Étude translationnelle de l’impact des phénomènes thromboinflammatoires à la phase aiguë de l’ischémie cérébrale : physiopathologie et applications thérapeutiques

Strokes are a growing challenge in public health given their current rise in absolute number and their associated morbimortality. Strokes related to a large vessel occlusion (LVO) are the most severe sharing the worst functional outcome of all strokes. A better understanding of stroke pathophysiology is crucial to develop new therapeutic strategies and improve patient functional outcome after this life-changing event. While the main goal of LVO treatment is to obtain the quickest recanalization achievable, growing evidence suggests that a combined approach targeting the deleterious effect of thromboinflammation could improve stroke outcome. This thesis aims at studying thromboinflammation using a translational approach going back and forth between the laboratory’s bench and the patient’s bed. Two axes involving the same actors of thromboinflammation are developed: 1. intracranial human thrombi responsible for LVO 2. microvasculature dysfunction in the setting of acute ischemic brain tissue. In the first chapter, we highlight that LVO thrombi, irrespectively of stroke etiology, share a common structural feature: a dense surface shell encapsulating a highly heterogeneous core. A major biological and clinical implication of the core-shell structure of ischemic stroke thrombi comes from the relative resistance of their shell to tPA-mediated thrombolysis. In fact, we show that this outer shell made of densely compacted fibrillary and cellular components has a decreased sensitivity to tPA-mediated thrombolysis as compared to the thrombus inner core, and thus constitutes a shield against tPA. Targeting non-fibrin shell components might help to open breaches in the shell and thus enhance tPA efficacy. In the second chapter, using an innovative quantitative assay for markers of red blood cells (RBCs), platelets, and leukocytes, we show that cardioembolic thrombi are richer in DNA and poorer in platelet compared with non-cardioembolic thrombi. From a pathophysiological perspective, the increased DNA content of thrombi from cardioembolic origin suggests a more prominent role of leukocytes in the formation of those thrombi. Our results provide a potential basis for the development of new tools and strategies for identification of patients with cryptogenic strokes and improving secondary prevention. In the third chapter, we demonstrate, using the same quantitative approach, that the MRI-blooming artefact called the two-layer small vessel sign (TLSVS) is associated with a greater thrombus weight and a higher thrombus RBC content. Prediction of thrombus RBC content 2 could help pre-treatment decision making and selection of thrombolytics and thrombectomy devices to improve recanalization and avoid distal embolization. In chapter IV, we show that plasma levels of several neutrophil activation markers continue to progress after and despite successful removal of LVO thrombi by endovascular treatment (EVT). Among the most notable dynamic changes we observed an overall early and transient increase in MPO and H3Cit plasma levels at 1-hour post-EVT, and a gradual decrease in MMP-9 plasma levels. MPO levels rose more in patients with a poor functional outcome than in those with a good functional outcome. This situation may be seen as further evidence arguing in favor of the use of DNase as an adjuvant therapy to IV tPA and/or EVT in stroke patients. In the fifth and last chapter, we show that DNAse significantly decreased the infarct volume through a reduction of microvascular thrombosis and brain blood barrier disruption in a murine model of transient occlusion of the middle cerebral artery. This further indicate that early targeting of NETs represents a therapeutic strategy to improve the benefit of large artery recanalization in acute ischemic stroke.Les accidents ischémiques cérébraux (AIC) sont un enjeu majeur de santé public du fait de leur morbi-mortalité élevée et de leur incidence en augmentation en rapport avec le vieillissement de la population. Les AIC secondaires à une occlusion proximale sont les AIC partageant le pronostic fonctionnel le plus sévère. Une meilleure compréhension des phénomènes physiopathologiques qui leurs sont associés est essentielle au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques afin d’améliorer le pronostic de ces patients. Alors que l’objectif principal du traitement des occlusions proximales est d’obtenir une recanalisation la plus rapide possible, de plus en plus d’arguments suggèrent qu’une stratégie combinée ciblant les phénomènes thromboinflammatoires pourrait améliorer le pronostic des patients. En se basant sur une approche translationnelle, les objectifs de cette thèse sont d’apporter de nouvelles connaissances sur les phénomènes thromboinflammatoires à la phase aiguë de l’ischémie cérébrale. Deux axes faisant intervenir les mêmes acteurs de la thromboinflammation sont développés. 1. Une étude des thrombus intracrâniens responsables des occlusion proximales. 2. Une étude de la dysfonction microvasculaire pendant l’ischémie et la reperfusion du tissu cérébral. Dans le premier chapitre, nous mettons en évidence qu’indépendamment de la cause de l’AIC, les thrombus intracrâniens possèdent une structure commune : une coque dense et compacte enrobant un coeur hétérogène. Une conséquence biologique et clinique essentielle de cette découverte découle de la résistance de la coque à la thrombolyse intraveineuse par le tPA. Cibler d’autres composants de la coque que la fibrine permettrait de la fragiliser et ainsi d’augmenter l’efficacité du tPA. Dans le deuxième chapitre, à l’aide d’une technique innovante de quantification des globules rouges, des plaquettes et des leucocytes, nous avons mis en évidence que les thrombus cardioemboliques sont plus riches en ADN et pauvres en plaquettes que les thrombus non cardioemboliques. D’un point de vue physiopathologique, la richesse en ADN des thrombus cardioemboliques suggère un rôle prédominant des leucocytes dans leur formation. Nos résultats offrent une base de travail pour le développement de nouvelles stratégies et de nouveaux outils pour le diagnostic étiologiques et l’amélioration de la prévention secondaire des AIC cryptogéniques. Dans le troisième chapitre, nous démontrons, avec la même approche quantitative, que l’artefact IRM appelé two-layer small vessel sign est corrélé au poids des thrombus ainsi qu’à leur contenu en globules rouges. Ces données offrent la possibilité de guider la prise de décision thérapeutique avant l’administration de tPA et la réalisation d’un geste endovasculaire pour améliorer les chances de recanalisation et diminuer le risque d’embolisation distale. Dans le quatrième chapitre, nous exposons que les niveaux plasmatiques de plusieurs marqueurs d’activation neutrophilaire continuent d’évoluer après et malgré la recanalisation par geste endovasculaire. En particulier, il existe une augmentation rapide et transitoire des niveaux de MPO une heure après le geste endovasculaire contrastant avec une décroissance progressive des niveaux de MMP-9. Dans le cinquième et dernier chapitre, nous montrons que l’administration de DNAse, dans un modèle d’occlusion transitoire de l’artère cérébrale moyenne chez le rat, est associée à une réduction du volume ischémique par l’intermédiaire d’une diminution de la thrombose microvasculaire ainsi que des lésions de la barrière hématoencéphalique. Ces données s’ajoutent aux précédentes en faveur d’un bénéfice clinique d’une stratégie thérapeutique ciblant précocement les NETs en association du traitement endovasculaire à la phase aiguë des AIC