Published September 23, 2022 | Version v1
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In Vivo Nuclear Imaging of Hypoxia as Predictive Biomarkers and follow up the Response to Anti-VEGF Therapies in Idiopathic Pulmonary Fibrosis

Description

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic, progressive and fatal disease of unknown origin. In France, it is one of the most common interstitial pathologies (IP) and affects 4,400 new people each year. IPF is characterized by dysregulated healing mechanisms that lead to the accumulation of large amounts of collagen in the lung tissue and cause disorganization of the alveolar architecture. It results in progressive deterioration of the respiratory function, leading in a few years to chronic respiratory failure and then to death. Idiopathic pulmonary fibrosis has a lower survival rate than many cancers with a median survival of 2 to 5 years from diagnosis. This pathology whose main risk factor, in addition to genetic and environmental factors (cigarettes, pollution, etc.), remains age, rarely occurs before the age of 60. Despite the therapeutic advances made in recent years in the field of fibrosis, IPF remains an incurable and lethal disease. The late management of patients, the complexity of the diagnosis and the lack of therapeutic solutions or early diagnosis strategies are all issues that explain the mortality associated with this pathology. Today, the identification of signaling pathways and key cellular actors involved in IPF development remains crucial in order, on the one hand, to develop new treatments and, on the other hand, to identify new tools for earlier diagnoses. In this context, the study of the roles of heat shock proteins HSPB5 and HSP90 in idiopathic pulmonary fibrosis as well as markers of hypoxia could provide new therapeutic and diagnostic targets. IPF imaging is in practice limited to high-resolution computed tomography (HRCT). This examination is often insufficient for a definitive diagnosis of the disease and has a limited impact on the therapeutic decision and management of IPF patients. Pulmonary hypoxia is an important feature of IPF, but its role in disease progression remains unknown. Thus, using a preclinical model of bleomycin-induced pulmonary fibrosis, we have determined in vivo that hypoxia imaging with 18F-FMISO could constitute a predictive biomarker of disease progression and treatment efficacy compared to another clinically used marker 18F-FDG. We have also shown in vivo in our mouse model that inhibition of HSPB5, a low molecular weight heat shock protein known to be involved in the development of fibrosis, using NCI-41356 allows to reduce fibrosis by modulating the expression of several pro-fibrotic factors including TGF-β. In addition, we have also demonstrated that targeting the extracellular HSP90 protein overexpressed in plasma as well as in fibrotic tissues of IPF patients could constitute a potential theranostic tool for fibrosis. In conclusion, this thesis work has made it possible to characterize a potential early and predictive radiopharmaceutical tracer of the evolution of pulmonary fibrosis as well as the anti-fibrotic role of a chemical inhibitor of the canonical TGF-β pathway. Furthermore, we hope that our results concerning the HSP90 protein will make it possible to envisage the theranostic use of recombinant antibodies against HSP90 in the context of IPF. (author)

Abstract (French)

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie chronique, evolutive et mortelle d'origine inconnue. En France, elle figure parmi les pathologies interstitielles (PI) les plus frequentes et touche 4400 nouvelles personnes chaque annee. La FPI est caracterisee par des mecanismes de cicatrisation deregules qui induisent l'accumulation de grandes quantites de collagene dans le tissu pulmonaire et provoquent une desorganisation de l'architecture alveolaire. Elle se manifeste par une deterioration progressive de la fonction respiratoire, conduisant en quelques annees a une insuffisance respiratoire chronique puis au deces. Le taux de survie de la fibrose pulmonaire idiopathique est inferieur a celui de nombreux cancers avec une survie mediane de 2 a 5 ans a partir du diagnostic. Cette pathologie, dont le principal facteur de risque outre les facteurs genetiques et environnementaux (cigarette, pollution, etc.) reste l'age, se manifeste rarement avant 60 ans. Malgre les avancees therapeutiques recentes realisees dans le domaine de la fibrose, la FPI reste une maladie incurable et letale. La prise en charge tardive des patients, la complexite du diagnostic et le manque de solutions therapeutiques et diagnostiques precoces sont autant de points qui expliquent la mortalite associee a cette pathologie. Aujourd'hui, il reste crucial de continuer a identifier les acteurs cellulaires et moleculaires du developpement de la FPI afin, d'une part, de developper de nouveaux traitements inhibiteurs et d'autre part, de mettre au point de nouveaux outils diagnostiques plus precoces. Dans ce contexte, l'etude du role des proteines de choc thermique HSPB5 et HSP90 dans la FPI ainsi que des marqueurs de l'hypoxie pourraient apporter de nouvelles solutions therapeutiques et diagnostiques. L'imagerie de la FPI est en pratique limitee a la tomodensitometrie a haute resolution (HRCT). Cet examen reste souvent insuffisant pour un diagnostic definitif de la maladie et a un impact limite sur la decision therapeutique et la prise en charge des patients. L'hypoxie pulmonaire est une caracteristique importante de la FPI, mais son role sur la progression de la maladie reste meconnu. Ainsi a l'aide d'un modele preclinique de fibrose pulmonaire induite par la bleomycine nous avons determine in vivo que l'imagerie de l'hypoxie au 18F-FMISO pouvait constituer un biomarqueur predictif de la progression de la maladie et de l'efficacite des traitements par rapport a un autre marqueur utilise en clinique le 18F-FDG. Nous avons egalement montre in vivo dans notre modele murin que l'administration d'un inhibiteur (le NCI-41356) de HSPB5, une proteine de choc thermique de bas poids moleculaire connue pour etre impliquee dans le developpement de la fibrose, permet de reduire la fibrose en modulant l'expression de plusieurs facteurs pro-fibrotiques dont le TGF-β. De plus, nous avons montre qu'inhiber la proteine HSP90, surexprimee a la fois au niveau circulant et au sein des tissus fibrotiques des patients atteints de FPI, presente un potentiel interet theranostique. En conclusion, ce travail de these a permis de caracteriser un potentiel traceur radiopharmaceutique precoce et predictif de l'evolution de la fibrose pulmonaire ainsi que le role anti-fibrotique d'un inhibiteur chimique de la voie canonique du TGF-β. Par ailleurs nous esperons que nos resultats concernant la proteine HSP90 pourraient permettre d'envisager l'utilisation theranostique d'anticorps recombinant diriges contre HSP90 dans le contexte de la FPI. (auteur)

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Original title (French)
Etude de l'hypoxie in vivo comme biomarqueur predictif et outil de suivi de la reponse aux therapies anti-VEGF et etude des roles des proteines de choc thermique HSPB5 et HSP90 dans la fibrose pulmonaire idiopathique

Publishing Information

Imprint Pagination
193 p.
Report number
FRNC-TH--15787

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