Modélisation de la niche médullaire humaine pour explorer la réponse aux traitements et vaincre les mécanismes de résistance dans les leucémies aiguës myéloïdes. // Modeling the human bone marrow niche to explore treatment response and overcome resistance

Le traitement des leucémies aiguës myéloïdes (LAM) a connu un véritable essor avec l'utilisation des inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) pour le traitement des patients atteints de LAM avec la mutation ITD du récepteur de tyrosine kinase FLT3. Malgré cette avancée thérapeutique, les patients ne répondent pas à ces thérapies dans 30 à 40 % des cas ou rechutent dans 30 à 50 % des cas. L'étude des mécanismes de résistance aux traitements et de la persistance des cellules souches leucémiques (CSL) responsables des rechutes est la clé pour améliorer la prise en charge thérapeutique de ces patients. Notre laboratoire a montré que certains de ces mécanismes sont dépendants du microenvironnement hématopoïétique et hypoxique, et que cette résistance induite peut être surmontée par des combinaisons thérapeutiques. L'étude de ces mécanismes de résistance est menée principalement dans des modèles conventionnels de culture en 2D sur une couche de cellules stromales ou de xénogreffes dérivées de patients chez la souris immunodéficiente (patient derived xenograft, PDX). L'aspect structurel ou la diversité stromale humaine de la niche leucémique qui manquent respectivement à ces deux modèles pourraient être des acteurs clés de ces mécanismes. D'après nos résultats préliminaires, nous avons émis l'hypothèse qu'un modèle d'osselet humanisé in vitro pourrait être un outil approprié pour explorer les réponses aux traitements et les mécanismes de résistance des cellules leucémiques induits par le microenvironnement.

Pour vérifier cette hypothèse, nous développerons un modèle humanisé de niche médullaire capable d'accueillir des blastes leucémiques primaires in vitro, puis nous validerons ce modèle en tant que plateforme clinique pour la prédiction de la réponse aux traitements et pour le criblage de médicaments. Dans un second temps, nous explorerons les interactions protectrices du microenvironnement avec les cellules leucémiques dans le contexte de thérapies anti-LAM, et ainsi d'identifierons de nouveaux mécanismes de résistance et de nouvelles thérapies associées.

En utilisant différents modèles publiés, nous reconstituerons in vitro (bio-impression 3D...) et in vivo une moelle osseuse leucémique humanisée avec des composants biologiques (stromaux, endothéliaux et hématopoïétiques) et des propriétés physico-chimiques (contraintes physiques, hypoxie...). Ces mini-moelles osseuses pourront accueillir des cellules leucémiques primaires de patients au moment du diagnostic ou en rechute. Ces osselets humanisés seront ensuite traités selon le même protocole que le patient avec des chimiothérapies et des ITK, seuls ou en combinaison. Le comportement leucémique sera analysé sur le plan histologique (immunofluorescence, IHC…), cellulaire (FACS…) et moléculaire (scRNAseq…).

A travers cette étude, nous espérons apporter la preuve de concept que notre modèle d'osselets in vitro pourrait être utilisé comme plateforme clinique pour prédire la réponse aux traitements des patients atteints de LAM grâce à l'identification de biomarqueurs prédictifs. Dans un second temps, cette étude globale nous permettra d'établir une plateforme de criblage thérapeutique pour du repositionnement de médicaments et d'identifier de nouveaux mécanismes de résistances afin d'élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les patients en rechute ou réfractaires. Une fois achevé, ce projet fournira un meilleur modèle de moelle osseuse leucémique que les modèles conventionnels de culture / PDX et ainsi limitera le recours à l'expérimentation animale, en accords avec les recommandations éthiques.

En perspective, l'utilisation de ce modèle pourra être transposée à d'autres pathologies de la moelle osseuse et aux métastases osseuses de tumeurs solides pour prédire la réponse au traitement et développer de nouvelles approches thérapeutiques telles que des immunothérapies grâce à l'ajout de cellules immunitaires modifiées au système.
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The treatment of acute myeloid leukemia (AML) has undergone a real boom with the use of tyrosine kinase inhibitors (TKIs) for the treatment of AML patients with the TKI mutation of the FLT3 tyrosine kinase receptor. Despite this therapeutic advance, patients fail to respond to these therapies in 30-40% of cases, or relapse in 30-50% of cases. Studying the mechanisms of treatment resistance and the persistence of the leukemic stem cells (LSCs) responsible for relapse is key to improving the therapeutic management of these patients. Our laboratory has shown that some of these mechanisms are dependent on the hematopoietic and hypoxic microenvironment, and that this induced resistance can be overcome by therapeutic combinations. The study of these resistance mechanisms is carried out mainly in conventional 2D culture models on a layer of stromal cells or in xenografts derived from patients in immunodeficient mice (patient derived xenograft, PDX). The structural aspect or human stromal diversity of the leukemic niche that these two models respectively lack could be key players in these mechanisms. Based on our preliminary results, we hypothesized that an in vitro humanized bonelet model could be an appropriate tool to explore responses to treatment and resistance microenvironment-induced mechanisms of leukemia cells.

To test this hypothesis, we will develop a humanized bone marrow niche model capable of hosting primary leukemic blasts in vitro, then validate this model as a clinical platform for treatment response prediction and drug screening. Secondly, we will explore the protective interactions of the microenvironment with leukemia cells in the context of anti-AML therapies, and thus identify new mechanisms of resistance and associated therapies.

Using various published models, we will reconstitute in vitro (3D bioprinting...) and in vivo a humanized leukemic bone marrow with biological components (stromal, endothelial and hematopoietic) and physico-chemical properties (physical constraints, hypoxia...). These mini bone marrow cells will be able to receive primary leukemia cells from patients at the time of diagnosis or in relapse. These humanized bone marrow cells will then be treated according to the same protocol as the patient, with chemotherapies and TKIs, alone or in combination. Leukemic behavior will be analyzed histologically (immunofluorescence, IHC...), cellularly (FACS...) and molecularly (scRNAseq...).

Through this study, we hope to provide proof of concept that our in vitro ossicle model could be used as a clinical platform to predict the response of AML patients to treatment, thanks to the identification of predictive biomarkers. Secondly, this global study will enable us to establish a therapeutic screening platform for drug repositioning and to identify new mechanisms of resistance in order to develop new therapeutic strategies for relapsed or refractory patients. Once completed, this project will provide a better leukemic bone marrow model than conventional culture / PDX models, and thus limit the need for animal experimentation, in line with ethical recommendations.

In the future, the use of this model could be transposed to other bone marrow pathologies and to bone metastases of solid tumors to predict response to treatment and develop new therapeutic approaches such as immunotherapies through the addition of modified immune cells to the system.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral libre

Université de Bordeaux

154 Sciences de la Vie et de la Santé

Nous recherchons un(e) étudiant(e) : - actuellement inscrit en master 2 ou ayant déjà validé un master avec une spécialisation en biologie du cancer, en biologie des cellules souches ou en biologie cellulaire - avec une forte motivation pour la recherche - avec un intérêt marqué pour l'oncologie, l'onco-hématologie, la modélisation tissulaire, la microscopie, la cytométrie de flux, la transcriptomique... -prêt à travailler de manière autonome ainsi qu'en équipe La maîtrise du français n'est pas obligatoire si le candidat parle couramment l'anglais.
We are looking for a student : - currently enrolled in a Master 2, or having already completed a Master's degree with a specialization in cancer biology, stem cell biology or cell biology - with a strong motivation for research - with a keen interest in oncology, onco-hematology, tissue modeling, microscopy, flow cytometry, transcriptomics... -willing to work independently and as part of a team Fluency in French is not required if the candidate is fluent in English.