Academic literature on the topic 'Ouverture de la barrière hématoencéphalique'

Les gliomes malins constituent les tumeurs cérébrales primaires les plus agressives et le glioblastome (GBM) est la plus fréquente et agressive d’entre elles. La survie médiane associée n’est que de 14,6 mois. Dû au caractère hautement invasif de ces tumeurs, la résection maximale de la tumeur doit impérativement être suivie de traitement de radio- et/ou chimiothérapie. Cependant, la présence de la barrière hématoencéphalique et des mécanismes de chimiorésistance, tels que les pompes à efflux, limitent l’acheminement et l’efficacité des composés aux cellules tumorales. L’ouverture osmotique de la barrière hématoencéphalique (OBHE) a été développée afin d’améliorer l’acheminement d’agents anti-néoplasiques au cerveau et à la tumeur. Bien que plusieurs études aient été effectuées afin de caractériser son processus, beaucoup d’informations restent à découvrir afin d’approfondir nos connaissances sur l’OBHE et améliorer son application en clinique. Avec l’objectif ultime de contourner ces deux obstacles, j’ai caractérisé le processus dynamique de l’OBHE pour deux molécules de tailles différentes par imagerie par résonance magnétique dynamique, ainsi que pour une molécule étant un substrat des pompes à efflux par tomographie d’émission par positron dans le modèle murin Fischer-F98. J’ai également étudié l’expression et la localisation de différentes pompes à efflux par PCR quantitative et immunohistochimie dans des spécimens de gliomes malins. Les résultats obtenus démontrent que la barrière hémato-tumorale limite l’acheminement à la tumeur de composés de différent poids moléculaire. L’acheminement au parenchyme cérébral et à la tumeur suite à une procédure d’OBHE est aussi dépendant du poids moléculaire et de la taille de la molécule à acheminer. L’OBHE à moins d’être de qualité excellente, ne semble pas suffisante pour acheminer au parenchyme cérébral des substrats des pompes à efflux. Les GBM expriment la MRP1, MRP3 et BCRP à différents niveaux. La PGP, MRP1 et BCRP sont exprimées par les cellules endothéliales des microvaisseaux cérébraux. L’ensemble de ces résultats suggère que l’administration d’agents thérapeutiques suite à la procédure d’OBHE doit être optimisée selon l’agent administré et que l’inhibition de pompes à efflux ou une autre stratégie rendant les agents de chimiothérapie invisibles aux pompes à efflux sera bénéfique pour améliorer leur acheminement au système nerveux central et aux cellules tumorales.

Le glioblastome (GBM) est le cancer du cerveau le plus fréquent et grave chez l’adulte. Son pronostic sombre est en partie dû à la résistance de ces tumeurs aux chimiothérapies. L’une des principales causes de ces résistances est l’incapacité des chimiothérapies à pénétrer dans le cerveau depuis le sang à cause de la barrière hémato-encéphalique (BHE), une spécificité des vaisseaux sanguins cérébraux. Par l’injection de microbulles et l’envoi d’ultrasons dans le cerveau, il est possible d’ouvrir cette BHE pour permettre à des chimiothérapies d’entrer dans le cerveau. Nous avons montré quela chimiothérapie carboplatine gagnait en efficacité lorsqu’elle était injectée après ce procédé. Les GBM peuvent aussi montrer une résistance aux chimiothérapies par des mécanismes génétiques intrinsèques à la tumeur. Nous avons étudié l’expression et l’impact sur le pronostique des patients atteints de GBM des gènes de la famille des transporteurs ABC, dont le membre ABCA13 s’est avéré important
Glioblastoma (GBM) is the most frequent and severe brain cancer for adults. Its dark prognosis in partly due to the resistance of these tumors to chemotherapies. One of the main causes of these resistances is the incapacity of chemotherapies to enter the brain from the blood circulation because of the bloodbrain barrier (BBB), a specificity of cerebral blood vessels. By the injection of microbubbles and the delivery of ultrasound into the brain, it is possible to open this BBB to allow chemotherapies to enter the brain. We have showed that the chemotherapeutic agent carboplatin gained efficacy when it was injectedafter this procedure. GBM can also exhibit resistance to chemotherapies by genetic mechanisms intrinsic to the tumor. We studied the expression and the impact on prognosis for GBM patients of the genes of the ABC transporters family, which member ABCA13 appeared important

Devant l'impact des maladies neurodégénératives sur la société, les thérapies par ultrasons focalisés apparaissent comme des techniques prometteuses combinant non invasivité, précision spatiale millimétrique et capacité d'atteindre les structures profondes du cerveau. Cependant, des travaux sont encore nécessaires pour renforcer les effets de la neuromodulation, comprendre les mécanismes sous-jacents et contrôler la sûreté de la technique avant d'entreprendre des essais cliniques. Dans cette thèse, la propagation des ultrasons dans le cerveau de rongeurs et de singes a été étudiée numériquement afin d'estimer l'intensité acoustique dans le cerveau, la répartition spatiale des ondes dans la boîte crânienne et l'élévation de température. Afin d'évaluer physiologiquement les effets des ultrasons à l'échelle cellulaire, l'activité de neurones uniques a été mesurée sur des macaques éveillés pendant une neuromodulation ultrasonore. Puis, la durée de l’effet de modulation a été augmentée grâce à une prolongation du tir sur des singes exécutant une tâche visuelle. L'imagerie fonctionnelle par IRM a ensuite permis de faire ressortir des changements de connectivité entre l'aire stimulée et des régions du cerveau éloignées.Enfin, les avantages de la neurostimulation par ultrasons ont été combinés avec l'efficacité d'un agent neuroactif. En utilisant des microbulles conjointement aux ultrasons, la barrière hémato-encéphalique a été ouverte localement et réversiblement dans le cortex visuel de macaques anesthésiés pour permettre le passage d'un neurotransmetteur inhibiteur dans le cerveau. La baisse d'amplitude des réponses EEG du cortex visuel à des stimuli démontre la faisabilité de la délivrance locale et non invasive de neuromodulateurs dans le cerveau. Ainsi, les paramètres ultrasonores ont été optimisés grâce aux simulations numériques et à des expériences in vivo pour renforcer les effets de neuromodulation tout en contrôlant les effets indésirables, avec l'objectif de se diriger vers des applications thérapeutiques et proposer de nouveaux outils pour des études de connectivité cérébrale
Considering the extent of neurodegenerative diseases consequences on the society, focused ultrasound appears as a promising technique combining non-invasiveness, millimetric spatial accuracy and ability to reach deep brain structures. However, efforts still need to be made to amplify the effects of focused ultrasound neuromodulation, understand its mechanism and control the safety of the technique before moving towards human trials.The ultrasound propagation inside the brain of rodents and monkeys was first studied numerically to estimate the maximum intensity in the brain, the pressure distribution in the skull cavity and the thermal rise. To evaluate physiologically the ultrasound effects at the cellular level, the activity of individual neurons was measured on awake macaques during ultrasonic neuromodulation. To further increase the duration of the modulation, a longer sonication was tested successfully on macaques performing a visual task. Functional MRI was then used to highlight the connectivity changes between the stimulated area and distant cerebral regions. Finally, the advantages of ultrasound neurostimulation were combined with the efficiency of a neuroactive agent (GABA). Using microbubbles and ultrasound, the blood brain barrier was opened locally and reversibly in the visual cortex of anesthetized macaques to deliver an inhibitory neurotransmitter in the brain. The amplitude of the EEG response of the visual cortex to stimuli decreased after GABA injection, demonstrating the feasibility of delivering neuroactive drugs non-invasively and locally to any brain region.Overall, ultrasound parameters were optimized with both numerical tools and in vivo experiments to amplify neuromodulation effects while controlling the safety. This work opens the way to the development of novel therapeutic applications and new tools for connectivity studies

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une protection naturelle du système nerveux central. Son étanchéité constitue néanmoins un frein à de nombreuses thérapies médicamenteuses. Elle peut être temporairement perméabilisée grâce à une exposition à des ultrasons, couplée à une injection de microbulles dans la circulation sanguine. Dans ce manuscrit, l'ouverture de la BHE avec un dispositif ultrasonore non focalisé et implantable est étudiée. Une méthode automatique de quantification du volume d'ouverture grâce aux images IRM issues d'une étude clinique de phase 1/2a chez des patients atteint d'un glioblastome multiforme récurrent a été développée et validée. Une corrélation entre la probabilité d'ouverture et la pression acoustique locale a été trouvée. L'activité de cavitation des microbulles a été étudiée in vitro pour affiner la compréhension de son lien avec l'ouverture de la BHE. L'incertitude de quantification de cette activité à l'aide d'un capteur mono-élément utilisé passivement (PCD) à travers le crâne a été évaluée. Une correction se basant sur la position du PCD par rapport à la source de cavitation a été proposée et validée. L'influence du volume couvert par un nuage de cavitation dans le champ ultrasonore non focalisé sur les amplitudes des signaux enregistrés par le PCD pendant le traitement clinique a été discutée. Deux méthodes de localisation et de différenciation de sources de cavitation multiples dans un contexte transcrânien ont été évaluées par simulations et in vitro
The blood-brain barrier (BBB) is a natural protection of the central nervous system. However, it limits the delivery of many drugs to the brain tissues. It can be temporarily disrupted by ultrasound exposure combined with intravenous injection of microbubbles. In this manuscript, BBB disruption with an implantable unfocused ultrasound device is studied. An automatic method for quantifying the volume of BBB disruption using MR images from a phase 1/2a clinical study in patients with reccurent glioblastoma was assessed and validated. A correlation between the probability of disruption and the local acoustic pressure was found. Microbubbles cavitation activity was studied in vitro to better understand its effect on BBB disruption. The uncertainty on the amplitudes of cavitation signals recorded with a passive single-element detector (PCD) through the skull was quantified. A position-based correction of the PCD signal was assessed and validated. The effect of the volume of a cavitation cloud in the unfocused ultrasound field on the signal amplitude recorded by the PCD during the clinical treatment was discussed. Two methods for localizing and discriminating cavitation sources in a transcranial context were evaluated by simulations and in vitro

Les cellules endothéliales de capillaires cérébraux, support de la barrière hémato-encéphalique, présentent des caractéristiques morphologiques et biochimiques qui restreignent les échanges entre le cerveau et le sang. L’étude de la barrière hémato-encéphalique a été facilitée par l'utilisation de cultures de cellules endothéliales de capillaires cérébraux mais, le plus souvent, ces cellules en culture perdent les caractéristiques de la barrière hémato-encéphalique. Nous avons mis au point une culture de cellules endothéliales de capillaires cérébraux de boeuf. Ces cellules conservent pendant cinquante générations toutes les caractéristiques liées à leur type endothélial et quelques propriétés de la barrière hémato-encéphalique (jonctions serrées, absence de pinocytose, activité monoamine oxydase), mais perdent des le premier passage l'activité gamma-glutamyl transpeptidase. Afin de recréer les interactions qui existent in vivo, nous avons réalisé une co-culture ou des astrocytes sont ensemencés sur la face inférieure d'un filtre et les cellules endothéliales sur la face supérieure. Dans ces conditions, les cellules endothéliales réexpriment l'activité gamma-glutamyl transpeptidase, et la monocouche, dont la résistance électrique atteint 661 ohm cm², est imperméable au sucrose et à l'inuline. Un choc osmotique permet, comme in vivo, d'augmenter momentanément la perméabilité de la monocouche des cellules endothéliales. Afin de valider notre modèle, nous avons comparé le passage de dix substances à travers la barrière hémato-encéphalique, in vitro à l'aide de la co-culture, et in vivo par la méthode d'Oldendorf. Il existe une étroite corrélation entre les valeurs d'extractions obtenues avec ces deux méthodes.

Les cellules endothéliales (CE) de capillaires cérébraux, support anatomique de la barrière hémato-encéphalique (BHE), présentent des caractéristiques structurales et métaboliques qui restreignent les échanges entre le sang et le parenchyme cérébral et assurent ainsi le maintien de l'homéostasie du système nerveux central. L'expression de ces propriétés est induite par l'environnement cérébral composé de cellules gliales (CG). Sur un modèle de BHE in vitro qui consiste en une coculture de CE et de CG, nous avons montré l'implication de plusieurs transporteurs (Tp) dans le transport de différentes substances à travers les CE. Outre la P-glycoprotéine, les transcrits des MRP1, 4, 5, et 6 ont été détectés dans les CE, les CG et les péricytes dont l'influence sur l'expression endothéliale d'un de ces Tp a été observée. Ces protéines sont des pompes d'efflux qui limitent l'entrée vers le cerveau de médicaments dont les interactions pourraient s'avérer toxiques pour l'intégrité de la BHE. Un apport de nutriments est cependant indispensable au bon fonctionnement du cerveau. Il s'effectue grâce à la présence de Tp spécialisés. La carnitine est connue pour s'accumuler dans le cerveau où elle augmente la synthèse d'acétylcholine, ce qui pourrait expliquer ses effets bénéfiques dans le traitement des démences séniles. Nous avons caractérisé ce transport et démontré l'implication des Tp OCTN2 et B0,+. Les études présentées ici soulignent la nécessité des efforts de caractérisation à fournir pour un contrôle optimal de notre modèle, en vue d'élucider les mécanismes à l'origine de la barrière métabolique qui fait de la BHE l'obstacle à franchir pour soigner les pathologies cérébrales
The maintenance of the brain interstitial fluid homeostasis, which constitutes the special microenvironment for neurons, is established by the presence of the blood-brain barrier (BBB) at the transition area from capillary endothelial cells (ECs) to brain tissue. Glial cells (GCs), the nearest neighbours of brain capillaries, have been shown to induce some of the specialised properties of the ECs. Using an in vitro model of the BBB, consisting of a co-culture of brain capillary ECs and GCs, we have demonstrated the involvement of several transporters (Tps) in the transport of different compounds across the BBB endothelium. Besides P-glycoprotein, involved in drug efflux activity at the EC luminal side, the transcripts of MRP1, 4, 5 and 6 have been detected in ECs and GCs but also in pericytes with the ability to influence endothelial MRP6 expression. This proteins act as efflux pumps limiting drug delivery to the brain. Furthermore, drug-drug interactions could be toxic for BBB integrity. However, nutrients need to be provided to the brain to insure its good functionning. This supply requires specialised Tps. Carnitine is known to accumulate in brain where it enhances acetylcholine synthesis, which could explain its beneficial effects observed in the treatment of senile dementia. The first steps of this transport process have been characterised, demonstrating the involvement of the OCTN2 and B0,+ Tps. Our studies underline the necessity for our in vitro BBB model to be characterised, in a view to an optimal control leading to the elucidation of the mechanisms underlying the BBB metabolic barrier with constitutes the obstacle to clear in order to treat cerebral deseases

Les cellules endothéliales de capillaires cérébraux, support de la barrière hémato-encéphalique (BHE), présentent des caractéristiques morphologiques et biochimiques qui restreignent les échanges entre le sang et le cerveau. Le transport du glucose, des acides aminés, de l'insuline et d'autres molécules sont aujourd'hui connus. Par contre les modalités de transfert des lipides du sang au cerveau sont encore inconnues. Au contraire de l'endothélium des autres organes, l'endothélium des capillaires cérébraux présente un récepteur LDL. Nos travaux ont pour but d'étudier le rôle de ce récepteur. Ils sont effectués sur un modèle in vitro de BHE, consistant en une coculture de cellules endothéliales de capillaires cérébraux et d'astrocytes. Les études d'interactions entre ces deux types cellulaires montrent que lorsque les astrocytes sont déprimés en cholestérol, l'expression du récepteur LDL au niveau de l'endothélium cérébral est multipliée par 6. Cet effet est médié par un(des) facteur(s) soluble(s) exclusivement sécrété(s) par les astrocytes préalablement cultivés avec les cellules endothéliales cérébrales. Le facteur obtenu dans ces conditions permet l'induction du récepteur LDL au niveau d'autres cellules. Ces résultats montrent que le récepteur LDL au niveau de l'endothélium des capillaires cérébraux est l'une des caractéristiques de la BHE. L'étude du transport des LDL au travers de l'endothélium cérébral, montre que le transfert des LDL du sang vers le cerveau est spécifique et est inhibé par l'anticorps c-7 connu pour bloquer la fixation des LDL à leur récepteur. Ainsi le récepteur LDL au niveau de l'endothélium cérébral permet le transport des LDL au travers de la BHE. La transcytose des LDL est régulée en fonction des besoins lipidiques du parenchyme cérébral. Ces résultats confirment que la BHE est biologiquement active, et établissent un rôle nouveau du récepteur LDL, le transport des lipides au travers de la BHE.

La Barrière Hémato-Encéphalique (BHE), localisée au niveau des capillaires cérébraux, est responsable de l‟homéostasie cérébrale et régule les échanges entre le sang et le cerveau. L‟importance de cette barrière et sa complexité anatomique ont incité les chercheurs à développer des systèmes cellulaires permettant de reproduire in vitro les caractéristiques de l‟endothélium cérébral afin de l���étudier et de prédire sa perméabilité. Dans ce cadre, notre laboratoire a mis au point un modèle in vitro de BHE constitué d‟une co-culture de cellules endothéliales de capillaires cérébraux de boeuf et de cellules gliales de rat. Ce modèle constitue un outil intéressant pour l‟industrie pharmaceutique car il permet, entre autres, de prédire la pénétration cérébrale d‟un composé. S‟il est important, dans le cadre des pathologies cérébrales, d‟identifier des composés accédant facilement au cerveau, la donnée de perméabilité cérébrale peut également renseigner sur la possibilité ou non d‟effet secondaire centraux d‟agents pharmacologiques. En effet, notre modèle de co-culture a permis de mieux appréhender les différences d‟apparition d‟effets secondaires extrapyramidaux observés en clinique, entre la métopimazine et 3 autres antiemétiques (domperidone, chloropromazine, metoclopramide) sur la base de leur différence de fréquence d‟effets. Si notre modèle de co-culture représente un des outils les plus pertinents en terme d‟évaluation de perméabilité cérébrale et d‟études mécanistiques, il n‟est cependant pas adapté à une utilisation en haut débit (HTS ou High Throughput Screening). Afin de répondre à cette demande du secteur industriel, nous avons participé à l‟élaboration d‟un nouveau modèle de BHE in vitro répondant aux critères d‟une utilisation HTS. Ce modèle, développé à partir du savoir-faire du laboratoire, répond à toutes les obligations d‟un modèle de BHE in vitro exploitable dans le cadre de l‟évaluation de la perméabilité cérébrale. Il limite également l‟utilisation d‟animaux et offre de nombreux avantages en termes de réduction des délais, des coûts et des besoins techniques inhérents à sa mise en place et à son utilisation. Le secteur de la toxicologie montre un intérêt grandissant pour les données de toxicité et de perméabilité de la BHE dans le cadre de l‟établissement du profil toxicologique d‟un composé. Par le biais d‟études sponsorisées par l‟ECVAM (European Centre for the Validation of Alternative Methods), nous avons mis en évidence la pertinence de ce nouveau modèle HTS de BHE in vitro et démontré son intérêt dans le cadre des études neurotoxicologiques
The blood-brain barrier (BBB), located at the level of cerebral capillaries, is responsible for cerebral homeostasis and regulates exchanges between the blood and the brain. The importance and anatomical complexity of this barrier have lead researchers to develop cellular systems allowing to reproduce in vitro cerebral endothelial features, in order to study and predict its permeability. Therefore our laboratory has set up an in vitro BBB model consisting of in a co-culture of bovine brain capillary endothelial cells and rat glial cells. This model provides an interesting tool for pharmaceutical industry since it allows, among other things, to predict compounds cerebral entrance. Should identifying compounds which easily reach the brain be important in the frame of cerebral diseases, the cerebral permeability parameter can also give useful information about the potential side effects of pharmaceutical agents with peripheral target. Indeed, our co-culture model has allowed us to better apprehend the extra pyramidal side effects differences clinically observed between metopimazine and 3 other antiemetic drugs (domperidone, chloropromazine and metoclopramide), according to cerebral permeability differences. Although our co-culture model represents one of the most relevant tools in terms of cerebral permeability assessment and mechanistic studies, it doesn‟t seem appropriate for High Throughput Screening use. To meet the industrial field demand, we have taken part in the setting up of a new in vitro BBB model, matching all the HTS use criteria. This model, developed on the basis of the laboratory expertise, matches every need for an in vitro BBB model to be exploitable for cerebral permeability assessment. It also limits animals use and offers numerous advantages in terms of cost, technical needs and time reduction, inherent to its setting up and use. The toxicological field shows an increasing interest in toxicity data and BBB permeability, in the frame of toxicological profiling of compounds. Thanks to studies sponsored by ECVAM (European Centre for the Validation of Alternative Methods), we have demonstrated the relevance of this new in vitro HTS BBB model as well as its usefulness for neurotoxicological studies