Etude d'une nouvelle voie d'administration des ASO-tcDNA pour le traitement systémique des maladies neuromusculaires

Study of a new route of administration of ASO-tcDNA for the systemic treatment of neuromuscular diseases

• Auteur / Autrice : Jérémy Laurent
• Direction : Marcel Bonay, Thérèse Deramaudt
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physiologie et physiopathologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Handicap Neuromusculaire: Physiopathologie, Biotechnologies et Pharmacologie appliquées
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de physiologie TITAN
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines

Mots clés

Mots clés libres

Poumon

Macrophage

Infllammation

Souris

Oligonucléotides antisens

Inflammation

Antisense oligonucleotides

Macrophage

Mice

Lung

Résumé

Contexte et Environnement Scientifique : Depuis sa création en 2015, l'UMR 1179 développe, en partenariat avec la société ‘SQY Therapeutics' (spin off de l'unité dirigée par Luis Garcia), une nouvelle classe d'oligonucléotides antisens (i.e., ASO-tricyclo-DNA) pour le traitement par modulation d'épissage de différentes maladies génétiques, en particulier du système neuromusculaire. Après avoir identifié et résolu de nombreux verrous technologiques (e.g., compréhension des mécanismes physicochimiques sous-tendant la toxicité aiguë provoquée par les ASO après administration intra-veineuse, conception de nouveaux ASO-tcDNA adaptés à une distribution systémique, pré-industrialisation des moyens de production des ASO-tcDNA, etc.). SQY Therapeutics et l'UMR 1179 ont réuni les conditions et les moyens nécessaires pour un essai clinique ‘First in Human' (AVANCE-1 – Phase 1/2a EUCT : 2022-500703-49-01) pour la myopathie de Duchenne qui débutera début 2023 sur le site hospitalier Raymond Poincaré de notre UFR. Enjeux et Objectifs du Projet : Le protocole thérapeutique AVANCE-1 en cours de développement clinique a recours à des injections récurrentes d'ASO-tcDNA. Bien que ce mode opératoire garantisse une certaine efficacité dans les différents modèles précliniques où il a été testé, il est très contraignant pour les patients et les centres hospitaliers à même de réaliser ces perfusions. Aussi, nous souhaitons développer de nouvelles voies d'administration moins invasives, telles que la voie sublinguale et la voie inhalée. Il s'agit là d'un véritable ‘Graal' dans le domaine des thérapies par oligonucléotides antisens qui ouvrira assurément des perspectives thérapeutiques pour une multitude de maladies dont l'offre de soin est encore insatisfaisante. Nos travaux préliminaires ont montré le passage systémique d'ASO-tcDNA administrés par aérosol chez le rongeur. Un premier objectif est d'étudier les doses délivrées (PK sanguine) et de la répétition des aérosols nécessaires à l'obtention d'une concentration tissulaire efficace d'ASO-tcDNA (PK/PD). L'autre objectif concerne l'étude des effets du traitement inhalé sur les mécanismes de défenses pulmonaires. L'intégrité physique de l'espace aérien doit être maintenue en permanence dans le but d'optimiser les échanges gazeux et d'y prévenir ou de combattre toute accumulation de matière, provenant soit de l'extérieur, soit de l'intérieur de l'organisme. Des centaines de particules inertes ou de micro-organismes entrent en contact quotidiennement avec la surface épithéliale respiratoire. Plusieurs stratégies défensives peuvent être initiées par l'hôte pour faire face à l'agression que représente l'inhalation des aérocontaminants. Les macrophages et les cellules épithéliales alvéolaires produisent de nombreux médiateurs (dont des cytokines et des protéines associées au surfactant) qui contrôlent le recrutement et l'activation de cellules immunitaires dans les espaces aériens. Les macrophages représentent environ 90 % des cellules de la lumière alvéolaire et constituent une première ligne de défense par leur capacité d'internalisation et de dégradation des agents pathogènes. Ils interviennent également dans le contrôle de l'inflammation et de stress oxydant. Nos travaux ont montré que le stress oxydant et la voie de signalisation Nrf2/Keap1-Bach1 jouent un rôle essentiel dans la physiopathologie de nombreuses pathologies respiratoires aiguës et chroniques. La voie Nrf2 participe à la protection pulmonaire au cours de la bronchopneumopathie chronique obstructive, l'emphysème, les agressions aiguës et la fibrose pulmonaire. Récemment, la dysfonction du métabolisme oxydatif des macrophages de patients souffrant de bronchopneumopathie chronique obstructive a été corrigée par l'activation de la voie Nrf2, suggérant un effet favorable sur l'inflammation de cette pathologie des voies respiratoires. L'étude de différents protocoles d'inhalation sur la distribution pulmonaire et le passage systémique des ASO-tcDNA sera associée à la recherche de son retentissement sur les réponses immunitaires et inflammatoires respiratoires. Planification et Organisation du Projet : Le doctorant sera supervisé par les directeurs de thèse (Marcel Bonay & Thérèse Deramaudt) et bénéficiera de l'expertise des chercheurs chevronnés en matière d'ASO-tcDNA de l'UMR 1179 et de SQY Therapeutics. Le programme de recherche s'attachera à : - Etudier la pharmacocinétique de traitements ASO-tcDNA inhalés chez la souris normale et la souris mdx (modèle murin de la myopathie de Duchenne) : PK/PD inhalation vs bolus intraveineux. - Caractériser in vitro et in vivo les effets moléculaires, cellulaires et physiologiques des traitements ASO-tcDNA par voie inhalée. - Comprendre les mécanismes impliqués dans la réponse immunitaire éventuelle des macrophages pulmonaires après exposition à ASO-tcDNA (effet dose – réversibilité – traitements adjuvants). Moyens mis à disposition : L'UMR 1179 et SQY Therapeutics disposent de tous les équipements et moyens nécessaires à la réalisation de ce projet ; la synergie est d'autant plus forte que les deux partenaires ont leurs laboratoires au même étage de l'UFR santé Simone Veil. Cet ensemble constitue une plateforme technologique unique en matière d'ASO-tcDNA. Elle dispose également d'une expertise reconnue en biologie moléculaire et cellulaire, en culture cellulaire, et en expérimentation animale.

Context and Scientific Environment: Since its creation in 2015, UMR 1179 has been developing, in partnership with the 'SQY Therapeutics' company (a spinoff division led by Luis Garcia), a new class of antisense oligonucleotides (i.e., ASO -tricyclo-DNA) for the treatment by splicing modulation of different genetic diseases, and more specifically of the neuromuscular system. After having identified and solved many technological obstacles (e.g., understanding of physicochemical mechanisms underlying the acute toxicity caused by ASOs after intravenous administration, design of new ASO-tcDNAs adapted to a systemic distribution, pre-industrialization of the ASO-tcDNA manufacturing process, etc.). SQY Therapeutics and UMR 1179 have brought together the necessary means and resources for a 'First in Human' clinical trial (AVANCE-1 – Phase 1/2a EUCT: 2022-500703-49- 01) for Duchenne muscular dystrophy which will start at the beginning of 2023 at the Raymond Poincaré hospital site of our UFR. Challenges and Objectives of this Project: The AVANCE-1 therapeutic protocol currently in the stage of clinical development uses recurrent injections of ASO-tcDNA. Although this procedure guarantees a definite effectiveness in various tested preclinical models, it is very restrictive for the patients and the hospitals able to perform these injections. Thus, we want to develop new and less invasive routes of administration, such as the sublingual route and the inhaled route. This will be defined as a real 'Grail' in the field of antisense oligonucleotide therapies and will undeniably set new therapeutic prospects for a multitude of diseases for which the actual recommended treatment remains unsatisfactory. Our preliminary work showed the systemic passage of ASO-tcDNA administered by aerosol in rodents. A first objective will be the study of the delivered doses (blood PK) and determine the number of repetitive aerosol deliveries to obtain an effective tissue concentration of ASO-tcDNA (PK/PD). The second objective will consist in studying the effects of the inhaled treatment on the mechanisms of pulmonary defenses. The physical integrity of the airspace must be permanently maintained in order to optimize gaseous exchanges and to prevent or combat any accumulation of matter, either from outside or from inside the airspace. Hundreds of inert particles or microorganisms come into daily contact with the respiratory epithelial surface. Most inhaled particles are trapped by the tracheobronchial mucociliary layer, transported to the pharynx and ingested. Only particles smaller than 3 μm reach the distal lung. Several defensive strategies can be initiated by the host to deal with the aggression represented by the inhalation of these particles. Macrophages and alveolar epithelial cells produce numerous mediators (including cytokines and surfactant-associated proteins) that control the recruitment and activation of immune cells in the airspaces. Macrophages represent about 90% of the cells of the alveolar lumen and constitute a first line of defense by their ability to internalize and degrade pathogens. They are also involved in the control of inflammation and oxidative stress. Our work has shown that oxidative stress and the Nrf2/Keap1-Bach1 signaling pathway play an essential role in the pathophysiology of many acute and chronic respiratory diseases. The Nrf2 pathway participates in lung protection during chronic obstructive pulmonary disease, emphysema, acute insults and pulmonary fibrosis. Recently, the oxidative metabolism dysfunction of macrophages from patients suffering from chronic obstructive pulmonary disease was corrected by the activation of the Nrf2 pathway, suggesting a favorable effect on the inflammation of this airway pathology. The study of different inhalation protocols on the pulmonary distribution and the systemic passage of ASO-tcDNA will be associated with a better understanding of its impact on the respiratory immune and inflammatory responses. Planning and Organization of the Project: The doctoral student will be supervised by the thesis supervisors (Marcel Bonay & Thérèse Deramaudt) and will benefit from the expertise of senior researchers in ASO-tcDNA from UMR 1179 and SQY Therapeutics. The research program will focus on: - studying the pharmacokinetics of inhaled ASO-tcDNA treatments in normal mice and mdx mice (murine model of Duchenne muscular dystrophy): PK/PD inhalation vs intravenous bolus. - the in vitro and in vivo characterization of the molecular, cellular and physiological effects of inhaled ASO-tcDNA treatments. - understanding the mechanisms involved in the possible immune response of pulmonary macrophages after exposure to ASO-tcDNA (dose effect – reversibility – adjuvant treatments). Means made available: UMR 1179 and SQY Therapeutics have the complete equipment and means necessary to carry out this project; the synergy is all the stronger as the two partners' laboratories are found on the same floor of the UFR santé Simone Veil. This setting constitutes a unique technological platform for ASO-tcDNA and has a recognized expertise in molecular and cellular biology, cell culture, and animal experimentation.