UPThèses

La transplantation est la meilleure alternative en cas d'insuffisance rénale terminale. Face à la pénurie de greffons, les équipes de transplantation se sont tournées notamment vers les donneurs décédés par arrêt circulatoire (DDAC) non contrôlés. Ces greffons soumis à une période d'ischémie chaude sont plus fragiles. Des méthodes de reconditionnement chez le donneur par refroidissement in situ (RIS) et circulation régionale normothermique (CRN) se sont développées afin de réduire les lésions d'ischémie-reperfusion. Le choix de la méthode est laissé à l'appréciation de chaque équipe et il existe une grande hétérogénéité des pratiques. Après prélèvement, l'utilisation des machines de perfusion hypothermique (MPH) est généralement recommandée. L'optimisation de ces phases de reconditionnement chez le donneur et de conservation hypothermique apparait comme un enjeu majeur de santé publique. Concernant l'optimisation du mode de reconditionnement, la mise au point d'un modèle préclinique porcin parfaitement reproductible a permis de mettre en évidence une supériorité de la CRN sur le RIS. Une durée de CRN de 4 heures minimum sans dépasser 6 heures paraît optimale. Concernant la conservation hypothermique, les MPH permettent le maintien du niveau d'expression des gènes retrouvé en fin de CRN. L'ajout d'une oxygénation active en MPH ou de curcumine en solution statique améliore le devenir du greffon à court et long termes dans un modèle préclinique d'autogreffe. Ce travail pourrait s'étendre à l'étude d'autres organes, d'autres durées d'ischémie chaude et aux DDAC contrôlés afin d'élargir encore le nombre d'organes éligibles à la transplantation.

La transplantation rénale, thérapie de choix de l'insuffisance rénale chronique terminale, est limitée par une pénurie d'organes. Les greffons issus de donneurs décédés par arrêt cardiaque (DDAC) peuvent contribuer à pallier à cette pénurie au prix de stratégies thérapeutiques visant à améliorer l'issue de la transplantation. Les cellules souches mésenchymateuses (MSC) de l'organisme adulte ont des propriétés de sécrétion, d'immunomodulation et de différenciation intéressantes dans ce contexte. L'objectif de ce travail est d'évaluer, dans un modèle pré-clinique porcin de DDAC, le potentiel thérapeutique de deux populations cellulaires d'intérêt : les MSC issues du liquide amniotique (AFSC) et les cellules de la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux (SVF). Les AFSC porcines injectées dans l'artère rénale 7 jours post-greffe, en raison de leur sensibilité à une séquence d'hypoxie réoxygénation (HR) in vitro, accélèrent la reprise de fonction et réduisent l'extension des lésions chroniques du greffon et sont détectées dans le rein 24h après injection. La SVF porcine, phénotypiquement proche de celle de l'Homme, est moins sensible à cette séquence d'HR et peut être injectée dans l'artère du greffon à sa reperfusion sans perturbation du flux sanguin rénal, avec une rétention des cellules dans le rein 24h post injection. Ce travail met en évidence le rôle bénéfique des AFSC dans la réparation des lésions ischémie-reperfusion des greffons issus des DDAC, ainsi que la faisabilité de l'injection de la SVF dans l'artère rénale après transplantation, et ouvre des pistes pour l'optimisation les protocoles d'administration de produits de thérapie cellulaire en transplantation.

L’ischémie-reperfusion est un phénomène physiopathologique complexe, indissociable de la transplantation rénale, et induisant des lésions pouvant conduire à la dysfonction de l’organe à court et moyen terme et potentiellement à sa perte. Les reins issus de donneurs décédés après arrêt circulatoire ainsi que ceux issus de donneurs à critères étendus, dont l’utilisation ne fait qu’augmenter, sont des greffons particulièrement sensibles à ces lésions ; parmi les stratégies visant à contrôler celles-ci, notre étude vise à tester une thérapie cellulaire innovante basée sur des exosomes dérivés de Cellules Progénitrices Urinaires porcines (pUPCs) combinée à une perfusion hypothermique en machine de perfusion (HMP) suivie d’une perfusion normothermique ex vivo en machine de perfusion (NMP). Les pUPCs ont été isolées et caractérisées par cytométrie en flux, immunofluorescence et western blotting. Les exosomes dérivés de pUPCs ont été isolés par ultracentrifugation et caractérisés par western blotting, microscopie électronique et par nanotracking assay. Les reins porcins, prélevés à l’abattoir, ont été soumis à 32 min d’ischémie chaude puis conservés en HMP pendant 24 heures à 4°C. Par la suite, les reins ont été perfusés ex vivo en normothermie oxygénée durant 5h à 37°C. Pour la thérapie cellulaire, des exosomes dérivés de pUPCs (Exo) ont été injectés via l’artère rénale porcine. Trois groupes expérimentaux ont été réalisés (n = 5-6/groupe) : Groupe 1 : HMP/véhicule + NMP/véhicule, Groupe 2 : HMP/Exo + NMP/véhicule, Groupe 3 : HMP/Exo + NMP/Exo. Les analyses effectuées comprennent notamment des paramètres fonctionnels et histologiques, les analyses de l’expression des protéines/cytokines dans les perfusats ainsi que l’effet des perfusats sur des cultures de cellules aortiques porcines in vitro. Tout d’abord, les pUPCs ont été isolées et amplifiées à partir d’échantillons d’urine porcine. Les pUPCs isolées expriment des marqueurs de cellules souches mésenchymateuses comme CD90 et sont négatives pour CD31 (marqueur endothélial) et CD45 (marqueur de cellules souches hématopoïétiques). Les pUPCs ont la capacité d’acquérir un phénotype épithélial (expression d’E-cadhérine) après différenciation en cellules tubulaires avec la présence de transporteurs d’eau (AQP1 et AQP2). Les exosomes dérivés de pUPCs expriment des marqueurs exosomaux Alix et TSG101, ont une taille attendue (30-100 nm de diamètre) et sont délimités par une double membrane. L'injection d'exosomes dérivés de pUPCs pendant 24 heures de HMP est faisable, n’impactant pas négativement les paramètres de perfusion, mais aucune différence significative n'a été montrée (analyse en fin de HMP). L'injection d'exosomes pendant la NMP est également possible et n'a pas d'impact significatif sur le débit de perfusion, la résistance rénale, la consommation d'oxygène, la prise de poids des reins, la production d'urine, la fonction rénale (créatinine et sa clairance) et le niveau d'ATP. Cependant, certains marqueurs de lésions cellulaires sont diminués dans le Groupe 3 (ASAT, LDH) et les analyses des perfusats de NMP montrent que l’injection d’Exo induit une immunomodulation (diminution des cytokines pro-inflammatoires (IL1α, IL1β, IL8) et augmentation de la cytokine anti-inflammatoire IL1RA). In vitro, la présence d’exosomes au sein des perfusats permet d’augmenter l’activité mitochondriale de cellules endothéliales porcines en culture. Des analyses métabolomiques et transcriptomiques sont en cours afin de comprendre le mécanisme d’action de ces vésicules. Cette étude montre la faisabilité et l’intérêt potentiel d’utiliser des exosomes dérivés de pUPCs pour le conditionnement du greffon rénal ex vivo. Ces résultats doivent être évalués sur un modèle de transplantation rénale porcine.

La pénurie d'organes a amené les équipes de transplantation à élargir l'acceptation des greffons à des organes provenant de donneurs marginaux. Le recours aux greffons marginaux impose de réduire les lésions induites durant l'IR, et doit conduire à une prise en charge optimisée de façon à limiter le risque de PNF et de RRF. C'est face à cette situation, que la question de la perfusion d'organe et de l'utilisation des machines de perfusion s'est posée et a justifié la réalisation de ce travail. Un modèle d'autotransplantation chez le porc a été choisi car il permet d'évaluer les effets de l'IR sur le rein. Les reins ont subi une ischémie contrôlée. La conservation des reins a été randomisée soit en incubation statique dans IGL-1 ou Belzer MPS soit sur machine de perfusion. Nous avons utilisé comme paramètre d'étude : la survie des animaux, différents dosages biologiques, une analyse histologique et une évaluation immunologique par RTqPCR des certains gènes impliqués dans le mécanisme lésionnel d'IR. Nos résultats montrent au total : -Que la machine de perfusion RM3 diminue le risque de RRF et PNF post greffe. -La supériorité de l'IGL-1 sur le Belzer MPS ; il existe un effet propre de la solution IGL-1 pour moduler les mécanismes inflammatoires et immunologiques liés aux lésions d'IR. -Que la reprise de fonction et la PNF dépendent du liquide utilisé et qu'il existe un effet d'addition entre l'IGL-1 et la machine de perfusion.

Actuellement les transplanteurs sont confrontés à une pénurie de greffons, conduisant à l'élargissement des critères de choix des donneurs. Cette démographie fait place à des greffons plus sensibles aux lésions d'ischémie-reperfusion (I/R). Ces lésions conduisent à des dysfonctions de reprises de fonction des greffons, et participent à l'augmentation de l'immunogénicité du greffon et à l'emergence de rejets aigus et chroniques. Dans un premier temps, il est donc nécessaire de limiter les lésions d'I/R et conserver l'intégrité du greffon. Dans un deuxième temps, il est important de réduire l'immunogénicité du greffon et de contrôler le rejet de greffe tout en maintenant le receveur immunocompétent. Afin de limiter les lésions d'I/R nous avons évalué la solution de préservation SCOT de type extracellulaire contenant 30g/L de PEG 20kDa, dans un modèle murin d'isolement et de transplantation d'îlots pancréatiques. L'amélioration des conditions de conservation a permit de préserver l'intégrité des îlots et de réduire l'immunogénicité du greffon, et ce due aux propriétés immunoprotectrices des PEG 20kDa (effets obtenus pour 10 à 30g/L). Dans ce même modèle notre second objectif était d'établir un état de tolérance périphérique par déplétion transitoire des lymphocytes T alloréactifs. La déplétion des lymphocytes T en division a été induite au moment de l'allotransplantation des îlots, par administration transitoire d'un analogue nucleosidique inductible. La déplétion transitoire a permit d'aboutir à une immunotolérance dominante via l'émergence de lymphocytes T régulateurs CD4+CD25+FoxP3+, cellules ouvrant de nouvelles perspectives dans l'inhibition des rejets d'allogreffes.

Il est prouvé que la conservation des greffons rénaux marginaux en machine de perfusion (MP) est bénéfique. Cependant, cette méthode nécessite des améliorations afin de minimiser les lésions d’ischémie-reperfusion (I/R), par l’ajout d’oxygène et/ou d’un transporteur d’oxygène. Nous avons cherché à évaluer les effets de l’oxygénation et de l’ajout d’une hémoglobine de ver marin (HbAm, M101) durant la perfusion rénale hypothermique avant transplantation. Nos critères de jugement étaient basés sur la reprise de fonction du greffon et sur les lésions tardives de dysfonction rénale. Nous avons utilisé un modèle porcin : les reins ont été exposés à 1h d’ischémie chaude, puis perfusés dans une MP WAVES® pendant 23h à 4°C avant autotransplantation. Quatre groupes ont étudié : W (MP-21% O2), W-O2 (MP-100% O2), W-M101 (MP-21% O2 + 2g/L HbAm), W-O2+M101 (100% O2 + 2g/L HbAm), (n=6 per groupe). Les reins du groupe W-M101 ont montré un débit de perfusion plus élevé et une résistance rénale plus faible comparé aux autres groupes. Pendant la première semaine post-transplantation, les groupes W-O2 et W-M101 ont montré une créatininémie significativement plus faible et un meilleur taux de filtration glomérulaire (GFR). Les niveaux circulants de KIM-1 et IL-18 étaient plus faibles dans le groupe W-M101, tandis que les niveaux de NGAL et d’ASAT étaient plus faibles dans les groupes d’oxygénation active. Trois mois post-transplantation, la fraction excrétée de sodium et le ratio protéinurie/créatininurie étaient plus élevé dans le groupe W. La créatininémie était plus faible dans le groupe W-M101. La fibrose interstitielle a évalué à 3 mois post-transplantation étaient plus faible dans les groupes W-M101 et W-O2+M101. Nous avons révélé histologiquement que l’infiltration de mastocytes était significativement élevée dans le groupe W comparé aux autres groupes. Nous avons montré que la combinaison de 21% O2 + hémoglobine améliorent la reprise de fonction du greffon rénale.

La pénurie de greffons rénaux a conduit à élargir les prélèvements aux donneurs décédés après mort encéphalique (DME) à critères élargis et aux donneurs décédés après arrêt circulatoire (DDAC). Ces organes sont à risque d'être non greffés ou de présenter des non reprises de fonction primaire et une durée de vie plus limitée. Ces greffons souffrent des mécanismes d'ischémie-reperfusion inhérents au processus de prélèvement-conservation-greffe. Ces donneurs sont soumis à des phénomènes physiopathologiques qui leur sont propres et dont la compréhension pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques. Un modèle porcin de DME a permis d'établir que la cinétique de passage en mort encéphalique impacte sur la reprise de fonction primaire (RFP) par le biais de la réponse au stress oxydant (voie de SIRT1, PGC1-α, NRF2). La balance NRF2-mTOR pourrait également influencer la genèse de lésions. Le préconditionnement par un analogue de la spermidine améliore les RFP par diminution du stress oxydant, stimulation de PGC1-α et stimulation de l'autophagie par mTOR. Un modèle porcin de DDAC a permis d'établir que le reconditionnement par circulation régionale normothermique passe par la stimulation de l'érythropoïèse et de l'angiogenèse via HIF1-α, de eNOS et de la thrombomoduline avec un temps optimal de 4h. Au-delà une activation de la coagulation par la libération de TF induit une inflammation par stimulation des protease activating receptors. L'utilisation d'une molécule anti-IIa et anti-Xa durant la conservation permet d'améliorer les suites de greffe. La compréhension des principes physiopathologiques propres aux donneurs permet de mettre place des reconditionnements innovants.

L'ischémie-reperfusion (IR) est un syndrome associant un arrêt de la perfusion sanguine suivie de son rétablissement au sein d'un organe. L'IR est rencontrée dans de nombreuses pathologies telles que le syndrome coronarien aigu, la chirurgie vasculaire mais également durant la transplantation d'organes solides au moment de la préservation de l'organe. L'ischémie entraîne de nombreux désordres métaboliques générant un stress cellulaire parmi lequel deux organelles sont particulièrement touchées : la mitochondrie et le réticulum endoplasmique (RE). Notre projet de recherche visait à comprendre l'impact du stress du RE et de sa réponse, appelée Unfolded Protein Response (UPR), au cours de l'IR. Nous avons étudié la cinétique d'activation et le rôle de chacune des voies de l'UPR – IRE1α–XBP1, PERK-eIF2α-ATF4 et ATF6 – dans la survie des cellules endothéliales artérielles humaines soumises à différentes durées d'IR. Nous avons observé une activation successive des voies PERK-eIF2α-ATF4, ATF6 et IRE1α-XBP1 en fonction de la durée de l'ischémie froide. À l'aide de méthodes bioinformatiques, d'agents pharmacologiques et de techniques d'extinction génique post-transcriptionnelle (siRNA) nous avons observé que la voie ATF6 était délétère, que la voie PERK-eIF2α-ATF4 était protectrice lorsqu'elle était maintenue activée durant l'ischémie et que la voie IRE1α-XBP1 avait un rôle dual. Par extrapolation à la clinique, nos résultats indiquent que l'UPR est une voie d'intérêt thérapeutique pour optimiser la survie des greffons ainsi que la qualité de vie des patients et que ses médiateurs pourraient permettre d'estimer la qualité du greffon lors de la transplantation.

OBJECTIF : L’intégrité vasculaire est une pierre angulaire de la viabilité des organes solides, notamment en cas de transplantation. L’objectif de ce travail est de décrire les modifications du réseau vasculaire du cortex rénal dues à une séquence d’ischémie-reperfusion (IR) induite dans un modèle préclinique porcin d’autotransplantation rénale. MATÉRIELS ET MÉTHODES : Nous avions mis en place une technique d’analyse de la microvascularisation corticale rénale après acquisition microscanner et traitement des images de reins de porc perfusés avec un polymère de silicone radio-opaque. RÉSULTATS : L’ischémie-reperfusion rénale induit une diminution corticale du volume du segment vasculaire associée à une raréfaction des microvaisseaux inférieurs à 30 µm en particulier dans la corticale interne. Dans le cortex, une augmentation de la connectivité caractérisée par une augmentation des bifurcations et une diminution du facteur d’arborescence a été observée. L’hypercholestérolémie associée à l’ischémie-reperfusion entraine une raréfaction microvasculaire dans la corticale moyenne. Trois mois post-autotransplantation, l’augmentation de la durée de conservation des greffons induit une augmentation significative de l’épaisseur de la zone corticale, un effondrement du pourcentage de microvaisseaux. CONCLUSION : Trois mois après autotransplantation rénale, l’ischémie-reperfusion induit une raréfaction des microvaisseaux de la corticale interne. Nos résultats suggéreraient que l’altération de la fonction rénale chez des greffons pourrait être liée à une hypoxie chronique et une fibrose induite par une raréfaction microvasculaire proportionnelle à la durée de la conservation.

La méthode de préservation d’organes la plus utilisée actuellement en transplantation rénale est la conservation statique en hypothermie. Cependant, ce mode de conservation induit des dommages inhérents aux lésions du syndrome d’ischémie/reperfusion (I/R). Cette étude a eu pour objectif d’identifier de nouvelles conditions de préservation des greffons, afin de limiter les lésions d’I/R, en modulant la température de conservation ou par ajout d’un transporteur d’oxygène. Nous avons utilisé deux modèles : in vitro avec des cellules endothéliales et in vivo en autotransplantation rénale chez le porc. Les résultats ont confirmé les effets délétères de la conservation à 4°C contrairement à des conservations à 19°C, 27°C et surtout 32°C, permettant d’obtenir une activité métabolique, une viabilité et une intégrité cellulaire supérieures ainsi qu’une diminution des marqueurs de l’inflammation et du stress oxydant. Nous avons aussi démontré les bénéfices d'un nouveau transporteur d’oxygène, M101, dans deux des solutions de conservation les plus utilisés, UW et HTK. L'utilisation de M101 en conservation statique permet une meilleure reprise de fonction à court terme et une réduction de la fibrose, cause principale de la perte du greffon. Enfin, nous avons montré une conservation des bénéfices de M101 à des doses réduites et déterminé que cette protection était due à une multifonctionnalité de la molécule, combinant un transporteur d’oxygène, une activité superoxyde dismutase et une taille importante (permettant de réguler la pression oncotique). Ce travail a montré de nouvelles pistes de réflexion vers une préservation, et donc une qualité, supérieure des organes à transplanter.