Mécanismes d'action de la thérapie cellulaire par cellules souches mésenchymateuses après infarctus cérébral chez le rat. Développement d'un médicament de thérapie innovante

par Anaïck Moisan

Thèse de doctorat en Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement

Sous la direction de Chantal Remy.

Soutenue le 04-12-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble) , en partenariat avec Grenoble Institut des Neurosciences (laboratoire) , INSERM U836, équipe 5, Neuroimagerie fonctionnelle et perfusion cérébrale (équipe de recherche) et de Grenoble Institut des Neurosciences (laboratoire) .

Le président du jury était Christophe Ribuot.

Le jury était composé de Chantal Remy, Olivier Detante, Thierry Moulin, Bertrand Toussaint, Marlene Wiart.

Les rapporteurs étaient Jean-Jacques Lataillade, Nathalie Kubis.


  • Résumé

    L'accident vasculaire cérébral (AVC) représente la première cause de handicap acquis de l'adulte. A l'heure actuelle, moins de 10% des patients peuvent bénéficier de la thrombolyse, et aucun traitement, en dehors de la rééducation, ne permet de réduire efficacement le handicap. Il existe donc un réel besoin de disposer de nouvelles thérapeutiques permettant d'améliorer la récupération et pouvant être administrées dans un délai élargi par rapport à celui de la thrombolyse. Nos travaux expérimentaux chez le rat, associant imagerie IRM de la microvascularisation, analyse de l'expression des gènes de l'angiogenèse et étude comportementale, ont permis de définir une phase de transition (J3-J7) suivie d'une phase subaigüe (J7-J25) post-AVC. Ces deux phases sont apparues comme des fenêtres thérapeutiques potentielles pour l'administration de traitement pro-angiogéniques. Depuis près de 20 ans, de nombreuses équipes se sont tournées vers la thérapie cellulaire, notamment par cellules souches/stromales mésenchymateuses humaines (CSMh), comme thérapie réparatrice dans les AVC avec un triplement du nombre d'essais cliniques au cours des 10 dernières années. Cependant, les données de la littérature ne permettent pas de bien comprendre le mécanisme d'action des CSMh, particulièrement après une administration à la phase subaigüe. Nos travaux ont permis de progresser dans la compréhension de l'effet microvasculaire des CSMh, administrées dans les conditions d'un essai clinique de phase II qui se déroule actuellement à Grenoble (ISIS : Intravenous Stem Cells After Ischemic Stroke). Nous avons montré que la récupération sensori-motrice et cognitive post-ischémique observée après administration intraveineuse de CSMh était liée à une augmentation de l'angiogenèse. Les facteurs angiogéniques Ang2, Ang1, SDF-1 et TGFβ1, dont la sécrétion endogène est augmentée par les CSMh, semblent participer à une meilleure stabilisation vasculaire et pourrait expliquer l'effet bénéfique de ces cellules. Dans le cadre du développement des CSMh en tant que médicament de thérapie innovante, nous avons montré l'absence de potentiel tumorigène des CSMh par une étude toxicologique de tumorigénicité in vivo. Par analyse rétrospective des CSMh produites dans le cadre de l'essai clinique de phase II, nous avons montré la faisabilité de la production de CSMh conformes aux spécifications et en quantité suffisante par l'Unité de Thérapie Cellulaire. Par ailleurs, ces CSMh cultivées ex vivo peuvent présenter des anomalies caryotypiques erratiques, non clônales. Ces anomalies semblent être liées au maintien en culture, plus qu'au procédé lui-même. Une composante "donneur" semble également contribuer à l'apparition de ces anomalies.

  • Titre traduit

    Mechanisms of MSC as a cellular therapy in stroke - clinical of an advanced therapy medicinal product


  • Résumé

    Stroke is the leading cause of disability in adult. Less than 10% of patients can be treated with thrombolysis. Except rehabilitation, no effective treatment exists to improve functional recovery after the acute phase. Therefore, there is a wide need to develop an effective therapy applicable after several days or weeks following stroke. Using a multiparametric approach (microvascular MRI, analysis of angiogenic genes expression and behavioral study) in rat ischemic stroke model, we defined a transition stage (D3-D7) followed by a subacute phase (D7-D25) during post-stroke remodeling. These two phases represent an interesting target time-window for administration of pro-angiogenic therapies. Since 20 years, cell therapy, notably by human mesenchymal stem/stromal cells (hMSC), emerged as a “regenerative treatment” with threefold increase in clinical trial during the last 10 years. However, still limited data are available regarding the mechanisms by which hMSC benefit, especially at the subacute phase. We progressed in understanding the microvascular plasticity that occurs after an intravenous injection of hMSC in a rat model of transient focal cerebral ischemia. Our preclinical studies were carried out simultaneously with a phase II clinical trial that currently goes on in Grenoble (ISIS: Intravenous Stem Cells After Ischemic Stroke). We reported a sustained functional and cognitive long-term benefit of hMSC IV injected at the subacute stage correlated to an increase of angiogenesis. Ang2, Ang1, SDF-1 and TGFβ1, whose endogenous level tends to be overexpressed by hMSC, would enhance stabilization and survival of newborn vessels, accounting for benefit of these cells. As part of the hMSC development as an advanced therapy medicinal product, we realized an in vivo tumorigenicity assay and showed the absence of tumor development after hMSC injection. We also retrospectively analyzed hMSC produced for the phase II clinical trial. We confirmed the feasibility to produce hMSC, conformed to specifications and in adequate quantity, in the Cell Therapy Unit. In addition, we showed that ex vivo expanded hMSC can present, non clonal, erratic chromosomal abnormalities. Such chromosomal abnormalities appeared to be more related to the maintenance in culture than to the manufacturing process. A “donor” component may also contribute to emergence of such abnormalities.


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