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Page de résumé pour ULgetd-11012010-141957

Auteur : Delgaudine, Marie
E-mail de l'auteur : Marie.Delgaudine@student.ulg.ac.be
URN : ULgetd-11012010-141957
Langue : Français/French
Titre : Cell therapy for cardiac tissue repair by circulting stem cells/Thérapie cellulaire de réparation tissulaire cardiaque par cellules souches circulantes
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences biomédicales et pharmaceutiques
Département : Médecine - Département des sciences cliniques
Jury :
Nom : Titre :
BEGUIN, Yves Membre du jury/Committee Member
DEFRAIGNE, Jean-Olivier Membre du jury/Committee Member
GIANELLO, Pierre Membre du jury/Committee Member
GOTHOT, André Membre du jury/Committee Member
KOLH, Philippe Membre du jury/Committee Member
NOROL, Françoise Membre du jury/Committee Member
PIERARD , Luc Président du jury/Committee Chair
Mots-clés :
  • cellules souches/stem cells
  • cellules progénitrices/progenitor cells
  • infarctus du myocarde/myocardial infarction
  • G-CSF
  • cellules progénitrices endothéliales/endothelial progenitor cells
  • cellules progénitrices hématopoiétiques/hematopoietic progenitor cells
  • cellules progénitrices mésenchymateuses/mesenchymal progenitor cells
  • mobilisation/mobilization
  • échocardiographie/echocardiography; cathétérisme/catheterization
  • microSPECT
Date de soutenance : 2010-12-13
Type d'accès : Public/Internet
Résumé :

Le traitement de pathologies cardiaques ischémiques est limité par l’absence de capacité régénérative du myocarde. Plusieurs études ont suggéré le potentiel de régénération du myocarde des cellules souches hématopoïétiques (CSH), mésenchymateuses (CSM) et des cellules progénitrices endothéliales (CPE). Une des stratégies envisageables en thérapie cellulaire est la mobilisation des cellules souches adultes de moelle osseuse (MO) dans le sang périphérique (SP) afin qu’elles puissent participer aux phénomènes de réparation tissulaire cardiaque. Le G-CSF est une cytokine puissante dont il a été démontré qu’elle pouvait améliorer la fonction et la perfusion cardiaque après un infarctus du myocarde, non seulement en mobilisant les cellules souches de la MO, mais également, en exerçant des effets cardioprotecteurs directs. Toutefois, des études complémentaires sont requises afin de clarifier l’intérêt d’un traitement complémentaire par du G-CSF chez les patients souffrant d’infarctus aigu du myocarde.

L’objectif du travail est d’évaluer plus précisément la capacité du G-CSF à mobiliser les CSH, les CSM et les CPE et d’examiner la contribution de ces cellules aux phénomènes de réparation tissulaire cardiaque après infarctus du myocarde.

Evaluation de la taille de l’infarctus chez la souris par µSpect

Les modèles murins sont fréquemment utilisés pour étudier les mécanismes physiopathologiques cardiaques et tester les nouvelles stratégies thérapeutiques ; toutefois, l’évaluation de la fonction cardiaque reste plus difficile d’accès que chez les gros animaux. C’est la raison pour laquelle nous avons mis au point un modèle d’infarctus du myocarde (IM) par occlusion de l’artère coronaire chez la souris, mais également les techniques nécessaires à l’exploration de la perfusion et de la fonction cardiaque.

Afin de suivre l’évolution des paramètres hémodynamiques cardiaques fins dans notre modèle d’IM, nous avons adapté les techniques d’échocardiographie et de sonde à conductance pour leur usage chez la souris. Nous avons ensuite démontré que la technique du µSpect est réalisable chez la souris et permet une détermination précise de la taille de l’infarctus. En effet, vu les très petites dimensions du cœur de souris, nous avions besoin d’une résolution spatiale élevée que nous offre le nouveau système de Spect (Linoview Spect) : celui-ci peut en effet différencier deux points éloignés de 0,35mm. Nous obtenons effectivement des images de qualité équivalente à celles obtenues dans les études cliniques humaines. Nous avons validé cette technique en démontrant une excellente corrélation entre la taille de la zone ischémiée mesurée par µSpect et celle obtenue par les techniques histologiques de coloration au TTC ou trichrome. Nous avons également observé un faible taux de variation des valeurs inter-observation ou inter-observateur.

Mobilisation des cellules progénitrices par du G-CSF chez des animaux sains

Avant d’évaluer la contribution du G-CSF aux phénomènes de réparation du tissu cardiaque lésé suite à une diminution de la perfusion, nous avons tout d’abord étudié la capacité du G-CSF à mobiliser les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH), mésenchymateuses (CPM) et endothéliales (CPE). Nous voulions également vérifier l’impact d’un traitement par du G-CSF sur la perfusion ainsi que sur les performances du muscle cardiaque normal.

Nous avons démontré que l'administration de G-CSF chez les souris induit la mobilisation en périphérie de CPH, CPM et CPE, selon une cinétique spécifique à chaque type de cellules progénitrices. C’est après trois jours de traitement par du G-CSF que nous observons un nombre maximum des trois types de progéniteurs dans la SP ; ce serait donc le jour le plus approprié pour collecter par aphérèse une population enrichie en CPH, CPM et CPE. Toutefois, ce jour de collecte est à adapter spécifiquement à chaque type de cellules progénitrices.

L’analyse échocardiographique et les mesures de pression-volume ont démontré que l'administration de G-CSF a un impact sur la fonction hémodynamique cardiaque. Ces données hémodynamiques ont révélé une relaxation anormale du cœur, une compliance plus faible du ventricule gauche (VG) et une plus faible déformation du myocarde. Ces résultats pourraient suggérer que le G-CSF exerce un effet rigidifiant sur les parois ventriculaires. De plus, l’imagerie µSpect montre que la perfusion myocardique chez des souris saines est augmentée de façon importante, peu de temps après l'administration de G-CSF.

Mobilisation des cellules progénitrices après la survenue d’un IM

Nous avons examiné si la survenue d’un IM pouvait affecter le nombre de progéniteurs dans la moelle osseuse et le sang périphérique.

Nous avons observé que le nombre de CPH et de CFU-GM diminue aussi bien dans la moelle qu’en circulation, probablement en conséquence de l'inhibition post-inflammatoire de l'hématopoïèse. Les nombres de CPM et la CPE de la moelle ne varient pas, tandis que les CFU-F formées à partir des cellules médullaires diminuent. Ces trois paramètres augmentent considérablement dans le SP, indiquant une mobilisation importante de ces cellules progénitrices, en réponse à l'inflammation myocardique. Il apparaît clairement que les cellules progénitrices sont spécifiquement mobilisées suite à l’IM et non pas chez les « sham-operated animals », alors que ces derniers subissent l’entièreté de la chirurgie, à l’exception de la ligature de l’artère coronaire.

Mobilisation des cellules progénitrices par du G-CSF chez des animaux souffrant d’IM

Nous avons étudié la contribution du G-CSF à la réparation du tissu cardiaque dans notre modèle murin de ligature de l’artère coronaire. L’impact sur la survie, la fonction hémodynamique cardiaque et la perfusion, de 2 timings de traitement par du G-CSF a été étudiée par l’usage complémentaire de l’échographie, l’évaluation hémodynamique à partir de boucle pression-volume et l’imagerie µSpect. Pour ce faire, les animaux ligaturés sont traités par du G-CSF, soit pendant 5 jours après l’infarctus, soit pendant 5J avant et 5J après la chirurgie. Une semaine après l’induction de l’IM, les modifications fonctionnelles et structurelles induites par l’infarctus et le traitement au G-CSF sont évaluées.

Les résultats que nous avons obtenus montrent que les CPM et les CPE sont davantage mobilisées dans le sang périphérique chez les souris souffrant d’IM et traitées par du G-CSF que chez les animaux non traités. De plus, l’administration du G-CSF est nécessaire à la mobilisation des CPH après un IM aigu. L’administration de G-CSF améliore la survie des animaux. En effet, la mortalité évolue de 30% chez les animaux non traités à 18% chez les animaux traités par du G-CSF dans les 5J qui suivent la ligature, et 0% de survie si les animaux sont traités 5J avant la ligature et 5J après. Le remodelage du VG est également amélioré par le G-CSF, comme le montre la diminution du poids du coeur et de la taille du VG. Nous avons alors évalué l'impact de l'administration de G-CSF sur le déficit de la perfusion et avons observé que ce paramètre, ainsi que la taille de l’infarctus, sont sensiblement diminués après 10 jours de G-CSF. Nous obtenons également une évolution favorable de la perfusion entre les jours 1 et 7 chez les animaux recevant du G-CSF. Le nombre d'artérioles CD31 positives dans le coeur est également augmenté après un traitement par du G-CSF. Afin d’évaluer plus précisément l'impact du traitement par du G-CSF sur la physiopathologie cardiaque chez des souris souffrant d’IM, une évaluation hémodynamique de fonction cardiaque a été réalisée. Nous pouvons observer une amélioration de certains paramètres de la fonction cardiaque mais non de tous. En effet, 7 jours après la survenue de l’IM, le débit cardiaque est presque totalement corrigé mais la fraction d’éjection du VG reste inchangée. Les paramètres de déformation du VG ne sont pas normalisés une semaine après l’infarctus. D’un point de vue hémodynamique, la constante de relaxation augmente au-delà des valeurs normales après l’administration de G-CSF. De même, en fin de diastole, la pression augmente fortement, alors que le volume reste inchangé. Ces données indiquent à nouveau une altération de la relaxation du muscle cardiaque et une diminution de la compliance du VG chez les animaux traités par du G-CSF.

Ces résultats confirment le potentiel du G-CSF à mobiliser les cellules progénitrices dans le sang périphérique et leur possible contribution aux phénomènes de réparation cardiaque. Le développement d’un traitement par du G-CSF dans les pathologies ischémiques cardiaques est un thérapeutique non invasive qui suscite un vif intérêt, mais qui nécessite des évaluations approfondies au travers d’études fondamentales et cliniques en double aveugle et randomisées. Il faut maintenant déterminer les mécanismes par lesquels le G-CSF exer

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