Mechanisms of DNA Damage Response to Targeted Irradiation in Organotypic 3D Skin Cultures

DNA damage (caused by direct cellular exposure and bystander signaling) and the complex pathways involved in its repair are critical events underpinning cellular and tissue response following radiation exposures. There are limited data addressing the dynamics of DNA damage induction and repair in the skin particularly in areas not directly exposed. Here we investigate the mechanisms regulating DNA damage, repair, intracellular signalling and their impact on premature differentiation and development of inflammatory-like response in the irradiated and surrounding areas of a 3D organotypic skin model. Following localized low-LET irradiation (225 kVp X-rays), low levels of 53BP1 foci were observed in the 3D model (3.8±0.28 foci/Gy/cell) with foci persisting and increasing in size up to 48 h post irradiation. In contrast, in cell monolayers 14.2±0.6 foci/Gy/cell and biphasic repair kinetics with repair completed before 24 h was observed. These differences are linked to differences in cellular status with variable level of p21 driving apoptotic signalling in 2D and accelerated differentiation in both the directly irradiated and bystander areas of the 3D model. The signalling pathways utilized by irradiated keratinocytes to induce DNA damage in non-exposed areas of the skin involved the NF-κB transcription factor and its downstream target COX-2.

The use of theranostic gadolinium-based nanoprobes to improve radiotherapy efficacy

A new efficient type of gadolinium-based theranostic agent (AGuIX®) has recently been developed for MRI-guided radiotherapy (RT). These new particles consist of a polysiloxane network surrounded by a number of gadolinium chelates, usually 10. Owing to their small size (<5 nm), AGuIX typically exhibit biodistributions that are almost ideal for diagnostic and therapeutic purposes. For example, although a significant proportion of these particles accumulate in tumours, the remainder is rapidly eliminated by the renal route. In addition, in the absence of irradiation, the nanoparticles are well tolerated even at very high dose (10 times more than the dose used for mouse treatment). AGuIX particles have been proven to act as efficient radiosensitizers in a large variety of experimental in vitro scenarios, including different radioresistant cell lines, irradiation energies and radiation sources (sensitizing enhancement ratio ranging from 1.1 to 2.5). Pre-clinical studies have also demonstrated the impact of these particles on different heterotopic and orthotopic tumours, with both intratumoural or intravenous injection routes. A significant therapeutical effect has been observed in all contexts. Furthermore, MRI monitoring was proven to efficiently aid in determining a RT protocol and assessing tumour evolution following treatment. The usual theoretical models, based on energy attenuation and macroscopic dose enhancement, cannot account for all the results that have been obtained. Only theoretical models, which take into account the Auger electron cascades that occur between the different atoms constituting the particle and the related high radical concentrations in the vicinity of the particle, provide an explanation for the complex cell damage and death observed.

Increased susceptibility to delayed genetic effects of low dose X-irradiation in DNA repair deficient cells

Purpose: To examine whether the levels of micronuclei induction, as a marker for genomic instability in the progeny of X-irradiated cells, correlates with DNA repair function.

Materials and methods: Two repair deficient cell lines (X-ray repair cross-complementing 1 [XRCC1] deficient cell line [EM9] and X-ray repair cross complementing 5 [XRCC5; Ku80] deficient X-ray sensitive Chinese hamster ovary [CHO] cell line [xrs5]) were used in addition to wild-type CHO cells. These cells were irradiated with low doses of X-rays (up to 1 Gy). Seven days after irradiation, micronuclei formed in binucleated cells were counted. To assess the contribution of the bystander effect micronuclei induction was measured in progeny of non-irradiated cells co-cultured with cells that had been irradiated with 1Gy.

Results: The delayed induction of micronuclei in 1 Gy-irradiated cells was observed in normal CHO and EM9 but not in xrs5. In the clone analysis, progenies of xrs5 under bystander conditions showed significantly higher levels of micronuclei, while CHO and EM9 did not.

Conclusion: Genomic instability induced by X-irradiation is associated with DSB (double-strand break) repair, even at low doses. It is also suggested that bystander signals, which lead to genomic instability, may be enhanced when DSB repair is compromised.

Immune modulation in advanced radiotherapies: Targeting out-of-field effects

By virtue of being a localized treatment modality, radiotherapy is unable to deliver a tumoricidal radiation dose to tissues outside of the irradiated field. Nevertheless, ionizing radiation may result in radiation damage mediated by a bystander like effect away from the irradiated field, but this response is likely to be modest when radiotherapy is the sole treatment modality. Over the last decade there has been a re-emergence of immune modulating therapies as anti-cancer treatment modalities. Clinical trials on vaccines have on the whole been largely disappointing, but greater response rates have been observed from the immune checkpoint modulators. A clinical benefit of using such agents has been shown in disease sites such as melanoma and non-small cell lung cancer. There is growing pre-clinical data and a number of case reports which suggest the presence of abscopal effects when radiotherapy is co-administered with immune checkpoint inhibitors, suggesting that this combination may lead to an enhanced tumour response outside of the primary treatment field. In this review, the mechanisms of such an enhanced out-of-field tumour response, the potential clinical utilities, the optimal radiotherapy delivery and considerations for clinical follow-up following treatment are discussed.

Nanoparticle technology: future opportunities in cancer treatment

Gold nanoparticles are emerging as promising agents for cancer therapy and are being investigated as vehicles for drug delivery, agents for photothermal therapy, image contrast and radiosensitisation. This review introduces the field of nanotechnology with a focus on recent gold nanoparticle research which has led to early phase clinical trials. In particular the increasing preclinical evidence for gold nanoparticles as sensitizers with ionizing radiation in vitro and in vivo is discussed.

Assessment of DNA double-strand breaks induced by intravascular iodinated contrast media following in vitro irradiation and in vivo, during paediatric cardiac catheterization

Paediatric cardiac catheterizations may result in the administration of substantial amounts of iodinated contrast media and ionizing radiation. The aim of this work was to investigate the effect of iodinated contrast media in combination with in vitro and in vivo X-ray radiation on lymphocyte DNA. Six concentrations of iodine (15, 17.5, 30, 35, 45, and 52.5 mg of iodine per mL blood) represented volumes of iodinated contrast media used in the clinical setting. Blood obtained from healthy volunteers was mixed with iodinated contrast media and exposed to radiation doses commonly used in paediatric cardiac catheterizations (0 mGy, 70 mGy, 140 mGy, 250 mGy and 450 mGy). Control samples contained no iodine. For in vivo experimentation, pre and post blood samples were collected from children undergoing cardiac catheterization, receiving iodine concentrations of up to 51 mg of iodine per mL blood and radiation doses of up to 400 mGy. Fluorescence microscopy was performed to assess γH2AX-foci induction, which corresponded to the number of DNA double-strand breaks. The presence of iodine in vitro resulted in significant increases of DNA double-strand breaks beyond that induced by radiation for ≥17.5 mg/mL iodine to blood. The in vivo effects of contrast media on children undergoing cardiac catheterization resulted in a 19% increase in DNA double-strand breaks in children receiving an average concentration of 19 mg/mL iodine to blood. A larger investigation is required to provide further information of the potential benefit of lowering the amount of iodinated contrast media received during X-ray radiation investigations. 

Perceção dos riscos ocupacionais pelos técnicos de radiologia da Região Autónoma dos Açores

Dissertação de Mestrado, Ambiente, Saúde e Segurança, 23 de Abril de 2013, Universidade dos Açores.

Exposição de profissionais de saúde a radiações ionizantes : confiança dos profissionais nas leituras de dosimetria individual

Resumo - O avanço tecnológico e científico no campo da Medicina tem favorecido a aplicação das radiações ionizantes nas áreas da Medicina Nuclear, Radiologia, Radioterapia e noutras especialidades relacionadas com a medicina de intervenção, como a Cardiologia. As Organizações de Saúde, com profissionais com risco de exposição a radiações ionizantes, são responsáveis, legislativamente, por assegurar a sua vigilância. Certificando a observação controlada das doses de exposição, os profissionais são monitorizados com dosímetros individuais e submetidos a vigilância médica. As leituras de dosímetria individual destes profissionais, originam por vezes, nos próprios, desconfianças e incertezas quanto aos valores medidos. Objectivo: avaliar o grau de confiança dos profissionais de saúde, expostos a radiações ionizantes, no sistema de monitorização individual. Metodologia: estudo observacional do tipo analítico- transversal, por questionário. Amostra de 190 Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica de Cardiopneumologia, Medicina Nuclear, Radiologia, Radioterapia, expostos a radiações ionizantes, que exercem a sua actividade profissional em hospitais do concelho de Lisboa. Resultados: 51,1% dos Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica não confiam nas leituras dos dosímetros, não se determinou uma relação estatisticamente significativa entre essa confiança, o tipo de dosímetro e a empresa que realiza as leituras. A confiança é maior nos que exercem em Organizações de Saúde públicas. 40,2% das Organizações de Saúde apresentam plano de vigilância médica, constatando-se uma falta de conformidade entre os Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica, nalguns hospitais, relativamente à existência desse plano no respectivo hospital. A margem de erro associado ao estudo é de 5,09%, com um nível de confiança de 95%. -----------Abstract - The technological and scientific advances in the field of medicine has encouraged the application of ionizing radiation with a considerable positive contribution in the areas of Nuclear Medicine, Radiology, Radiotherapy and other specialties related to medical intervention like Cardiology. The Health Organizations that arise the risk of occupational exposure to ionizing radiation and is their responsibility to ensure monitoring, according the law. To ensure the monitoring of controlled doses of exposure, the exposed works use an individual dosimeter and undergo medical supervision. The individual dosimetry readings of health-care professionals, is sometimes questionable for themselves, arising distrust and uncertainty about the values measured. Objective: evaluate the degree of confidence of health professionals, exposed to radiation, on the system of individual monitoring. Methods: Observational study of cross-type analysis by questionnaire. Sample of 190 of technologists of Cardiopneumology, Nuclear Medicine, Radiology, Radiotherapy, exposed to ionizing radiation, which work in hospitals on the region of Lisbon. Results: 51.1% of technologists does not rely on the readings of their dosimeters, and wasn’t determined a statistically significant relationship between this trust, the type of dosimeter and the company that makes the readings(s) of their(s) dosimeter(s). The confidence in the readings is higher in public Health Organizations. 40.2% of the Health Organizations have medical monitoring plan and there is a disagreement between technologists, in some hospitals, relatively to the existence of this plan in their hospital. It was estimated that the u

Exposição a radiações ionizantes em cirurgia ortopédica num hospital público de Lisboa.

RESUMO - A monitorização individual dos trabalhadores (dosimetria individual) é obrigatória (Decreto Regulamentar n.o 9/90, de 19 de Abril) para os profissionais de saúde que desempenham funções com risco de exposição à radiação X, quando classificados como categoria A. Apesar disso, a exposição a radiações ionizantes é frequentemente pouco, ou mesmo nada, valorizada pelos profissionais de saúde. O presente estudo, realizado no contexto de intervenções cirúrgicas de ortopedia, teve por objectivos: • avaliar a dose de radiação em diferentes zonas durante as cirurgias ortopédicas; • estimar a dose de exposição a radiações ionizantes dos profissionais de saúde, em função das suas posições, predominantemente adoptadas durante o acto cirúrgico; • sensibilizar os profissionais de saúde para a utilização correcta da dosimetria individual e para a adopção das medidas de protecção radiológica. A avaliação do risco foi efectuada através de: 1) medições preliminares com recurso a um fantoma colocado a 50 cm e a 100 cm do eixo central do feixe de radiação e em direcções de 45°, 90° e 135°; 2) medições durante uma cirurgia ortopédica em «localizações » correspondentes às gónadas, ao cristalino e às mãos dos profissionais de saúde intervenientes na cirurgia (ortopedistas, enfermeiros instrumentistas); 3) medições ao nível do topo da mesa (posição do anestesista) e ao nível do comando do equipamento emissor de raios X (técnico de radiologia); 4) determinação do tempo de utilização dos raios X durante as cirurgias ortopédicas; 5) cálculo da estimativa do número anual de cirurgias ortopédicas realizadas, com base nos registos existentes. Assumindo a não utilização de aventais plúmbeos os valores máximos medidos foram de 2,5 mSv/h (ao nível das gónadas), de 0,6 mSv/h ao nível do cristalino e de 1 mSv/ h ao nível das mãos dos ortopedistas e dos enfermeiros instrumentistas (que se situavam próximo do feixe de raios X, a 50 cm do feixe de radiação). A estimativa de exposição anual (dose equivalente) para os profissionais que operam junto ao feixe de radiação X foi de: • Ortopedistas — 20,63 a 68,75 mSv (gónadas), 4,95 a 16,50 mSv (cristalino) e 8,25 a 27,50 mSv (mãos); • Enfermeiros instrumentistas — 130,63 a 151,25 mSv (gónadas), 31,35 a 36,30 mSv (cristalino) e 52,25 a Os profissionais que ocupam posições mais afastadas do feixe (por exemplo: anestesistas) terão doses de radiação mais reduzidas, embora estas possam ainda ser importantes ao nível das gónadas na zona do topo da mesa (anestesista). Conclui-se que a exposição profissional em blocos operatórios pode implicar, em cirurgia ortopédica, a sujeição a níveis de exposição consideráveis, o que permite classificar estes profissionais de categoria A, justificando a utilização obrigatória (e correcta de acordo com as recomendações) da dosimetria individual e a adopção de medidas de protecção radiológica, tantas vezes negligenciadas.

Device-specific weighted T-score for two quantitative ultrasounds: operational propositions for the management of osteoporosis for 65 years and older women in Switzerland.

The World Health Organization (WHO) criteria for the diagnosis of osteoporosis are mainly applicable for dual X-ray absorptiometry (DXA) measurements at the spine and hip levels. There is a growing demand for cheaper devices, free of ionizing radiation such as promising quantitative ultrasound (QUS). In common with many other countries, QUS measurements are increasingly used in Switzerland without adequate clinical guidelines. The T-score approach developed for DXA cannot be applied to QUS, although well-conducted prospective studies have shown that ultrasound could be a valuable predictor of fracture risk. As a consequence, an expert committee named the Swiss Quality Assurance Project (SQAP, for which the main mission is the establishment of quality assurance procedures for DXA and QUS in Switzerland) was mandated by the Swiss Association Against Osteoporosis (ASCO) in 2000 to propose operational clinical recommendations for the use of QUS in the management of osteoporosis for two QUS devices sold in Switzerland. Device-specific weighted "T-score" based on the risk of osteoporotic hip fractures as well as on the prediction of DXA osteoporosis at the hip, according to the WHO definition of osteoporosis, were calculated for the Achilles (Lunar, General Electric, Madison, Wis.) and Sahara (Hologic, Waltham, Mass.) ultrasound devices. Several studies (totaling a few thousand subjects) were used to calculate age-adjusted odd ratios (OR) and area under the receiver operating curve (AUC) for the prediction of osteoporotic fracture (taking into account a weighting score depending on the design of the study involved in the calculation). The ORs were 2.4 (1.9-3.2) and AUC 0.72 (0.66-0.77), respectively, for the Achilles, and 2.3 (1.7-3.1) and 0.75 (0.68-0.82), respectively, for the Sahara device. To translate risk estimates into thresholds for clinical application, 90% sensitivity was used to define low fracture and low osteoporosis risk, and a specificity of 80% was used to define subjects as being at high risk of fracture or having osteoporosis at the hip. From the combination of the fracture model with the hip DXA osteoporotic model, we found a T-score threshold of -1.2 and -2.5 for the stiffness (Achilles) determining, respectively, the low- and high-risk subjects. Similarly, we found a T-score at -1.0 and -2.2 for the QUI index (Sahara). Then a screening strategy combining QUS, DXA, and clinical factors for the identification of women needing treatment was proposed. The application of this approach will help to minimize the inappropriate use of QUS from which the whole field currently suffers.

The Synthesis of Imidazole Fatty Acid Conjugates as Inhibitors of Apoptosis

Ionizing radiation is known to initiate apoptosis in mammalian cells by causing the transformation of cytochrome c into a peroxidase, which results in the specific peroxidation of the mitochondrial phospholipid cardiolipin. Here we report the design and synthesis of 8 imidazole fatty acid derivatives that bind to the cyt c:CL complex and inhibit the peroxidase activity required for the initiation of apoptosis. We postulate that imidazole acts as a sixth ligand to the haem iron and stops the interaction with H2O2. Two mitochondrially directed analogues (3-hydroxypropyl)triphenylphosphonium esters) of 12-imidazole-stearic acid and 12-imidazole-oleic acid not only were demonstrated to be peroxidase inhibitors in vitro, but were also extraordinarily effective in protecting mice from lethal doses (9 Gy) of ionization radiation. We studied the structure activity relationship to a group of triphenyl phosphonium derivatives containing imidazole at different positions on the fatty acid chain, and observed that the C8-imidazole stearate analogue had marginally better activity than the others. But overall, the structure activity result were remarkable “flat” with all compounds prepared having rather similar inhibitory strength. We also synthesized carnitine mono and di-esters of 12-imidazole fatty acids but full biological data is not yet available for these compounds.

Les cellules stromales multipotentes accélèrent la guérison de plaies cutanées chez les souris irradiées via la sécrétion de la chimiokine SDF-1α

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat.

Étude de Necdin par un modèle de carcinogénèse lié à l’antigène grand T du Virus du polyome

Les virus sont utilisés depuis longtemps dans la recherche sur le cancer et ont grandement contribué à l’avancement des connaissances de même qu’à l’établissement de préceptes importants encore valables aujourd’hui dans le domaine. L’un des défis actuels est de mieux définir les étapes menant à la transition d’une cellule normale à une cellule transformée et c’est sur cette problématique que nous nous sommes penchés. Pour ce faire, nous avons tiré profit de l’utilisation de l’antigène grand-T du virus de polyome (PyLT), un virus capable d’induire des tumeurs chez les rongeurs. Cet oncogène viral à lui seul possède des propriétés intéressantes qui suggèrent que, en plus de l’immortalisation, il peut également contribuer aux événements précoces de la carcinogénèse. Ceci repose principalement sur la capacité de PyLT à induire des tumeurs en souris transgéniques et ce, avec une certaine latence ce qui suggère que des événements supplémentaires sont nécessaires. Ainsi, l’utilisation de PyLT dans un modèle de culture cellulaire permet de disséquer les changements qui lui sont attribuables. Dans un premier temps, l’établissement du profil d'expression génique associé à l'expression de PyLT dans un modèle murin nous a permis de sélectionner un bon nombre de gènes, parmi lesquels figurait Necdin. Nous avons choisi d’étudier Necdin plus en détail puisque peu d’attention était accordée à cette protéine dans le domaine du cancer, malgré que différentes données de la littérature lui suggèrent à la fois des fonctions suppresseurs de tumeur et oncogéniques. Nous avons démontré que, malgré sa fonction proposée de suppresseur de croissance, l’expression de Necdin n’est pas incompatible avec la prolifération dans la lignée cellulaire de souris NIH 3T3 et les cellules primaires humaines (IMR90), bien que l’inhibition de son expression par shARN confère un avantage prolifératif. Nous avons confirmé que Necdin est un gène cible de p53 induit par différents agents génotoxiques, toutefois son expression peut également être régulée de façon p53-indépendante. De plus, Necdin agit négativement sur l’arrêt du cycle cellulaire en réponse à l’activation de p53. Ceci suggère que Necdin est impliqué dans une boucle de régulation négative de la voie de p53 et que l’augmentation anormale de l’expression de Necdin pourrait contribuer à la perturbation la voie du suppresseur de tumeur p53. L’activation de p53 permet l’arrêt transitoire du cycle cellulaire en condition de stress, mais est aussi impliquée dans l’établissement d’un arrêt permanent nommé sénescence. La sénescence est un mécanisme de protection contre l’accumulation de mutations qui peut contribuer à l’initiation du cancer. Vu l’intéressante implication de Necdin dans la régulation de l’activité de p53, nous avons transposé les connaissances acquises du modèle murin à un modèle humain, plus adapté pour l’étude de la sénescence. La caractérisation de l’expression de Necdin dans des fibroblastes primaires humains à différents passages montre que les jeunes cellules en prolifération active expriment Necdin et que son niveau diminue avec l’établissement de la sénescence réplicative. Le même phénomène est observé lors de la sénescence prématurée provoquée par l’expression d’un oncogène et par l’exposition aux radiations ionisantes. De plus, dans des conditions normales de prolifération, la modulation de Necdin par des essais de gain et de perte de fonction n’affecte pas la durée de vie des cellules primaires. Toutefois, en condition de stress génotoxique dû à l’exposition aux irradiations, les cellules surexprimant Necdin présentent une radiorésistance accrue de la même façon que lorsque p53 est inactivé directement. Ce résultat en cellules humaines vient appuyer l’effet observé dans les cellules de souris sur l’impact qu’aura le niveau de Necdin sur la réponse de p53 en condition de stress. Un bref survol a été fait pour aborder de quelle façon nos résultats en culture cellulaire pouvaient se traduire dans des modèles de cancer chez l’humain. Nous avons caractérisé l’expression de Necdin dans deux types différents de cancer. D’abord, dans le cancer de l’ovaire, le niveau élevé de Necdin dans les tumeurs à faible potentiel de malignité (LMP) en comparaison aux cancers agressifs de l’ovaire de type séreux suggère que l’expression de Necdin se limite aux cellules de cancer LMP, qui présente généralement un p53 de type sauvage. Son expression est aussi retrouvée dans deux lignées cellulaires du cancer de l’ovaire non-tumorigéniques en xénogreffe de souris, dont l’une possède un p53 fonctionnel. De plus, la caractérisation de Necdin dans les lignées cellulaires du cancer de la prostate suggère une relation entre son expression et la présence de p53 fonctionnel. Dans le cancer de la prostate, tout comme pour le cancer de l’ovaire, Necdin semble être présent dans les lignées représentant un stade moins avancé de la maladie. L’utilisation de l’oncoprotéine virale PyLT nous a permis de révéler des propriétés intéressantes de Necdin. Nous proposons que dans certains contextes, l’expression constitutive de Necdin pourrait contribuer au cancer en retardant une réponse par p53 appropriée et possiblement en participant à l’augmentation de l’instabilité génomique. La fonction potentiellement oncogénique de Necdin quant à sa relation avec p53 que nous avons révélée requiert davantage d’investigation et les cancers caractérisés ici pourraient constituer de bons modèles à cette fin.

Amélioration de la prise de greffe hématopoïétique par une thérapie cellulaire à base de cellules souches mésenchymateuses

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération du tissu hématopoïétique. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent encore inconnus, ce qui limite le développement de nouvelles approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle murin de prise de greffe, nos résultats démontrent que l’endommagement du microenvironnement par l’irradiation a un impact limitant sur le nichage hématopoïétique. Parce que le microenvironnement est composé principalement de cellules dérivées des cellules souches mésenchymateuses (CSM), nous avons évalué le potentiel des CSM à régénérer le tissu hématopoïétique par la reconstitution de la niche osseuse. Cette thérapie a mené à une augmentation remarquable du nichage hématopoïétique chez les souris irradiées. Les causes moléculaires impliquées dans le nichage hématopoïétiques sont encore inconnues, mais nous avons remarqué l’augmentation de la sécrétion de la cytokine « granulocyte-colony stimulating factor » (G-CSF) dans l’espace médullaire suite à l’irradiation. Le G-CSF est impliqué dans la mobilisation cellulaire et est fort possiblement nuisible à une prise de greffe. Nous avons évalué le potentiel d’une thérapie à base de CSM sécrétant le récepteur soluble du G-CSF afin de séquestrer le G-CSF transitoirement et les résultats obtenus démontrent que le blocage du G-CSF favorise le nichage hématopoïétique. Globalement, les données présentées dans ce mémoire démontrent que le microenvironnement osseux et le niveau de G-CSF dans la moelle sont importants dans le processus de nichage hématopoïétique et que la baisse du potentiel de régénération du tissu hématopoïétique suite à l’irradiation peut être renversée à l’aide d’une thérapie cellulaire de CSM génétiquement modifiées ou non.

Étude des effets du phénotype de sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse sur les fonctions hématopoïétiques

L’irradiation (IR) est utilisée dans le traitement de plusieurs cancers et désordres hématologiques, en particulier dans les protocoles de conditionnement précédents les transplantations de moelle osseuse. L’emploi de doses réduites d’IR semble favoriser le succès de la prise de greffe. Cette observation soulève un point de plus en plus discuté dans la littérature, soit l’importance de l’intégrité du microenvironnement pour la transplantation et le bon fonctionnement de l’hématopoïèse. L’IR induit la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse in vitro. Ce mécanisme de défense cellulaire entraînant un arrêt de prolifération permanent est également observé in vivo dans différents systèmes, mais n’a pas encore été étudié dans le contexte de la niche hématopoïétique. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de déterminer si l’IR induit la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse et si une telle induction altère les fonctions hématopoïétiques. Nos résultats ont permis de démontrer pour la première fois qu’une IR corporelle totale induit effectivement la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse. En outre, cette altération du microenvironnement affecte la lymphopoïèse B de façon Ink4a/Arf-dépendante (1er article). De plus, les modifications systémiques qui résultent de l’IR compromettent l’homéostasie osseuse en augmentant la résorption de l’os, sans toutefois diminuer la formation de celui-ci (2e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les effets de la sénescence des cellules stromales de la moelle osseuse sur les fonctions hématopoïétiques. Par ailleurs, elles suggèrent que l’emploi de drogues et/ou de procédés n’induisant pas la sénescence des cellules stromales de l’os offrirait un meilleur pronostic à long terme pour les patients.