Amélioration de la greffe d’îlots par thérapie génique chez le rat dans le cadre du traitement du diabète

Le diabète de type 1 est une maladie chronique qui apparaît souvent avant l’âge de 20 ans. Il survient lorsque le pancréas ne fabrique plus d’insuline, du fait d’une réaction anormale du système immunitaire qui conduit à l’élimination des cellules productrices. Il s’agit donc d’une maladie auto-immune. Le diabète est caractérisé par la présence d’un excès de sucre dans le sang, appelé hyperglycémie. Le projet vise à établir les bases expérimentales d’une nouvelle approche de greffe de cellules insulino-sécrétrices dans le foie chez les rongeurs, applicable en clinique humaine. Actuellement, des cellules du pancréas de donneurs ou des cellules productrices d’insuline dérivées de cellules souches humaines sont greffés, nécessitant une immunosuppression importante avec des effets secondaires sévères et une durée de survie limitée des cellules greffées. Comme les cellules greffées sont transplantées dans le foie du receveur, notre approche originale est de rendre le foie receveur tolérant aux cellules greffées. Pour cela, notre stratégie consiste à importer dans les cellules du foie le gène d’une molécule qui bloque la réponse anti-immunitaire et l’inflammation. Pour ce faire, un vecteur viral adéno-associé (AAV) sera utilisé pour transférer le gène dans les cellules hépatiques. Ce vecteur sera injecté avant la greffe des îlots. Nous espérons que grâce au vecteur, les cellules du foie pourront recevoir les greffes de cellules du pancréas sans les rejeter. Le succès de cette stratégie pourrait grandement améliorer les greffes de cellules du pancréas ou de cellules souches pour le diabète de type 1 chez l’Homme, résolvant le problème du faible nombre de donneurs disponibles et rendant les greffes accessibles à plus de patients. Le pancréas est un organe vital, vivre sans est possible, mais cela oblige à prendre chaque jour des traitements lourds, ce qui explique le fait de ne pouvoir prélevé sur donneur vivant. Des essais de greffes intra-hépatiques utilisant des cellules souches différenciées pour produire de l’insuline sont par ailleurs en cours, mais nécessitent des immunosuppresseurs puissants pour éviter le rejet. Ce projet propose une solution pour améliorer la tolérance immunitaire des cellules greffées dans le foie, répondant ainsi à un besoin crucial dans le traitement du diabète de type 1.

En cas de succès du projet chez le modèle rongeur, nous aurons obtenu une première preuve de concept d’un procédé permettant de rendre le foie d’un patient diabétique tolérant aux îlots (ou aux cellules souches qu’on lui greffera). La thérapie génique par vecteurs viral AAV étend actuellement ses applications à de nombreuses maladies humaines. La biodistribution et la tolérance de ces vecteurs ont été largement étudiées chez l’homme et ne représenteront pas d’effets inattendus dans notre projet clinique. Nous comptons de plus, employer de petites doses de vecteur chez le rat. On pourra donc, en cas de succès, anticiper une forte probabilité de transfert aux patients diabétiques de type 1, chez lesquels les greffes sont actuellement très restreintes du fait du peu de donneurs et des complications de l’immunosuppression.

6 animaux subiront 1 seule injection de vecteur sous anesthésie gazeuse sur une durée d’environ 15 secondes (temps d’induction anesthésie gazeuse environ 4 minutes ). Ils seront euthanasiés en fin de procédure à l’aide d’une injection léthale sous anesthésie à l’isoflurane (temps d’induction anesthésie gazeuse environ 4 minutes à 4%, temps d’injection pour l’euthanasie environ 3 secondes), et couverts par une analgésie (injection d’environ 3 sec). Un prélèvement (durée : 15 sec) puis une perfusion (durée : 30 sec) conduiront rapidement à la mort de l’animal par arrêt cardiaque. Les animaux donneurs seront euthanasiés à l’aide d’une injection léthale (durée d’environ 3 sec) sous anesthésie (induction pendant environ 4 min) et couverts par une analgésie (injection d’environ 3 sec). Les animaux modèles, des rats, seront rendus diabétiques par une injection unique de streptozotocine (injection d’environ 3 sec), une molécule chimique naturelle, particulièrement toxique pour les cellules bêta du pancréas produisant l’insuline chez les mammifères. Ils seront traités à l’insuline à l’aide d’une mini-pompe implantée sous la peau dans le dos sous anesthésie /analgésie (durée approximative de l’intervention: 20 min). Un mois après l’administration intraveineuse du vecteur (1 seule injection d’environ 15 sec après l’induction d’une anesthésie gazeuse pendant 4 min), la greffe de cellules pancréatiques sera réalisée par chirurgie sous anesthésie et analgésie (durée approximative de l’intervention : 30 à 40 min). De plus, les modèles animaux recevront un traitement immunosuppresseur 16 h avant intervention chirurgicale et pendant 1 semaine après la greffe, afin d’éviter un rejet aigu (injections qui prendront environ 3 sec). Leur glycémie sera surveillée pendant toute la durée du projet par des micro-prélèvements sanguins d’une durée d’1 sec, quotidiennement pendant les 15 jours suivant l’injection de streptozotocine, puis 3 fois par semaine jusqu’à la fin de la procédure. En fin de procédure, les modèles animaux seront euthanasiés après anesthésie générale (4 min environ), analgésie locale (injection d’environ 3 sec) et générale (injection d’environ 3 sec) avant injection léthale (injection d’environ 3 sec).

De manière générale, toutes les autres interventions pourront entraîner douleur, perte de poids, inactivité/mobilité réduite, et stress induisant par ailleurs un comportement anormal des animaux, nous serons donc très attentifs aux points limites, et prendrons les mesures nécessaires le cas échéant. L’induction du diabète, modèle de glycémie connu, pourrait induire des hyperglycémies non contrôlées. Les prélèvements répétés à la queue pour la mesure de la glycémie pourront éventuellement générer douleurs et stress. La transplantation des cellules du pancréas peut entrainer localement des saignements assez abondants. . Il est néanmoins possible qu’un léger saignement persiste après suture et réveil de l’animal. Également, les traitements immunosuppresseurs entraineront une diminution de l’immunité des animaux traités qui pourraient alors être plus sensibles aux infections.

Les animaux utilisés pour définir la dose minimale de vecteur nécessaire seront euthanasiés à la fin de la procédure. Les animaux donneurs de cellules pancréatiques seront euthanasiés pour don du pancréas. Les animaux receveurs de cellules pancréatiques seront euthanasiés à la fin du protocole pour l’analyse de leurs organes et l’établissement de la preuve de concept. Une partie des animaux seront gardés en vie si non rendus diabétiques et réutilisés dans d’autres projets.

Le projet a pour objectif général l’amélioration de la transplantation de cellules pancréatiques humaines. Il n’existe à ce jour aucune méthode alternative efficace permettant de mimer les conditions physiologiques propres à l’organe et à l’organisme receveurs. L’emploi d’animaux est donc essentiel à notre projet.

Le nombre d’animaux par groupe a été réduit à son minimum pour obtenir des conclusions statistiquement satisfaisantes. En nous fixant un niveau de confiance de 95%, une puissance statistique supérieure à 80%, il faut prévoir au minimum 4 animaux par groupe pour mettre en évidence une différence statistique significative entre les groupes. Le choix est donc orienté sur 7 animaux-receveurs traités et 5 animaux-receveurs non traités par groupe pour pallier toute défaillance technique, pour l’établissement du modèle. Les tests statistiques seront ceux utilisés pour l’analyse de petits échantillons

Une période d’au minimum 7 jours d’adaptation sera appliquée à chaque animal entrant dans le protocole. S’en suivra alors une petite période d’habituation pour limiter le stress (manipulation + boîte de contention). Lors des différentes chirurgies (sous anesthésie gazeuse), il sera administré au préalable une analgésie locale à l’endroit de l’incision ainsi qu’une analgésie générale pour le post-opératoire. Celle-ci sera renouvelée pendant 2 jours après l’intervention la plus lourde à savoir la transplantation des îlots dans le foie. On veillera que la paire de rats hébergés dans la même cage soit opérée le même jour de façon à limiter les interactions et ainsi le barbering (épilation des poils par l’animal lui-même ou un compagnon de la même cage) pour garder une plaie saine. On veillera lors des différentes interventions chirurgicales à assurer une asepsie stricte dans les conditions les plus stériles possibles pour éviter l’infection.

A la suite d’expériences antérieures sur des souris, nous avons préféré les rats pour notre étude. En effet, le rat est un modèle animal idéal pour tester notre stratégie :
 – Techniquement, il permet de réaliser des greffes d’ilôts de Langerhans dans le foie, comme cela est fait chez l’homme. Par ailleurs, du fait de sa taille, le rat est compatible avec une perfusion des ilôts via la veine porte ce qui ne peut être effectué chez la souris, ou en tout cas avec peu de succès.
 – Le rat aura besoin d’assez peu de vecteur, comparé à de plus gros animaux tels que porcs (30 kg), chiens (>3 kg) ou singes (>2,5 kg). – Des souches de rats sont disponibles pour la transplantation allogénique. – L’utilisation de rats évite l’utilisation de gros animaux, éthiquement plus problématique dans l’absolu et au vu du nombre d’animaux nécessaires. Les rats utilisés auront entre 8 et 12 semaines afin : – d’optimiser la quantité d’îlots extraits des donneurs d’après la littérature – de minimiser le poids des rats receveurs pour diminuer la quantité de vecteur à injecter – de faciliter la chirurgie chez les receveurs