Imagerie moléculaire de la neuroinflammation : evaluation préclinique d'un nouveau radiopharmaceutique : le CLINDE., Molecular imaging of neuroinflammation : preclinical evaluation of a new radiopharmaceutical : cLINDE

De
Publié par

Sous la direction de Denis Guilloteau
Thèse soutenue le 08 décembre 2009: Tours
La protéine translocatrice 18kDa (TSPO), en reflétant l’activation microgliale et la neuroinflammation, est actuellement reconnue comme un marqueur sensible de la survenue d’événements pathologiques dans le cerveau. Par conséquent, la TSPO est une cible privilégiée pour l’étude des pathologies du cerveau par imagerie moléculaire (TEP/TEMP). Il y a actuellement un manque d’outils efficaces pour explorer la neuroinflammation en TEMP. Notre objectif a donc été d’évaluer un nouveau radiopharmaceutique de forte affinité pour la TSPO, utilisable en TEMP : le CLINDE, dans deux modèles animaux : l’excitotoxicité focale et l’ischémie cérébrale. Dans ces deux modèles, les études ex vivo ont mis en évidence une accumulation préférentielle du [125I]-CLINDE dans les régions cérébrales lésées, riches en cellules microgliales. De plus, nous avons observé une relation quantitative entre l’intensité de la lésion cérébrale et la fixation du radiopharmaceutique. Le CLINDE apparaît donc comme un candidat très prometteur pour l’imagerie TEMP de la neuroinflammation en recherche clinique.
-Clinde
-Proteine translocatrice 18kDa (TSPO)
The 18kDa Translocator protein (TSPO) is currently the most reliable marker for pathological events in the brain, reflecting microglial activation and neuroinflammation, which are linked to neuronal damage. Thereby, TSPO is a potential target to evaluate neuroinflammatory changes in a variety of brain diseases by molecular imaging (PET/SPECT). To date, there is a lack of effective tool to explore neuroinflammation by SPECT. Our aim was to evaluate a new high-affinity ligand for TSPO SPECT imaging: the CLINDE, in two rodent models: focal excitotoxicity and cerebral ischemia. In both animal models, ex vivo studies highlighted preferential localisation of [125I]-CLINDE accumulation in cerebral area that also expressed activated microglial cells as assessed by immunohistochemical staining. Moreover, we found a quantitative relationship between the intensity of brain damages and radiotracer binding, making CLINDE an attractive radioionidated candidate for imaging neuroinflammation by SPECT in clinical setting.
Source: http://www.theses.fr/2009TOUR3803/document
Publié le : lundi 19 mars 2012
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UNIVERSITÉ FRANÇOIS - RABELAIS
DE TOURS


ÉCOLE DOCTORALE Santé, Sciences, Technologies
INSERM U930 « Imagerie et Cerveau », Equipe 3

THÈSE présentée par :
Nicolas ARLICOT

soutenue le : 08 décembre 2009

pour obtenir le grade de : Docteur de l’université François - Rabelais
Discipline/ Spécialité : «Sciences de la Vie et de la Santé»

Imagerie moléculaire de la neuroinflammation
Evaluation préclinique d’un nouveau
radiopharmaceutique : Le CLINDE

THÈSE dirigée par :
Monsieur GUILLOTEAU Denis Professeur, Université François – Rabelais
RAPPORTEURS :
Madame GHEZZI Catherine Maître de Conférence Universitaire – Université Grenoble 1
Monsieur ZIMMER Luc Professeur, Praticien Hospitalier – Université Lyon 1 Site santé
Rockefeller
JURY :
Monsieur FAIVRE-CHAUVET Alain Professeur, Praticien Hospitalier – Université Nantes - CHRU de
Nantes
Monsieur ANTIER Daniel Maître de Conférence Universitaire, Praticien Hospitalier
Université François Rabelais, Tours – CHRU de Tours
Madame CHALON Sylvie Docteur es Sciences - Directeur de Recherche - UMR INSERM
U930 – ERL 3106, Tours
Monsieur GUILLOTEAU Denis Professeur, Praticien Hospitalier – Université François Rabelais,
Tours - CHRU de Tours
1
Remerciements


Merci…

A Denis Guilloteau et à Sylvie Chalon pour m’avoir encadré et guidé
durant toutes ces années, pour leurs compétences, leur patience et leur
gentillesse.

Aux membres du jury, qui ont accepté d’examiner et juger mon
travail.

A tous mes collègues de travail que j’ai un jour croisés au sein de
l’équipe 3 de l’U930, ou à l’hôpital.

A mes proches, famille, je vous adresse à tous mes pensées les plus
reconnaissantes.

Merci à tous pour votre aide, votre soutien et votre amitié.
2
Résumé

La protéine translocatrice 18kDa (TSPO), en reflétant l’activation microgliale et la
neuroinflammation, est actuellement reconnue comme un marqueur sensible de la survenue
d’événements pathologiques dans le cerveau. Par conséquent, la TSPO est une cible
privilégiée pour l’étude des pathologies du cerveau par imagerie moléculaire (TEP/TEMP). Il
y a actuellement un manque d’outils efficaces pour explorer la neuroinflammation en TEMP.
Notre objectif a donc été d’évaluer un nouveau radiopharmaceutique de forte affinité pour la
TSPO, utilisable en TEMP : le CLINDE, dans deux modèles animaux : l’excitotoxicité focale
et l’ischémie cérébrale. Dans ces deux modèles, les études ex vivo ont mis en évidence une
125accumulation préférentielle du [ I]-CLINDE dans les régions cérébrales lésées, riches en
cellules microgliales. De plus, nous avons observé une relation quantitative entre l’intensité
de la lésion cérébrale et la fixation du radiopharmaceutique. Le CLINDE apparaît donc
comme un candidat très prometteur pour l’imagerie TEMP de la neuroinflammation en
recherche clinique.

3
Résumé en anglais

The 18kDa Translocator protein (TSPO) is currently the most reliable marker for
pathological events in the brain, reflecting microglial activation and neuroinflammation,
which are linked to neuronal damage. Thereby, TSPO is a potential target to evaluate
neuroinflammatory changes in a variety of brain diseases by molecular imaging
(PET/SPECT). To date, there is a lack of effective tool to explore neuroinflammation by
SPECT. Our aim was to evaluate a new high-affinity ligand for TSPO SPECT imaging: the
CLINDE, in two rodent models: focal excitotoxicity and cerebral ischemia. In both animal
125models, ex vivo studies highlighted preferential localisation of [ I]-CLINDE accumulation in
cerebral area that also expressed activated microglial cells as assessed by
immunohistochemical staining. Moreover, we found a quantitative relationship between the
intensity of brain damages and radiotracer binding, making CLINDE an attractive
radioionidated candidate for imaging neuroinflammation by SPECT in clinical applications.


4
Table des Matières


Remerciements ......................................................................................................................... 2
Résumé ...................................................................................................................................... 3
Résumé en anglais .................................................................................................................... 4
Table des matières .................................................................................................................... 5
Liste des tableaux ..................................................................................................................... 8
Liste des figures ........................................................................................................................ 9
Liste des annexes .................................................................................................................... 13
Glossaire .................................................................................................................................. 14
Introduction ............................................................................................................................ 17
Première partie : Imagerie Moléculaire et Médicament Radiopharmaceutique ............. 21
I. Principes de l’Imagerie moléculaire ................................................................................. 22
A. Notions de physique nucléaire - radioactivité ......................................................... 22
B. Imagerie moléculaire : application à la médecine nucléaire .................................... 32
II. Le Médicament Radiopharmaceutique ............................................................................ 39
A.Définition et dispositions légales .............................................................................. 39
B. Caractéristiques du médicament radiopharmaceutique ........................................... 41
Deuxième partie : Imagerie Moléculaire de la Neuroinflammation .................................. 48
I. Pathologies neurologiques et variabilité de la mort neuronale ......................................... 49
II. Physiopathologie de la neuroinflammation ..................................................................... 49
III. Cibles potentielles pour l’imagerie moléculaire de la neuroinflammation .................... 50
A. Cyclooxygénase et imagerie moléculaire de la neuroinflammation ...................... 51
5
B. La forme inductible de l’oxyde nitrique synthétase (iNOS) comme cible potentielle
pour l’imagerie moléculaire de la neuroinflammation ................................................ 55
IV. La protéine translocatrice (TSPO) comme cible potentielle pour l’imagerie moléculaire
de la neuroinflammation ........................................................................................................ 57
A. La microglie ............................................................................................................. 57
B. La protéine translocatrice ........................................................................................ 60
C. Imagerie moléculaire de la TSPO avec le PK11195 : de l’autoradiographie in vitro
à l’imagerie TEP in vivo ............................................................................................... 69
D. Nouveaux radioligands pour l’imagerie moléculaire de la neuroinflammation
utilisant la TSPO comme cible moléculaire. ................................................................ 82
Troisième partie : Evaluation préclinique du CLINDE ................................................... 103
I. Travail expérimental : contexte et objectifs ................................................................... 104
A. Le CLINDE ........................................................................................................... 104
B. Choix des modèles animaux ................................................................................. 106
C. Objectifs du travail de thèse .................................................................................. 111
II. Chimie et radiochimie du CLINDE .............................................................................. 111
A. Matériels et méthodes ........................................................................................... 111
B. Résultats ................................................................................................................ 113
C. Discussion .............................................................................................................. 115
III. Modèle animal de lésion excitotoxique ........................................................................ 116
A. Physiopathologie du modèle choisi ...................................................................... 116
B. Matériels et méthodes ........................................................................................... 118
C. Résultats ................................................................................................................ 125
IV. Modèles animaux d’ischémie cérébrale ........................................................................ 131
A. Physiopathologie des modèles choisis .................................................................. 131
B. Matériels et méthodes ........................................................................................... 133
C. Résultats ................................................................................................................ 144
6
V. Discussion et perspectives ............................................................................................. 155
125A. Evaluation du [ I]-CLINDE dans un modèle de lésion excitotoxique ............... 155
125B. Evaluation du [ I]-CLINDE dans des modèles d’ischémie cérébral .................. 157
C. Perspective 1 : Application clinique du CLINDE dans l’AVC ............................. 161
D. Perspective 2 : Poursuite du travail préclinique par des études in vivo en microTEP
18à l’aide du [ F]-PBR111 ............................................................................................ 162
Conclusion ............................................................................................................................. 165
Annexes ................................................................................................................................. 168
Références bibliographiques ............................................................................................... 212



7
Liste des tableaux
Tableau I. Caractéristiques des différents rayonnements ionisants utilisés en médecine
nucléaire ............................................................................................................................ 25
Tableau II. Principales caractéristiques des récepteurs des benzodiazépines de type central et
périphérique (Zisterer & Williams 1997).......................................................................... 63
11Tableau III. Le [ C]-PK11195 a été utilisé en recherche clinique dans une grande variété
d’atteintes neurologiques pour détecter la neuroinflammation par imagerie moléculaire.79
Tableau IV. Résumé des principaux radioligands de la TSPO : études précliniques ex vivo et
in vivo, modèles de neuroinflammation et études cliniques (adapté et actualisé à partir de
Chauveau et al 2008). ....................................................................................................... 85
Tableau V. Quantification du signal radioactif dans le thalamus et la SNr (Bq/mg). ............ 153


8
Liste des figures
Figure 1. Poudre Tho-Radia, à base de radium et thorium, selon la formule du Dr Alfred
Curie... ............................................................................................................................... 27
Figure 2. Pouvoir de pénétration des rayonnements ionisants ................................................. 29
Figure 3. Présentation schématique de la détection par tomographie d'émission de positons. 36
Figure 4. Le cyclotron installé au sein du CERRP à Tours ...................................................... 39
Figure 5. Inhibiteurs radiomarqués de la COX-2 ayant été évalués comme radioligands
potentiels TEP ou TEMP. ................................................................................................. 53
Figure 6. L'activation des cellules de la microglie se traduit pas des modifications
morphologiques permettant aux cellules de migrer par mouvement amiboïde vers la zone
cérébrale atteinte (Stence et al 2001). ............................................................................... 58
Figure 7. Structure des principaux ligands des récepteurs centraux et périphériques des
benzodiazépines. ............................................................................................................... 62
Figure 8. Complexe multimérique mitochondrial auquel appartient la TSPO (identifiée ici par
son ancienne dénomination de PBR) (James et al 2006). ................................................. 65
Figure 9. Radioanalogues du PK11195 marqués au tritium (1), au carbone 11 (2) et à l’iode
123 (3). .............................................................................................................................. 70
11Figure 10. Images scintigraphiques extraites des études cliniques réalisées avec le [ C]-
PK11195. .......................................................................................................................... 72
Figure 11. La dernière décennie a vu une véritable explosion de nouvelles molécules
spécifiques de la TSPO utilisables en imagerie moléculaire TEMP ou TEP. .................. 83
11 11Figure 12. Structure chimique du [ C]-VC195 et de la [ C]-Vinpocétine. ............................ 88
Figure 13. Images TEP obtenues chez un même patient atteint de sclérose en plaques avec le
11 11[ C]-PK11195 (gauche) et la [ C]-vinpocétine (droite) (Vas et al 2008). ...................... 89
9
Figure 14. Structure chimique des composés de la série oxodihydropurine radiomarqués au
carbone 11 pour l’imagerie moléculaire de la neuroinflammation. .................................. 90
11Figure 15. Images scintigraphiques réalisées 1 heure après l’injection de [ C]-DAA1106 chez
un sujet atteint de la maladie d’Alzheimer (Yasuno et al 2008). ...................................... 92
Figure 16. Structure chimique des composés de la série phénoxyaryl-acétamide radiomarqués
au carbone 11 ou au fluor 18 pour l’imagerie de la neuroinflammation........................... 94
Figure 17. Structure chimique des composés de la série pyrazolo[1,5-a]pyrimidine
radiomarqués au carbone 11 ou au fluor 18 pour l’imagerie de la neuroinflammation. ... 98
18Figure 18. Image TEP obtenue 1 heure post-injection de 100 MBq de [ F]-DPA-714 avec
(bas) ou sans (haut) pré-injection d’un excès de PK11195 (James et al 2008). ............... 99
Figure 19. Structure chimique des composés de la série imidazo-[1,2-a]pyridine pour
l’imagerie moléculaire TEP (1, 2) ou TEMP (3, 4) de la neuroinflammation. ............... 102
Figure 20. 6-chloro-2-(4'iodophenyl)-3-(N,N diethyl)-imidazo[1,2-a]pyridine-3-acétamide :
CLINDE .......................................................................................................................... 104
123Figure 21. Intensité de la fixation du [ I]-CLINDE dans le SNC, exprimée en pourcentage
de la dose injectée par gramme de tissu, en fonction du « score clinique » de l’EAE, et
effet d’un pré-traitement avec un excès de CLINDE « froid » (Mattner et al 2005). ..... 108
Figure 22. Synthèse chimique du précurseur stannique du CLINDE .................................... 112
Figure 23. Radiomarquage du CLINDE à l’iode 125 : réaction d’iododéstannylation par
substitution électrophile utilisant l’acide peracétique comme oxydant. ......................... 113
125Figure 24. Purification du [ I]-CLINDE par CLHP ............................................................ 114
Figure 25. Exemples d'excitotoxines agonistes du glutamate administrées par voie
intracérébrale pour induire une destruction neuronale par excitotoxicité. ...................... 117
10

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