Diagnòstic i monitorització de la malaltia d’Alzheimer mitjançant tècniques de ressonància magnètica in vivo en el model 3xTg-AD: Avaluació de l’eficàcia del tractament longitudinal amb dos fragments d’anticòs contra el pèptid Aβ

Abstract

La malaltia d’Alzheimer (AD) és, actualment, una malaltia incurable que afecta la major part dels 47 milions de persones que s’estima que pateixen demència arreu del món. Tot i que els mecanismes que donen lloc a desenvolupar l’AD no estan ben definits, hi ha un consens bastant ampli en acceptar la hipòtesi de la cascada amiloide, la qual situa el pèptid Aβ o, més concretament, els oligòmers que forma aquest pèptid, com els responsables principals de l’inici del procés neuropatològic que porta a l’AD. En els últims anys la immunoteràpia anti-Aβ s’ha erigit com una eina esperançadora per tractar la malaltia. Una de les estratègies és la utilització dels fragments variables de cadena senzilla (scFv), els quals eviten els efectes del fragment cristal·litzable (Fc), que es creu que desencadena una resposta de la micròglia que pot donar lloc a microhemorràgies i edemes vasogènics, com va passar en assajos clínics amb el bapineuzumab, un anticòs sencer dirigit contra l’extrem N-terminal del pèptid Aβ, del qual deriven els scFv-h3D6-WT i scFv-h3D6-EL produïts en el nostre grup de recerca. En aquesta tesi s’ha tractat longitudinalment el model murí d’AD, 3xTg-AD, amb 1 dosi intraperitoneal mensual de 100 μg de scFv-h3D6-WT, EL o PBS, des dels 5 fins als 12 mesos, edat en la qual s’han sacrificat els ratolins i s’han emmagatzemat les mostres per a poder realitzar anàlisis histològiques i bioquímiques. Durant el tractament, s’han realitzat 4 sessions de monitorització dels animals utilitzant tècniques d’imatge i espectroscòpia per ressonància magnètica (MRI/MRS) als 5, 7, 9 i 12 mesos. D’una banda, s’ha pogut caracteritzar el 3xTg-AD utilitzant paràmetres in vivo derivats de les tècniques de MRI i MRS, i ex vivo, a partir d’anàlisis bioquímiques i histològiques. Així, s’ha observat que el 3xTg-AD presenta, entre d’altres característiques, un volum més petit en gairebé totes les regions cerebrals i edats analitzades, un increment de l’Aβ tan intra com extracel·lular als 12 mesos i un increment en la inflamació a aquesta mateixa edat, tan a l’hipocamp (IL-6 i mIns) com al còrtex (IL-6). D’altra banda, s’han pogut analitzar els efectes que els tractaments amb scFv-h3D6-WT o EL provoquen en aquest model i s’ha observat com la variant WT és capaç de recuperar, parcialment, els valors de volumetria, Aβ, IL-6 i mIns, entre d’altres. La variant EL, en canvi, no sembla tenir efectes en volumetria, però sí en les anàlisis histològiques, especialment a l’hipocamp on, fins i tot, aquest efecte sembla superior al del WT. Per últim, s’han realitzat dos estudis complementaris consistents en (1) aproximar la visualització d’edema vasogènic mitjançant l’administració de l’anticòs sencer mAb-m3D6 i (2) exportar algunes de les tècniques posades a punt, a un projecte extern que té per objectiu veure l’eficàcia de les diferents combinacions de tractaments entre el scFv-h3D6-WT i 2 pèptids mimètics de les apolipoproteïnes E i J. En resum, aquesta tesi aporta nova informació sobre l’eficàcia i seguretat de dos scFvs contra el pèptid Aβ en el seu afany per combatre l’AD, a l’hora que ajuda a caracteritzar el model 3xTg-AD, aportant informació que, de ben segur, serà molt útil en la recerca preclínica d’aquesta devastadora malaltia.

Alzheimer’s disease (AD) is an incurable disease that affects most the 47 million people estimated as living with dementia worldwide. Although the exact mechanisms that drive to AD development are not well known, a wide consensus exists to accept the amyloid cascade hypothesis, which claims that the Aβ peptide oligomers are the main responsible for the triggering of the neuropathological process leading to the disease. In recent years, Aβ-immunotherapy has been revealed as a hopeful tool in AD treatment. One strategy consists of using single-chain variable fragments (scFvs), which avoid the fragment cristallizable (Fc) effects that are supposed to trigger the microglial response, giving place to microhemorragies and vasogenic edemas, as happened in clinical trials with bapineuzumab. The scFv-h3D-WT and the scFv-h3D6-EL generated in our research group derivate from this antibody targeting the N-terminal of the Aβ peptide. In the present thesis, 3xTg-AD mice were treated with a 100 μg intraperitoneal monthly dose of scFv-h3D6-WT, EL or PBS, from 5 to 12 months, age at which mice were sacrificed and samples were collected to perform histological and biochemical analyses. During the therapy, 4 monitoring sessions using magnetic resonance image and spectroscopy (MRI/MRS) were performed at 5, 7, 9 and 12 months. On the one hand, a 3xTg-AD mouse model characterization using the in vivo parameters from MRI/MRS techniques and the ex vivo ones from histological and biochemical analyses has been done. Thus, we have observed that 3xTg-AD presents a smaller volume in almost all cerebral regions and ages examined, an increase in both intra and extracellular Aβ at 12 months, and an inflammation process at this age, in both hippocampus (IL-6 and mIns) and cortex (IL-6). On the other hand, the effects of both scFv-h3D6-WT and EL have been tested in this model. The WT variant seems to partially recover the values in brain volume, and in Aβ, IL-6 and mIns concentrations, among others. In contrast, the EL variant does not seem to affect the brain volume values. However, it does seem to have positive effects in histology, especially in the hippocampus region, where its effect seems to be greater than the one caused by the WT. Finally, two complementary studies have been carried out in order to (1) visualize a vasogenic edema by treating the 3xTg-AD with the full-length antibody mAb-m3D6, and (2) to export some of the set up techniques to another project, which aims to study the efficacy of combining the scFv-h3D6-WT treatment with E and J apolipoprotein mimetic peptides. To sum up, this thesis provides new information about the efficacy and security of two scFvs targeting Aβ peptide in their way to fight AD and, at the same time, it provides new insights in 3xTg-AD characterization, releasing new information which will be very helpful for AD preclinical research.