Organoïde cérébral, Microglie, Vascularisation, Gliomes, Glioblastomes, Cellules souche pluripotente induite IPSC, Macrophages associés aux tumeurs MAT, Radiothérapie

Malgré un traitement multimodal agressif associant chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie, le glioblastome (GBM) récidive systématiquement. Les récidives sont dues, au moins en partie, à la présence de cellules souches de glioblastome (CSG) qui sont résistantes aux traitements et, en particulier, à l'irradiation. En outre, les CSG sont situées dans un microenvironnement tumoral favorisant leur développement. Notamment, les CSG sont associées aux vaisseaux qui régulent leur prolifération, leur survie et favorisent leur invasion. Par ailleurs, les macrophages associés aux tumeurs (MAT) représentent la population la plus abondante des cellules non tumorales au sein des GBM et leur abondance est corrélée à la gravité des GBM. Ces TAM proviennent du recrutement de monocytes circulants et des cellules microgliales (macrophages résidents) qui acquièrent des propriétés immunosuppressives (pro-tumorales). Le développement récent d'organoïdes cérébraux humains obtenus à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines (IPSC) permet de modéliser la physiologie et la physiopathologie du cerveau tel que le gliome. Ces organoïdes sont des structures 3D avatars du cerveau et issus de la différenciation de cellules souches embryonnaires ou d'IPSC. Cependant, la plupart des modèles d'organoïdes sont dépourvus de systèmes vasculaire et immunitaire qui jouent un rôle essentiel dans le cerveau sain et dans les mécanismes physiopathologiques. L'objectif de ma thèse a été de développer un nouveau modèle d'organoïdes cérébraux complexes contenant une vascularisation et des cellules immunitaires afin de modéliser le microenvironnement tumoral du GBM. Plusieurs lignées humaines d'IPSC ont été différenciées pour obtenir d'une part des organoïdes cérébraux et d'autre part des hémangioblastes (progéniteurs bipotents hématopoïétiques /endothéliaux). L'incorporation d'hémangioblastes dans les organoïdes cérébraux a été réalisée précocement au cours de leur formation afin de mimer la colonisation du cerveau, au cours du développement cérébral, par les cellules endothéliales et les macrophages primitifs qui sont à l'origine des vaisseaux et des cellules microgliales. Ces organoïdes cérébraux complexes ont été caractérisés par différentes approches d'immunohistologie, FACS et RT-qPCR. De vastes structures vasculaires se sont développées dans les organoïdes et présentaient des caractéristiques de la barrière hématoencéphalique. De plus, ces structures vasculaires étaient perfusées lorsque les organoïdes ont été transplantés dans des souris immunodéficientes. Des cellules présentant un phénotype ainsi que des fonctionnalités caractéristiques des cellules microgliales se sont également développées dans les organoïdes complexes. Des lignées de CSG, dérivées de patients atteints de GBM ou d'astrocytome de grade IV, ont été co-cultivées dans les organoïdes complexes puis irradiés, ou non, afin de mimer la radiothérapie. J'ai montré que les CSG semblaient coopter les structures vasculaires et perturbaient l'expression d'une protéine d'adhésion cellulaire dans les cellules endothéliales. Par ailleurs, la présence de CSG dans les organoïdes complexes provoquait une reprogrammation des cellules microgliales en TAM immunosuppresseurs. Enfin, les CSG avaient une capacité de prolifération accrue après irradiation et présentaient un profil transcriptomique plus agressif. L'ensemble de ces résultats montre que ces organoïdes cérébraux complexes humains permettent de modéliser un microenvironnement tumoral du GBM ainsi que la récurrence après radiothérapie. En conclusion, notre modèle d'organoïdes cérébraux complexes vascularisés et immunocompétents devrait être utile pour comprendre les mécanismes physiopathologiques de diverses maladies du cerveau comme le GBM et permettra de découvrir de nouvelles thérapies.