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Néovascularisation/angiogenèse

La néovascularisation consiste en la formation de nouveaux réseaux microvasculaires. In vivo, ce processus se déroule principalement par le biais de l’angiogenèse, autrement dit la croissance de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux existants. La néovascularisation/l’angiogenèse jouant un rôle crucial dans de nombreuses thérapies et pathologies, elle est activement étudiée dans une multitude de domaines, parmi lesquels l’ingénierie tissulaire et la médecine régénérative, la biologie vasculaire et l’oncobiologie. En fonction de l’application, il existe de nombreux modèles pour le développement/l’administration de médicaments, la caractérisation de maladies et les traitements par cellules souches. Des outils permettant d’évaluer la formation de nouveaux vaisseaux, de préférence à l’aide de méthodes non invasives et non destructives, sont nécessaires. Le système d’imagerie de contraste speckle laser PeriCam PSI permet de suivre les modifications de la perfusion microvasculaire  au fil du temps. Des études ont montré que des augmentations de la perfusion sont associées à la formation de vaisseaux sanguins plus fonctionnels. Le système PeriCam PSI a été utilisé dans plusieurs de ces modèles.

(A) Photo de vue dorsale et images longitudinales de perfusion PSI d’une souris porteuse de deux implants d’échafaudage à base de fibrine, avec et sans facteur de croissance angiogénique. Les ROI ont été choisies en fonction de l’emplacement physique des implants. (B) La quantification de la modification de la perfusion par rapport au jour 0, sur la base d’une analyse des ROI des images de perfusion PSI, montre une augmentation globale de la perfusion au fil du temps. Le changement le plus notable dans la perfusion a été observé le jour 7, avec des échafaudages +bFGF tendant vers une perfusion plus importante que les échafaudages -bFGF 1-2.
Figure fournie par le Dr Mario Fabiilli, co-auteur de l’étude LED-Based Photoacoustic Imaging for Monitoring Angiogenesis in Fibrin Scaffolds, auteurs : Yunhao Zhu, Xiaofang Lu, Xiaoxiao Dong, et al. Publication : Tissue Engineering Part C: Methods
Éditeur : Mary Ann Liebert, Inc. Date : 1er septembre 2019

Présentation

Le système PeriCam PSI a prouvé son utilité à de nombreux égards dans le domaine de la recherche sur la néovascularisation et l’angiogenèse, et plus particulièrement dans le cadre de la recherche de thérapies pro-angiogéniques pour l’artériopathie périphérique (AP) et la cicatrisation dans des modèles animaux précliniques. Pour l’AP, une ischémie est induite par voie chirurgicale dans l’extrémité inférieure et confirmée au moyen du système PeriCam PSI, et le processus dynamique de rétablissement de la perfusion peut être suivi au fil du temps. De même, des plaies cutanées sont créées et le PeriCam PSI est utilisé pour suivre leur cicatrisation normale. Dans les deux modèles, le système PeriCam PSI offre aux chercheurs la possibilité d’assurer un suivi longitudinal des mêmes sujets, ce qui permet de réduire le nombre d’animaux nécessaires pour une étude et ainsi de gagner du temps et de l’argent.

Un autre domaine est l’étude du cancer dans l’essai sur CAM et les modèles tumoraux sous-cutanés, ainsi que le développement d’agents thérapeutiques anti-angiogéniques. Le système PeriCam PSI peut être utilisé pour suivre la perfusion dans les tumeurs à mesure qu’elles progressent et évaluer l’efficacité des agents thérapeutiques destinés à les combattre.

Ischémie des membres postérieurs

Le modèle murin de préparation d’ischémie des membres postérieurs est fréquemment utilisé dans l’étude de l’AP. Il consiste en la ligature unilatérale de l’artère fémorale et son excision pour induire une ischémie aiguë permettant l’évaluation de la régénération vasculaire, de l’angiogenèse et de l’artériogenèse par un ensemble de stratégies telles que l’administration de facteur de croissance et la thérapie cellulaire. Il sert aussi à évaluer les effets pro-angiogéniques des agents thérapeutiques 3-12 ou du rétablissement naturel chez les animaux sains 13 versus malades (diabétiques) 14-16, jeunes versus âgés 17 et de type sauvage versus knock-out 18-20.

Le système d’imagerie de contraste speckle laser PeriCam PSI sert à confirmer l’ischémie après chirurgie en mesurant la diminution de la perfusion sanguine dans la microcirculation (60-70 %), ainsi qu’à monitorer longitudinalement l’efficacité de la stratégie de traitement. En général, chaque animal est suivi jusqu’à un mois après la chirurgie ou le traitement à l’aide de la PSI pour documenter l’augmentation graduelle de la perfusion sanguine à la suite de la revascularisation ; cela permet au chercheur de réduire le nombre d’animaux nécessaires à l’étude et ainsi de gagner du temps et de l’argent.

Essai sur membrane chorioallantoïde de poulet (CAM)

Au cours du développement de l’embryon du poulet, la membrane chorioallantoïde (CAM) se forme par fusion des mésodermes de l’allantoïde et du chorion. Il s’agit d’une membrane extra-embryonnaire fortement vascularisée et non innervée, ce qui en fait un substrat idéal pour l’étude de l’angiogenèse et de la croissance tumorale. Un œuf de poule fertilisé est incubé durant quatre à huit jours, quand une ouverture est créée dans la coquille pour observer l’embryon en formation et les vaisseaux sanguins.

Dans les essais en angiogenèse, plusieurs biomolécules et médicaments sont parfois administrés par voie topique et étudiés pour leur efficacité angiogénique. Des échafaudages en biomatériau peuvent également être implantés et monitorés pour surveiller l’envahissement vasculaire, afin d’évaluer une stratégie d’ingénierie tissulaire.

Dans les modèles de cancer, plusieurs types de cellules cancéreuses peuvent être greffées dans la CAM pour étudier la croissance tumorale. Cela offre un modèle relativement simple pour étudier la formation de différentes tumeurs cancéreuses tout en permettant de tester de nouveaux médicaments et des stratégies de traitement personnalisées. Le modèle CAM est hautement reproductible, rentable et ne nécessite pas d’approbation par les comités d’éthique, comme c’est le cas pour de nombreux autres modèles animaux in vivo. En outre, le modèle CAM présente une immunodéficience naturelle qui le rend idéal pour la transplantation cellulaire ; le système fermé prolonge la demi-vie de nombreuses molécules expérimentales, ce qui en réduit la quantité nécessaire pour l’étude.

Le système d’imagerie de contraste speckle laser PeriCam PSI peut servir à mesurer les variations de la perfusion sanguine dans le cadre d’un essai d’angiogenèse et détecter les différences d’efficacité de divers produits pro-angiogéniques. Il peut aussi servir à monitorer la formation de vaisseaux sanguins fonctionnels intra-tumoraux 25 et à évaluer l’efficacité d’agents anti-angiogéniques pour le traitement du cancer.

Image PSI Z de la perfusion dans le cadre de l’essai CAM 6 jours après la fertilisation.

Tumeur sous-cutanée

La croissance et la métastatisation des tumeurs dépendent du développement de vaisseaux sanguins et d’une microcirculation efficace. En l’absence d’angiogenèse, un petit foyer de cellules tumorales ne peut pas se développer au niveau d’un site secondaire. Dans la mesure où l’angiogenèse joue un rôle central dans la croissance tumorale, la progression, l’envahissement et la formation de métastases, son inhibition constitue une stratégie thérapeutique potentielle pour certains cancers.

Le modèle tumoral sous-cutané est le système le plus couramment utilisé pour l’évaluation in vivo de nouveaux candidats-médicaments anticancéreux. Généralement au moyen de souches animales immunodéficientes, des cellules cancéreuses cultivées sont implantées sous la peau des animaux afin d’induire la formation d’une tumeur en 2 semaines environ. Une multitude de lignées cellulaires cancéreuses humaines et murines ont été adaptées pour se développer chez un hôte rongeur et donc permettre l’évaluation d’agents thérapeutiques dans le modèle tumoral pertinent. Les chercheurs suivent la croissance et la progression tumorales, et réalisent souvent un test de densité microvasculaire tumorale pour évaluer l’efficacité de leur stratégie de traitement. Le système PeriCam PSI peut servir à monitorer l’évolution de la perfusion sanguine dans les tumeurs sous-cutanées, ainsi qu’à évaluer l’efficacité des thérapies anti-angiogéniques pour le traitement du cancer.

Images de la perfusion d’une oreille de souris avec tumeur sous-cutanée au jour 14. Les images montrent une augmentation de la perfusion sanguine tumorale en réaction à une épreuve de chauffage.

References:

1. LED-Based Photoacoustic Imaging for Monitoring Angiogenesis in Fibrin Scaffolds. Yunhao Zhu, Xiaofang Lu, Xiaoxiao Dong, Jie Yuan, Mario L. Fabiilli, and Xueding Wang. 9, September 2019, Tissue Engineering Part C: Methods, Vol. 25, pp. 523-531.
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