Thèse Développement d'Un Traceur Tep de l'Inflammasome Nlrp3 et Validation dans des Modèles Cliniquement Pertinent d'Avc et de Maladie d'Alzheimer. H/F - 37

Établissement : Université de Tours
École doctorale : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV
Laboratoire de recherche : Imaging, Brain & Neuropsychiatry
Direction de la thèse : Hervé BOUTIN ORCID 0000000200295246
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-27T23:59:59

Le phénotype pro-inflammatoire de la neuroinflammation (NI) est un processus cellulaire et moléculaire complexe aggravant les pathologies neurodégénératives et neuropsychiatriques. Il est donc essentiel de pouvoir le mesurer précisément pour en comprendre les mécanismes et intervenir thérapeutiquement ; le seul moyen de monitorer la NI in vivo est l'imagerie par émission de positron (TEP). A ce jour, l'imagerie TEP clinique utilise la « translocator protein 18kDa » (TSPO) comme biomarqueur de la NI. Cependant, TSPO n'est pas spécifique du phénotype pro-inflammatoire de la microglie car est également exprimé dans le phénotype anti-inflammatoire ainsi que par les astrocytes activés et constitutivement par les cellules endothéliales. Au coeur des processus pro-inflammatoires se trouve l'inflammasome, induit dans la microglie par de nombreux stimuli dont les agrégats protéiques présents dans la maladie d'Alzheimer (MA) ou de Parkinson. La protéine NLRP3 (NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3), élément clé de l'inflammasome, constitue donc une cible idéale pour l'imagerie spécifique du phénotype pro-inflammatoire de la microglie. Aucun traceur TEP de NLRP3 n'existe à ce jour. Les inhibiteurs NLRP3 disponibles ne passent peu ou pas la barrière hématoencéphalique (BHE). Les objectifs de ce projet sont donc de i) designer et produire, via la modélisation in silico, de nouvelles molécules basées sur ces inhibiteurs pour améliorer leur passage de la BHE tout en conservant leur activité/affinité pour NLRP3, ii) cribler ces molécules in vitro par liaison sur membranes et déterminer leurs passage de BHE par spectrométrie de masse, iii) radiomarquer ces nouvelles structures au fluor-18 pour l'imagerie TEP, iv) les évaluer in vivo en TEP dans des modèles animaux de NI aigue (administration de LPS) et v) les valider dans des modèles cliniquement pertinents de pathologies humaines aigues et chronique, à savoir l'accident vasculaire cérébral et la MA.

Scientific rational and unmet clinical need:
The pro-inflammatory phenotype in neuroinflammation (NI) has been demonstrated to be an active contributor in most neurological diseases (e.g. stroke; Alzheimer's disease, AD)[5;6] and neuropsychiatric conditions (e.g. depression)[7;8]. As we recently reviewed[9], despite numerous efforts in developing new PET tracers for new NI biomarkers, the field still lacks a cell and phenotype specific biomarker and tracer for the pro-inflammatory microglial phenotype and a lot of interrogations remain and the roles of NI in brain diseases is far from understood. All these facts demonstrate the necessity to investigate the role of NI across all brain conditions and non-invasively in patients.

Solution:
This project aims at filling this scientific knowledge gap and unmet clinical need by developing a new PET tracer targeting a key component of the NI: the NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3 (NLRP3). Indeed, NLRP3 is an essential protein for the assembly of the NLRP3-inflammasome which is a critical element leading to the release of the cytokine interleukin-1 seating upstream of the proinflammatory cascade.

Objectives:
1.Identify and fully characterise the 10 best compounds by in vitro binding assays on cell preparations and on brain homogenates to identify the 3 best compounds for radiolabelling.
2.Validate the 3 best [18F]-radiotracers by in vivo PET imaging in the simple intracerebral LPS injection model to select the best candidate.
2.Fully characterise the best candidate in clinically relevant models of acute (stroke) and chronic brain disease (AD).

- Former un(e) étudiant(e) en thèse à l'ensemble des techniques de biologie nécessaire au développement de radiotraceurs TEP et leurvalidation et application à des modèles de pathologies cérébrales (criblage in vitro, imagerie TEP in vivo, immunohistochimie, qPCR, etc.).
- Sélectionner et caractériser in vitro de nouvelles molécules basées sur leur sélectivité et affinité.
- Valider les meilleures molécules candidates dans des modèles animaux par imagerie TEP in vivo.
- Valider ex vivo les résultats obtenus in vivo (immunohistochimie, qPCR, Western-blot, etc.).

- Train a PhD student in all the biology techniques necessary for the development of PET radiotracers and their validation and application to models of brain pathologies (in vitro screening, in vivo PET imaging, immunohistochemistry, qPCR, etc.).
- Select and characterize new molecules in vitro based on their selectivity and affinity.
- Validate the best candidate molecules in animal models by in vivo PET imaging.
- Validate ex vivo the results obtained in vivo (immunohistochemistry, qPCR, Western-blot, etc.).

Scientific project:
The 1st part of the project of in silico design is not part of this PhD project and will be carried out by our collaborator at ICOA (Orléans) and will steer the choice of compounds by ranking all the chemical scaffold and perform a first selection of around 65 final compounds which will then be synthesized to be tested in objective 1 of this PhD project.

The 1st objective of this PhD project will allow us to rank and select the best compounds that will progress to in vivo characterisation and validation. Especially at stage 2, the performance of the selected and tested compounds will be evaluated and if unsatisfactory characteristics (e.g. Ki > 10-100's of nanomolar) are identified, we have the possibility to go back to in silico to optimise chemical structures to refine our compounds. Objective 1 will be done using cell culture over-expressing NLRP3 to screen in vitro the library of compounds and determine their Ki. The 3 best compounds will then be radiolabelled with fluorine-18.
These 3 radiotracers will be evaluated in the intracerebral LPS injection model in rats (including blocking or displacement studies) in order to select 'the' best candidate which will be fully characterised (metabolites, etc.) and validated in 2 clinically relevant models of brain conditions: stroke and Alzheimer's disease.