Le glioblastome (GB), tumeur primitive du cerveau, la plus agressive, et la plus fréquente chez l’adulte, présente une prolifération vasculaire importante. Des agents thérapeutiques innovants ciblant à la fois l'angiogenèse et les cellules tumorales sont recherchés, ainsi que des systèmes pour augmenter leur délivrance dans la tumeur cérébrale. Un de ces agents est le sorafénib (SFN), un inhibiteur de tyrosine kinase. Sa mauvaise solubilité aqueuse et ses effets secondaires indésirables limitent son utilisation. Le premier objectif de cette thèse était d'encapsuler cet agent dans des nanocapsules lipidiques (NCL) pour contrer ces inconvénients. Nous avons développé des NCL avec une haute efficacité d'encapsulation du SFN qui inhibaient in vitro l'angiogenèse et la viabilité de la lignée de GB humain U87MG. La délivrance intratumorale de SFN-NCL chez des souris porteuses d’une tumeur intracérébrale U87MG induit une normalisation vasculaire tumorale précoce qui pourrait améliorer l'efficacité de la chimiothérapie et de la radiothérapie. Le second objectif était de définir si la délivrance intranasale de NCL pouvait constituer une voie non-invasive alternative. Nous avons étudié via le transfert d'énergie par résonance de type Förster, le devenir des NCL chargées d’un fluorochrome à travers des monocouches de cellules Calu-3, un modèle de l'épithélium nasal. L'utilisation de NCL augmente le passage du fluorochrome à travers les cellules Calu-3, mais les particules sont rapidement dégradées après leur capture. Ces données mettent en évidence que les NCL sont appropriées pour la délivrance locale du SFN mais doivent être modifiées pour une délivrance intranasale. / Glioblastoma (GB), the most aggressive, and the most frequent primary tumor of the brain in adults, present a prominent vascular proliferation. Innovative therapeutic agents targeting both angiogenesis and tumor cells are urgently required, along with competent systems for their delivery to the brain tumor. One such agent is sorafenib (SFN), a tyrosine kinase inhibitor. However, poor aqueoussolubility and undesirable side effects limit its clinical application. The first objective of this thesis was to encapsulate this drug inside lipid nanocapsules(LNCs) to overcome these drawbacks. We developed LNCs with a high SFN encapsulation efficiency (>90%) that inhibited in vitro angiogenesis and the viability of the human U87MG GB cell line. Intratumoral delivery of SFN-LNCs in mice bearing intracerebral U87MG tumors induced early tumor vascular normalization which could be used to improve the efficacy of chemotherapy and radiotherapy in the treatment of GB. The second objective was to define whether intranasal delivery of LNCs could be an alternative non-invasive route. In this regard, we investigated through Förster resonance energy transfer, the fate of dye-loaded LNCs across Calu-3 cell monolayers, a model of the nasal mucosa. We showed that employment of LNCs dramatically increased the delivery of the dye acrossCalu-3 cell monolayer but they were rapidly degraded after their uptake. These data highlight that LNCs are suitable nanocarriers for the local delivery of SFN but must be redesigned for enhancing their nose-to-brain delivery.

Un lien entre certaines dysfonctions du système sérotoninergique et la survenue de valvulopathies a été suggéré par les lésions valvulaires observées au cours de l’utilisation chronique de certains agonistes des récepteurs 5-HT2 (dérivés de l’ergot de seigle, fenfluramine) et les atteintes tumorales carcinoïdes (qui entrainent une augmentation des taux de 5-HT circulante). Les lésions dégénératives associent une fibrose, une sténose et/ou une régurgitation des valves pouvant conduire à de nombreuses complications cardiovasculaires. À l’heure actuelle, il n’existe aucune thérapeutique pouvant freiner ou faire régresser les lésions. Nos travaux démontrent à partir de modèles animaux et cellulaires, l’implication effective des récepteurs 5-HT2B et 5-HT2A dans l’initiation des lésions. L’analyse histologique des valves à partir de nos modèles animaux a révélé la contribution des cellules endothéliales au cours des stades précoces. Ces cellules sont des progéniteurs endothéliaux (CD34+) recrutés à partir de la moelle au sein de la valve sous la stimulation des récepteurs 5-HT2 et par un mécanisme intracellulaire impliquant la eNOS. Des travaux ultérieurs permettront de mieux caractériser les différents types cellulaires et les biomarqueurs d’initiation du processus afin de déterminer de nouvelles pistes thérapeutiques. / Several studies have reported a strong correlation between the development of cardiac valve injury and some dysfunctions of the serotonergic system. Valve lesions are observed during the chronic use of some 5-HT2 receptors agonists (ergot derivates or fenfluramine derivatives) or are secondary to metastatic carcinoid tumours (with increased circulating 5-HT amount). These lesions show fibrosis, with thickened leaflets, valves stenosis and/or regurgitation followed by several cardiovascular complications. There is no medical treatment to stop or alter the natural course of the lesions. Surgical replacement by prosthesis is the only effective therapy. Our study based on animal and cellular pharmacological models, demonstrates the serotonergic system contribution through 5-HT2B and 5-HT2A receptors in the pathogenesis of valve degeneration. Histological analysis of the lesions reveals the contribution of endothelial cells to the initiation process. These cells are probably endothelial progenitors (CD34+) recruited inside the valve implying a NO-dependent mechanism. Further studies will characterize the specific cells to find biomarkers of valve remodelling initiation and at term, will identify best therapeutic targets around the serotonergic system.

Activée par la chimiothérapie, la sénescence est un mécanisme suppresseur de tumeur qui bloque la progression tumorale. Cependant, des cellules cancéreuses sont capables d’échapper à cette pression ce qui provoque une rechute clinique. Nous avons récemment décrit que les cellules émergentes acquièrent la capacité de résister à l’anoïkis et dépendent de Mcl-1. Cette voie de survie est activée par la kinase Akt qui inhibe la protéine Noxa et l’apoptose. L’une des caractéristiques de la sénescence est l’apparition d’un phénotype sécrétoire appelé SASP qui peut induire des effets délétères aux cellules voisines. Dans cette étude nous avons observé que le sécrétome des cellules persistantes induit la résistance à l’anoïkis, la migration et l’invasion des cellules parentales. Des études de protéomique réalisées au laboratoire ont montré que laTSP-1 est surexprimée dans les stades avancés de tumeurs de patients du sein et du colon. Lors de la persistance, la TSP-1 et son récepteur CD47 sont exprimés plus fortement par les cellules sénescentes. Le blocage de la TSP-1 ou de sa liaison à CD47 augmente l’émergence et induit la formation de sphéroïdes traduisant une augmentation de la proportion de cellules souches. Les facteurs d’auto-renouvellement Nanog etKlf4 sont induits précocement en réponse au traitement. Suite à l’inactivation de CD47 ou à une stimulation avec laTSP-1, l’expression de Nanog est bloquée. L’inhibition de Nanog ou de Klf4 diminue l’émergence. Ainsi, dans les cellules sénescentes, CD47 activerait le mécanisme d’auto-renouvellement et favoriserait l’émergence. En seliant, la TSP-1 bloquerait ces mécanismes et agirait comme un suppresseur de tumeur. / Activated by chemotherapy, senescence is a suppressive mechanism that prevents tumor progression. However some cancer cells can emerge and induce clinical relapse. We have recently described that emergent cells resist toanoikis and depend on Mcl-1. This survival pathway is activated by Akt kinase that inhibits Noxa and apoptosis. One of the caracteristics of senescence is the appearance of the secretory phenotype called SASP that can induce deleterious effects to neighboring cells. In this study, we observed that the secretome of persistant cells induces anoïkis resistance, migration and invasion of parental cells. Proteomics analysis performed at laboratory showed that TSP-1 is over expressed in advanced stages of colon and breast tumors. During persistance, TSP-1 and its receptor CD47 are more expressed by senescent cells. Blockade of TSP-1 or its binding on CD47 increases persistence and induces spheroïds generation showing an increase in the proportion of stem cells. Self-renewal factors Nanog and Klf4 are early expressed following treatment. Following CD47 inactivation or stimulation withTSP-1, the expression of Nanog is blocked. The inhibition of Nanog or Klf4 reduces emergence. So, in senescent cells, CD47 could activate self-renewal and could promote emergence. By linking to its receptor, TSP-1 could block these processes et coud act as a tumor suppressor.

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative complexe caractérisée par une perte progressive de la mémoire et de la cognition. C’est la première cause de démence chez le sujet âgé et affecte environs 4.6 millions de personnes par an, selon un rapport de l’association « Alzheimer’s disease International », le nombre de patients pourrait s’élever à 135.5 millions en 2050. Du fait de sa complexité, la MA reste incurable et seuls 4 médicaments aux vertus palliatives dont 3 visant à inhiber l’acétylcholinestérase (AChE) ont reçu une autorisation de mise sur le marché à ce jour. L’approche multi-cible parait particulièrement adaptée du fait du grand nombre de cibles potentielles de la pathologie, et du caractère multifactoriel de la maladie. Cette approche consiste à associer sur une seule molécule, plusieurs pharmacophores afin qu’ils puissent agir simultanément sur différentes cibles impliquées dans le processus neurodégénératif. Dans ce contexte, en parallèle de la resynthèse d’un ligand multi-cible conjugué alliant un inhibiteur d’AChE (IAChE) et un antioxydant, deux nouvelles familles de ligands multi-cibles conjuguées, combinant un IAChE et un agoniste des récepteurs nicotiniques α7 (α7 nAChR) ont été conçues et leur synthèse abordée. Dans le cas de la première famille, le fragment ivastigmine a été choisi pour sa capacité à inhiber de manière pseudo-irréversible l’AChE et a été conjugué à un motif quinuclidine, un puissant agoniste des α7 nAChRs impliqués dans la MA. En combinant ces deux fragments, il a été observé que les propriétés biologiques in vitro de chaque pharmacophore étaient améliorées. La structure de la seconde famille est basée sur le Donepezil, un IAChE réversible de plus forte affinité, combiné au même motif quinuclidine que dans la série précédente. Si des intermédiaires avancés ont été obtenus, un ou deux étapes restent à finaliser pour finaliser la synthèse de cette troisième famille de MTDL. / Alzheimer’s disease (AD) is a complex neurodegenerative disease characterised by a progressive loss of memory and cognition. Nowadays, 4.6 million new patients are identified every year and according to the “Alzheimer’s diseases International” association, the number of patients could reach 135.5 million in 2050. Due to its complexity, AD remains uncurable and only 4 palliative drugs, of which 3 are acetylcholinesterase (AChE) inhibitors (AChEI), have been approved by FDA to date. AD being a multifactorial illness, with many potential targets involved in the pathology, the MTDL approach seems promising. This strategy associates in one single molecule, different pharmacophores (at least) acting on different targets involved in this CNS-related disorder. In this context, in parallel with the upscaled synthesis of a conjugated MTDL combining an AChEI inhibitor and an antioxidant, two new families of conjugated MTDLs associating an AChEI and a α7 nicotinic receptor (α7 nAChR) agonist have been investigated. The structure of the first family was based on a Rivastigmine scaffold, known to be a pseudo-irreversible AChE inhibitor, and a quinuclidine fragment, a potent α7 nAChR agonist. By combining these two fragments, it was brought to light that the in vitro biological properties were improved on both targets. The second family was based on a donepezil fragment, a more potent AChEI, and the same quinuclidine fragment than in the first family. Advanced intermediates have been obtained, and two last steps remain to be achieved for the completion of this third MTDL series.

Im Mittelpunkt dieser kumulativ angefertigten Forschungsarbeit stehen vier prospektive Beobachtungsstudien, die die physischen und psychischen sowie sozial-emotionalen Effekte konventioneller Krebstherapien (Operation, Chemotherapie, Radiotherapie und Hormontherapie) auf Brustkrebspatientinnen in frühen Krebsstadien von der Diagnose über die Behandlung hinweg untersuchen. In der ersten Studie wird die feinmotorische Geschicklichkeit inklusive der Hand- und Fingerfunktion überprüft. Die zweite Studie beschäftigt sich mit individuellen Veränderungen physischer Leistungsfähigkeit und Aktivität, bioelektrischem Phasenwinkel, Symptomen krebsbedingter Fatigue, Angst und Depressivität sowie dem Auftreten von Risikoparametern. Im Fokus der dritten Studie stehen patientenberichtete Endpunkte der gesundheitsbezogenen Lebensqualität und der wahrgenommenen kognitiven Funktion. Ein biopsychosoziales Profil einschließlich klinischer Charakteristika, physischer Leistungsfähigkeit, Phasenwinkel, Angst, Depressivität, Fatigue-Symptomatik sowie gesundheitsbezogener Lebensqualität wird in einer vierten Studie erstellt.:In Kapitel 1 der vorliegenden kumulativen Dissertationsschrift erfolgt die Herleitung der dieser Arbeit zugrunde liegenden wissenschaftlichen Untersuchungen. In Kapitel 2 werden theoretische Grundlagen zur Brustkrebserkrankung erläutert, um dem Leser einen besseren Einblick in die Thematik zu bieten und das Verständnis der eigenen Beiträge zu fördern. Die Publikationen selbst können dem Anhang entnommen werden und stehen als Veröffentlichungen nach Peer-Review-Verfahren in internationalen Fachzeitschriften zur Verfügung. In Kapitel 3 wird das methodische Vorgehen zum Ablauf, Umsetzung und Analyse der Studien beschrieben. In Kapitel 4 werden die einzelnen Studien zur Übersicht zusammengefasst und die wichtigsten Ergebnisse präsentiert. Anschließend erfolgt die Diskussion der gewonnenen Erkenntnisse zu physischen und psychischen sowie sozial-emotionalen Effekten konventioneller Krebstherapien auf Brustkrebspatientinnen (Kapitel 5). Den Abschluss bildet eine kurze Zusammenfassung der Untersuchungen (Kapitel 6).

L’hypothèse d’un lien entre valvulopathies et surexpression du système sérotoninergique fait suite aux lésions valvulaires observées lors de tumeurs carcinoïdes (taux sanguins de 5-HT élevés) et lors de l’utilisation chronique d’agonistes sérotoninergiques 5-HT2 (comme les dérivés de l’ergot de seigle, les fenfluramines). Le dogme actuel repose sur un effet prolifératif de la sérotonine, activant des cellules résidentes valvulaires, mais ne suffit pas à expliquer la dégénérescence de bioprothèses acellulaires. Nos travaux ont permis d’identifier des cellules progénitrices endothéliales (CD34+/CD309+), exprimant les récepteurs 5-HT2A et 5-HT2B, au sein de lésions valvulaires humaines aortiques et mitrales, quelle que soit l’étiologie de leur dégénérescence. Ils ont permis de mettre en évidence un rôle double de la sérotonine dans la dégénérescence valvulaire : 1) la stimulation des récepteurs 5-HT2B contribue à la mobilisation sanguine des progéniteurs CD34+ (recrutés à partir de la moelle osseuse, et migrant dans le tissu valvulaire), 2) le rôle des récepteurs 5-HT2 dans la transdifférenciation des progéniteurs endothéliaux en cellules activées, au sein de la matrice valvulaire. La suite de ce travail permettra de développer 1) un biomarqueur prédictif d’atteinte valvulaire, dans des populations à haut risque, 2) de développer un modèle cellulaire de valvulopathie pour étudier les mécanismes impliqués dans le remodelage valvulaire et leurs voies de signalisation, et 3) de déterminer des cibles thérapeutiques autour du système sérotoninergique, permettant de ralentir la progression des lésions et retarder l’exérèse chirurgicale, seule alternative actuelle.Abstract / Several studies have established an association between some cardiac valve injuries and overexpression of the serotonergic system. Valve lesions are observed following carcinoid tumours (with high blood levels of 5-HT) and during the chronic use of 5-HT2 serotonergic agonists (ergot derivatives or fenfluramines). The current dogma is based on a mitogenic effect of serotonin, by activating 5-HT2B receptors, leading to resident valvular cells proliferation, but does not explain the degeneration of acellular cardiac bioprosthesis. Our work identified endothelial progenitor cells (CD34 + / CD309 +), expressing 5-HT2A and 5-HT2B receptors, in human aortic and mitral valve lesions, regardless of the etiology of their degeneration. Our work highlights the dual role of serotonin in valvular degeneration: 1) stimulation of the 5-HT2B receptor contributes to blood mobilization of CD34+ progenitors (recruited from the bone marrow, and migrating in the valve tissue), 2) the role of 5-HT2 receptors in the transdifferentiation of endothelial progenitor cells in activated valvular cells. The results of this work could drive to the development of 1) a predictive biomarker of cardiac valve injuries in high-risk populations, 2) a model to study heart valve disease cellular and molecular mechanisms, and 3) identify therapeutic targets around the serotonergic system, to slower the progression of the lesions and delay surgical replacement, the only current alternative.

Il existe une grande variabilité dans la réponse aux chimiothérapies anticancéreuses. Ses sources sont diverses: génétiques, physiologiques, comorbidités, médicaments associés, etc. La marge thérapeutique de ces médicaments étant généralement étroite, une telle variabilité peut avoir de graves conséquences: toxicités graves ou absence d'effet thérapeutique. Plusieurs approches pour adapter individuellement les posologies ont été proposées: a priori (basées sur l'information génétique, la taille corporelle, les fonctions d'élimination, etc.) et a posteriori (sur les informations de mesures d'exposition au médicament et/ou effets). La modélisation à effets-mixtes de la pharmacocinétique et de la pharmacodynamie (PK-PD), combinée avec une estimation bayésienne des effets individuels, est la meilleure méthode pour individualiser des schémas posologiques a posteriori. Dans cette thèse, une nouvelle approche pour ajuster les doses sur la base des prédictions données par un modèle pour les observations catégorielles de toxicité a été développée et explorée par simulation. Les aspects plus techniques concernant l'estimation des paramètres individuels ont été analysés pour déterminer les facteurs de bonne performance de la méthode. Ces travaux étaient basés sur l'exemple du syndrome mains-pieds induit par la capécitabine dans le traitement du cancer colorectal. Une revue des modèles pharmacodynamiques de données discrètes (catégorielles, de comptage, de survie) a été effectuée. Enfin, des analyses PK-PD de l'hydroxyurée dans le traitement de la drépanocytose ont été réalisées pour comparer des différentes posologies et déterminer les modalités optimales de suivi du traitement / There is high variability in response to cancer chemotherapies among patients. Its sources are diverse: genetic, physiologic, comorbidities, concomitant medications, environment, compliance, etc. As the therapeutic window of anticancer drugs is usually narrow, such variability may have serious consequences: severe (even life-threatening) toxicities or lack of therapeutic effect. Therefore, various approaches to individually tailor treatments and dosing regimens have been developed: a priori (based on genetic information, body size, drug elimination functions, etc.) and a posteriori (that is using information of measurements of drug exposure and/or effects). Mixed-effects modelling of pharmacokinetics and pharmacodynamics (PK-PD), combined with Bayesian maximum a posteriori probability estimation of individual effects, is the method of choice for a posteriori adjustments of dosing regimens. In this thesis, a novel approach to adjust the doses on the basis of predictions, given by a model for ordered categorical observations of toxicity, was developed and investigated by computer simulations. More technical aspects concerning the estimation of individual parameters were analysed to determine the factors of good performance of the method. These works were based on the example of capecitabine-induced hand-and-foot syndrome in the treatment of colorectal cancer. Moreover, a review of pharmacodynamic models for discrete data (categorical, count, time-to-event) was performed. Finally, PK-PD analyses of hydroxyurea in the treatment of sickle cell anemia were performed and used to compare different dosing regimens and determine the optimal measures for monitoring the treatment