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L'hypoxie et l'activation alternative des macrophages comme nouvelles cibles d'imagerie moléculaire pour le suivi de l'efficacité thérapeutique de la fibrose pulmonaire – HYMAGE-IPF

HYpoxia and alternatively activated MAcrophaGEs as novel molecular imaging targets for early monitoring of therapy efficacy in Idiopathic Pulmonary Fibrosis

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie évolutive. Les options thérapeutiques sont limitées avec, le nintédanib et la pirfénidone, qui ralentissent la progression de la fibrose. L'hypoxie pulmonaire est une caractéristique clinique des patients atteints de FPI mais son rôle exact sur la progression de la maladie reste mal compris. Des zones hypoxiques pulmonaires sont retrouvées chez les patients FPI et favorise l'activation alternative des macrophages M2 exprimant CD206. La forme sécrétée de la protéine de choc thermique(HSP)-90 et son récepteur, LRP1, sont impliqués dans la polarisation M2 en condition hypoxique.

enjeux et objectif

Aucun outil ne permet aujourd’hui de suivre la progression de la fibrose et l’efficacité de ces traitements.<br />Les objectifs de ce projet sont : 1/ évaluer l'efficacité thérapeutique du blocage de la signalisation de l'hypoxie via l'inhibition de HIF1a, HSP90 et LRP1 dans la fibrose expérimentale, 2/ développer et évaluer des sondes d'imagerie ciblant l'hypoxie et sa signalisation pour détecter/quantifier la fibrose pulmonaire 3/ évaluer l'efficacité des sondes développées pour surveiller l'efficacité des thérapies anti-fibrotiques existantes (nintédanib et pirfénidone) ainsi que de nouvelles thérapies anti-fibrotiques (anti-HIF1a, anti-LRP1 et anti-sHSP90) dans des modèles précliniques.

1/ L'inhibition spécifique de HIF1a, HSP90 ou LRP1 sera étudiée in vitro en normoxie et hypoxie sur la différenciation des myofibroblastes et la polarisation des macrophages sur les cellules épithéliales/fibroblastes pulmonaires et monocytes humains et in vivo dans nos modèles animaux, 2/ l’imagerie de l’hypoxie, des macrophages M2 et de LRP1 sera réalisée dans nos modèles animaux par TEP ou SPECT après injection i.v. de 18F-FMISO, 99mTc-Tilmanocept ou d'un antagoniste de LRP1 (RAP), radiomarqué avec l'isotope SPECT 111In et 3/ l'impact de l’inhibition de HIF1a, HSP90 ou LRP1 et de la pirfénidone/nintedanib sur l’imagerie de l'hypoxie, des macrophages M2 et de LRP1 sera évalué dans nos modèles animaux.

Nos résultats intermédiaires ont démontré l’effet anti-fibrosant de l’inhibition d’HSP90 par un anticorps bloquant dans notre modèle de fibrose pulmonaire. L’anticorps anti-HSP90 réduit l’accumulation de collagène au niveau pulmonaire de manière dose dépendante.
En parallèle, nous avons démontré et publié l’intérêt de l’imagerie de l’hypoxie en PET via le 18F-FMISO pour détecter et suivre la progression de la fibrose pulmonaire. Cette publication démontre également que l’imagerie de l’hypoxie permet de prédire la progression de la fibrose et la réponse au nintédanib, une thérapie anti-fibrosante utilisée en clinique. Ces résultats démontrent également la supériorité de l’imagerie de l’hypoxie pour la détection précoce de la fibrose pulmonaire comparée au scanner et à l’imagerie PET au 18F-FDG. Suite à cette publication nous avons considéré que le développement d’une sonde d’imagerie ciblant CAIX n’apporterait pas d’intérêt supérieur au 18F-FMISO pour l’imagerie de l’hypoxie dans la fibrose pulmonaire. En parallèle, nos résultats démontrent l’intérêt de l’imagerie des macrophages de type 2 via le 99mTC-Tilmanocept ciblant le récepteur CD206 pour détecter la progression de la fibrose pulmonaire et la réponse au nintédanib. Ces résultats ont été confirmés par cytométrie en flux et par une étude de scRNAseq et sont prêt pour soumission dans un journal international en 2022.
Nous avons également développés 3 autres sondes d’imagerie ciblant HSP90 (via un anticorps modifié pour l’imagerie SPECT), Gp96 (via un anticorps modifié pour l’imagerie SPECT) et FAP via un anticorps modifié pour l’imagerie SPECT, un marqueur des myofibroblastes responsables de la synthèse de collagène. La sonde Gp96 vient d’être produite et validée in vitro. La sonde HSP90 a été validée in vitro et a fait l’objet d’une première expérience in vivo dans des souris fibreuses. L’augmentation de l’accumulation pulmonaire de la sonde ciblant HSP90 n’a pas été concluante chez les souris fibreuses comparée aux souris contrôles. Enfin, la sonde FAP a été validée in vitro et tester avec succès in vivo. En effet, l’accumulation de la sonde FAP au niveau pulmonaire était plus importante chez les souris fibreuses comparé aux souris contrôle montrant l’augmentation des myofibroblastes.

Dans la suite du projet nous souhaitons évaluer l’inhibition de LRP1 via un anticorps bloquant qui nous servira à la fois d’agent thérapeutique et de base pour former un agent d’imagerie ciblant LRP1.
Nous souhaitons également évaluer in vivo l’efficacité de la sonde ciblant Gp96 pour al détection de la fibrose dans nos modèles animaux. De même, nous souhaitons continuer nos investigations avec la sonde ciblant HSP90 pour tester si nous pouvons détecter l’augmentation d’HSP90 in vivo à différents stade de fibrose (plus précocement). Enfin, nous souhaitons étudier en détails les interactions entre Gp96 et FAP.

1. Bellaye, P.S., et al., Measurement of hypoxia in the lung in idiopathic pulmonary fibrosis: a matter of control. Eur Respir J, 2022.
2. Tanguy, J., et al., [(18)F]FMISO PET/CT imaging of hypoxia as a non-invasive biomarker of disease progression and therapy efficacy in a preclinical model of pulmonary fibrosis: comparison with the [(18)F]FDG PET/CT approach. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2021. 48(10): p. 3058-3074.

Conférences vulgarisation:
1. Plateforme d’Expertise Maladies Rares BFC, RareMène ta science, 1er RDV de rencontre associations/chercheurs, Développement d’agents d’imagerie médicale au service du diagnostic et du suivi de la fibrose pulmonaire. Mardi 16 novembre 2021.

Etat de l’art: La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie évolutive d'étiologie inconnue avec une médiane de survie inférieure à cinq ans. Les options thérapeutiques sont limitées avec deux médicaments approuvés, le nintédanib et la pirfénidone, qui ralentissent la progression de la fibrose mais sont incapables de la faire régresser ou de la stopper. Aucun outil ne permet aujourd’hui de suivre l’efficacité de ces traitements chez les patients. La FPI est caractérisée par la prolifération TGFß1-dépendante de myofibroblastes responsables de l'accumulation aberrante de matrice extracellulaire pulmonaire. L'hypoxie pulmonaire est une caractéristique clinique des patients atteints de FPI, mais son rôle exact sur la progression de la maladie reste mal compris. La signalisation de l'hypoxie est médiée par HIF-1a qui participe à la différenciation des myofibroblastes. Des zones hypoxiques pulmonaires sont retrouvées chez les patients FPI et l'exposition à l'hypoxie exacerbe la fibrose pulmonaire dans les modèles animaux. L'hypoxie favorise l'activation alternative des macrophages avec un phénotype M2 caractérisé par l'expression du récepteur CD206 et la production de médiateurs profibrotiques tels que le TGF-ß1. La forme sécrétée de la protéine de choc thermique(HSP)-90 et son récepteur, LRP1, sont impliqués dans la polarisation M2 en condition hypoxique. Nos données préliminaires démontrent que 1/ l'imagerie de l'hypoxie avec le traceur PET 18F-FMISO est corrélée avec la fibrose pulmonaire, 2/ l'imagerie des macrophages M2 avec le traceur SPECT 99mTc-Tilmanocept (ciblant CD206) montre une infiltration de ces poumons fibreux par ces derniers, 3/ Les M2 sont détectables dans les poumons fibreux dans les zones qui semblent «normales» au scanner, 4/ LRP1 est augmenté dans les fibroblastes pulmonaires de patients FPI, 5/ HSP90 sécrétée interagit avec LRP1 pour activer la signalisation pro-fibrotique favorisant la progression de la FPI et 6/ l'inhibition de LRP1 bloque les signaux pro-fibrotiques médiés par HSP90 sécrétée.

Objectifs: 1/ évaluer l'efficacité thérapeutique du blocage de la signalisation de l'hypoxie via l'inhibition de HIF1a, HSP90 et LRP1 dans la fibrose expérimentale, 2/ développer et évaluer des sondes d'imagerie ciblant l'hypoxie et sa signalisation pour détecter/quantifier la fibrose pulmonaire 3/ évaluer l'efficacité des sondes développées pour surveiller l'efficacité des thérapies anti-fibrotiques existantes (nintédanib et pirfénidone) ainsi que de nouvelles thérapies anti-fibrotiques (anti-HIF1a, anti-LRP1 et anti-sHSP90) dans des modèles précliniques.

Méthodologie: 1/ L'inhibition spécifique de HIF1a, HSP90 ou LRP1 sera étudiée in vitro en normoxie et hypoxie sur la différenciation des myofibroblastes et la polarisation des macrophages sur les cellules épithéliales/fibroblastes pulmonaires et monocytes humains et in vivo dans nos modèles animaux, 2/ l’imagerie de l’hypoxie, des macrophages M2 et de LRP1 sera réalisée dans nos modèles animaux par TEP ou SPECT après injection i.v. de 18F-FMISO, 99mTc-Tilmanocept ou d'un antagoniste de LRP1 (RAP), radiomarqué avec l'isotope SPECT 111In et 3/ l'impact de l’inhibition de HIF1a, HSP90 ou LRP1 et de la pirfénidone/nintedanib sur l’imagerie de l'hypoxie, des macrophages M2 et de LRP1 sera évalué dans nos modèles animaux.

Résultats attendus/impact: Ce projet permettra de déterminer si l'hypoxie et sa signalisation via la polarisation des macrophages M2 et LRP1 pourraient être des biomarqueurs d'imagerie pour la FPI. Nous pensons que le développement d'outils innovants pour la détection de voies de signalisation spécifiques impliquées dans la fibrose pulmonaire sera une première étape dans le développement de thérapies personnalisées pour les patients atteints de FPI, stratégie qui n'est actuellement pas disponible. Notre ambitieux projet favorisera également le développement de thérapies ciblées basées sur l'inhibition de l'hypoxie inexistantes pour la FPI.

Coordination du projet

Pierre-Simon Bellaye (CENTRE GEORGES-FRANCOIS LECLERC)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CENTRE GEORGES-FRANCOIS LECLERC

Aide de l'ANR 240 159 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2020 - 36 Mois

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