exposition) jusqu'à la rémission (semaine 2 à semaine 3 après l'exposition). En utilisant des estimations de la charge virale par qPCR dans les compartiments nasal, trachéal et rectal, une corrélation entre le signal TEP détecté dans ces compartiments et la charge virale sera évaluée pour permettre une estimation systémique de la charge virale dans chaque région d'intérêt. De plus, l'évolution génomique du virus SARS-CoV-2 dans les échantillons biologiques et dans le temps sera évaluée par un partenaire externe (la société Life&Soft) par séquençage ciblé en utilisant le protocole publié de l'ARTIC basé sur le séquençage par amplicon et long-read. De plus, ces données fourniront des outils utiles pour évaluer l'impact des traitements antiviraux et des vaccins sur la biodistribution virale in vivo. Le 2ème objectif consiste à caractériser la réponse/les signatures immunitaire(s) locale(s) à l'infection dans le tractus respiratoire inférieur. L'objectif est de caractériser les réponses immunitaires cellulaires locales qui se produisent pendant l'infection par le SARS-CoV-2 le long des voies respiratoires inférieures, longitudinalement pendant l'infection, puis d'évaluer les populations cellulaires critiques impliquées dans la clairance virale. Ces données permettront de mieux comprendre la réponse immunitaire locale qui se produit après l'infection et seront d'un grand intérêt pour les stratégies de vaccination/traitement. Cette étude sera réalisée par bronchoscopie couplée à diverses techniques. Il pourrait s'agir de prélèvements locaux par écouvillonnage et/ou biopsies et d'un séquençage de l'ARN total (shotgun) pour évaluer les signatures immunitaires. Le séquençage à long terme de l'ARNm permettra de compter les gènes au niveau des transcriptions pour décrire la réaction de l'hôte avec une grande précision. En outre, l'endomicroscopie confocale laser basée sur des sondes et avec des anticorps fluorescents ciblant les populations cellulaires d'intérêt (cellules présentatrices d'antigènes, neutrophiles, lymphocytes T/B, cellules dendritiques et cellules NK, par exemple). L'autre sous-objectif serait d'évaluer avec la même technique certaines interactions cellulaires virus-hôte. En outre, l'imagerie TEP-CT utilisant des anticorps marqués au 89Zr ciblant une population cellulaire immunitaire d'intérêt serait également réalisée pour confirmer à l'échelle du corps entier ces résultats locaux. L'utilisation combinée des différentes approches et l'analyse intégrée des données générées chez un même individu permettront la visualisation spatiale et temporelle de la réponse de l'hôte à l'infection. Cela pourrait avoir des applications futures en recherche clinique pour surveiller la progression de la maladie et les traitements.

The first objective is to characterize SARS-CoV-2 biodistribution along the infection. Two approaches will be combined to assess viral distribution. First, wild-type viruses will be inoculated in macaques and will be then targeted with 89Zr labeled anti-SARS-CoV-2 antibodies for PET-CT imaging. This will allow to visualize and quantify the distribution of viral particles longitudinally without introducing the bias of modifying the viral strain. The second approach will be to use a thymidine kinase expressing recombinant SARS-CoV-2 viruses (provided by an external collaborator) and to assess the distribution of replicative virus. The primary sub-objective is then to determine clinical disease of macaques infected with recombinant SARS-CoV-2 and to compare with data recorded previously in IDMIT model with wild-type strain. At the same time, the main objective of this second strategy is to determine by [18F]-FHBG PET-CT imaging replicative viral distribution at whole-body scale. For both strategies this biodistribution assessment will be done longitudinally during the infection from baseline, acute infection (day 1 to day 3 post exposure) to remission (week 2-week 3 post exposure). Using qPCR viral load estimates in nasal, tracheal and rectal compartments, a correlation between PET signal detected in these compartments and the viral load will be assessed to allow a systemic estimate of the viral load in every region of interest. Moreover, viral SARS-CoV-2 genomic evolution within biological samples and time will be assessed by an external partner (Life&Soft company) by targeted sequencing using published ARTIC protocol based on amplicon and long-read sequencing. Additionally, this data will provide useful tools to assess the impact of antiviral treatments and vaccines on viral biodistribution in vivo. The second goal is to characterize local immune response/signatures to infection in the lower respiratory tract. The objective is to characterize the local cellular immune responses occurring during SARS-CoV- 2 infection along the lower respiratory tract longitudinally during the infection and then to assess critical cellular populations involved in viral clearance. This data would provide new insight regarding local immune response occurring after infection and will be of great interest for vaccine/treatment strategies. This will be done by bronchoscopy coupled with diverse techniques. One could be local samplings by swabbing and/or biopsies and total RNA sequencing (shotgun) to assess immune signatures. Long-read sequencing of mRNA will allow the count of gene at a transcript level to describe host reaction with high accuracy. Furthermore, probe-based confocal laser endomicroscopy and with fluorescent antibodies targeting cellular populations of interest (antigen presenting cells, neutrophils, T/B lymphocytes, dendritic cells and NK cells for instance). The other sub-aim would be to assess with the same technique some viral-host cellular interactions. Additionally, PET-CT imaging using 89Zr labeled antibodies targeting an immune cellular population of interest would also be performed to confirm at whole body scale these local findings. The combined use of the different approaches and the integrated analysis of the generated data in a same individual will allow spatial and temporal visualization of host response to infection. This may have future application in clinical research to monitor disease progression and treatments.