Contexte : Les carcinomes rénaux à cellules claires (ccRCC) sont des tumeurs particulièrement agressives et de mauvais pronostic lorsqu'elles sont métastatiques. L'apport des traitements anti-angiogéniques et notamment des inhibiteurs de tyrosine kinases (TKI), a permis une amélioration nette en terme de survie de ces patients, mais parfois au prix d'effets secondaires tels que l'HTA. L'angiotensine-II stimule la croissance des cellules cancéreuses et la sécrétion de VEGF via le récepteur de type 1. Dans différents types de cancers, les antagonistes des récepteurs de type 1 de l'angiotensine-II (ARA-2) utilisés à visée anti-hypertensive ont pu démontrer une diminution de la prolifération cellulaire et une inhibition de la néo-angiogénèse tumorale. Objectif : Mettre au point différents modèles animaux de ccRCC et tester l'effet de l'association des traitements par sunitinib (TKI) et telmisartan (ARA-2). Matériels & Méthodes : Des souris Nude ont été injectées avec des cellules tumorales 786-O, permettant d'obtenir une tumeur sous-cutanée. Les souris ont été réparties en 4 groupes gavées quotidiennement pendant 4 semaines : avec le vecteur (DMSO), du Telmisartan, du Sunitinib ou une association Telmisartan + Sunitinib à doses thérapeutiques, puis euthanasiées pour analyse de la tumeur. Dans un 2ème temps, un autre modèle animal a été mis au point avec des cellules tumorales issues d'une lignée primaire. Résultats : L'association des traitements (TKI + ARA-2) dans le 1er modèle montrait une augmentation de la nécrose tumorale par diminution de la densité microvasculaire et de la sécrétion de VEGF circulant. Dans le modèle issu d'une lignée primaire, on notait une réduction du volume tumoral mais sans augmentation de la nécrose. Conclusion : Ce travail a permis de mettre au point 2 modèles de ccRCC. L'association d'un ARA-2 au sunitinib semble potentialiser l'effet anti-tumoral dans ces modèles expérimentaux. De plus amples études sont nécessaires pour comprendre les mécanismes impliqués.

Malgré l'efficacité thérapeutique avérée des agents anti-angiogéniques et des agents anti-vasculaires (VDA), le mécanisme d'action précis des stratégies ciblant les vaisseaux sanguins tumoraux, les raisons de leur efficacité ainsi que les mécanismes de résistance à ces drogues sont encore mal compris. Il est rapidement apparu essentiel d'identifier des biomarqueurs capables de refléter l'angiogénèse tumorale ou les effets sur la vascularisation tumorale de ces traitements. Compte tenu de leur importance dans des pathologies vasculaires, les cellules endothéliales matures circulantes (CEC) et les progéniteurs endothéliaux circulants (CEP) ont d'emblée été pressenties comme des candidats intéressants pour être des biomarqueurs de réponse aux stratégies ciblant la vascularisation tumorale. Nous avons exploré l'intérêt de ces cellules en tant que biomarqueurs de l'angiogénèse dans des tumeurs pédiatriques, et leur rôle en tant que biomarqueurs de traitement par des agents anti-angiogéniques chez des sujets adultes atteints de cancer. Ces travaux ont mis en lumière l'intérêt des CEP et ont été à la source d'un travail plus " mécanistique " où nous avons étudié dans différents modèles murins le rôle des CEC et CEP dans le mécanisme d'action des agents anti-vasculaires et plus particulièrement le rôle fonctionnel des CEP dans la résistance à ces molécules. Par des stratégies d'association d'agents anti-angiogéniques aux VDA destinées à inhiber les CEP, nous montrons l'augmentation de l'activité anti-tumorale des VDA et offrons un rationnel mécanistique pour optimiser les schémas thérapeutiques actuels des traitements anti-vasculaires. Nos données apportent des arguments en faveur du rôle potentiel de ces cellules en tant que biomarqueurs de l'angiogénèse, des traitements anti-angiogéniques et de la résistance aux traitements anti-vasculaires.

Malgré d’intenses recherches, le cancer reste une des causes principales de mortalité dans le monde. Le développement de nouveaux produits actifs pour le traitement des cancers est de plus en plus nécessaire. Nous avons décidé de préparer de nouveaux composés anti-angiogéniques dérivés du composé III.1 (ligand du complexe PDB : 1Y6A) dores et déjà testé cliniquement. Cinq d’entres eux ont pu être synthétisés en utilisant une réaction Click entre un ynamide et un azide. La réaction Click catalysée au cuivre a permis de préparer cinq de nos 1,2,3-triazole cibles avec une excellente régiosélectivité. Bien que l’activité de ces composés soit bien moins importante que celle du composé oxazolique III.1 dont elles sont dérivées, nous avons montré qu’ils sont des ligands spécifiques de VEGFR-2 kinase et qu’elles représentent une nouveauté structurale intéressante dans l’espace très protégé des inhibiteurs de tyrosine kinases. / Despite to the intensively research, cancer is still a leading cause of death worldwide. There are still developed new active compounds for cancer treatment. We have decided to prepare new antiangiogenic drugs based on already clinically tested III.1 from PDB complex 1Y6A. The in Silico-designed 1,2,3-triazole analogues of III.1 were prepared using a Click chemistry approach. In order to accomplish Click reactions two key building blocks: ynamides and azides were mandatory to synthetize. Copper catalyzed Click reactions were performed in very mild condition with quantitative regioselectivity. Five predicted triazolic compounds were prepared and sent for VEGFR-2 biologicall assays. Although the activities of triazolic compounds are significantly lower than the activities of their oxazolic isosters these compounds deliver structural novelty to IP crowded space of tyrosine kinase inhibitors. / Napriek intenzívnemu výskumu, rakovina stále patrí k najčastejším príčinám úmrtia na svete. Neustále sú vyvíjané nové aktívne látky na liečbu rakoviny. Rozhodli sme sa pripraviť nové antiangiogenetické liečivá na základe klinicky testovaného III.1 z PDB komplexu 1Y6A. In Silico navrhnuté 1,2,3-triazolové III.1 analógy boli pripravené prostredníctvom Click chémie. Za účelom uskutočnenia Click reakcie, bolo nevyhnutné pripraviť dva kľúčové stavebné jednotky: ínamidy a azidy. Meďou katalyzované Click reakcie boli uskutočnené vo veľmi jemných podmienkach s kvantitatívnou regioselektivitou. Bolo pripravených päť nových triazolových látok, ktoré boli zaslané na VEGFR-2 biologické testy. Aj keď sú aktivity triazolových derivátov výrazne nižšie ako aktivity oxazolvých izostérov, tak tieto zlúčeniny vnášajú do oblasti tyrozín kinázových inhibítorov, ktorá obsahuje už rôznorodé látky, štruktúrnu originalitu.

Le cancer est l'une des principales causes de décès dans le monde. L'angiogenèse tumorale est le processus de formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants. Une tumeur cancéreuse peut induire l'angiogenèse afin de disposer d'apports supplémentaires en oxygène et nutriments, indispensables à la poursuite de son développement. Cette thèse consiste en l'élaboration d'un modèle mathématique multi-échelle de l'angiogenèse tumorale. Ce modèle intègre les principaux mécanismes intervenant aux échelles tissulaire et moléculaire. Couplé à un modèle de croissance tumorale, notre modèle permet d'étudier les effets de l'apport en oxygène sur la croissance tumorale. D'un point de vue mathématique, ces modèles d'angiogenèse et de croissance tumorale reposent sur des équations aux dérivées partielles de réaction-diffusion et d'advection régissant l'évolution spatio-temporelle des densités de cellules endothéliales, cellules constituant la paroi des vaisseaux sanguins, et tumorales, ainsi que celle des concentrations tissulaires en substances pro- et antiangiogéniques et en oxygène. A l'échelle moléculaire, la liaison des substances angiogéniques aux récepteurs membranaires des cellules endothéliales, mécanisme clé de la communication intercellulaire, est modélisée à l'aide de lois pharmacologiques. Ce modèle permet ainsi de reproduire in silico les principaux mécanismes de l'angiogenèse et d'analyser leur rôle dans la croissance tumorale. Il permet également de simuler l'action de différentes thérapies anti-angiogéniques, et d'étudier leur efficacité sur le développement tumoral afin d'aider à l'innovation thérapeutique / Cancer is one of the main causes of death worldwide. Angiogenesis is the formation of new blood vessels from preexisting vessels. A cancerous tumor can induce angiogenesis in order to get essential additional oxygen and nutrients supply to grow. This thesis is about the development of a multiscale mathematical model of tumor-induced angiogenesis. This model takes into account the main mechanisms that occur at the tissue level and at the molecular level during angiogenesis. Coupled with a model of tumor growth, our model enables to simulate the e_ect of oxygen supply on tumor growth. On a mathematical point of view, these models of tumor-induced angiogenesis and tumor growth are based on reaction-di_usion and advection partial di_erential equations that govern the evolution of the densities of endothelial cells, that compose blood vessel wall, and tumor cells, and that of the tissue concentrations of pro- and anti-angiogenic substances and oxygen. At the molecular level, the binding of angiogenic substances to receptors located on the membrane of endothelial cells is modeled by use of pharmacological laws. Such bindings are key mechanisms of intercellular communication. This model makes it possible to reproduce in silico the main mechanisms of angiogenesis and to analyze their action on tumor growth. It also enables to simulate the action of several antiangiogenic therapies and to study their e_cacy on tumor growth in order to help therapeutic

Malgré l’efficacité thérapeutique avérée des agents anti-angiogéniques et des agents anti-vasculaires (VDA), le mécanisme d’action précis des stratégies ciblant les vaisseaux sanguins tumoraux, les raisons de leur efficacité ainsi que les mécanismes de résistance à ces drogues sont encore mal compris. Il est rapidement apparu essentiel d’identifier des biomarqueurs capables de refléter l’angiogénèse tumorale ou les effets sur la vascularisation tumorale de ces traitements. Compte tenu de leur importance dans des pathologies vasculaires, les cellules endothéliales matures circulantes (CEC) et les progéniteurs endothéliaux circulants (CEP) ont d’emblée été pressenties comme des candidats intéressants pour être des biomarqueurs de réponse aux stratégies ciblant la vascularisation tumorale. Nous avons exploré l’intérêt de ces cellules en tant que biomarqueurs de l’angiogénèse dans des tumeurs pédiatriques, et leur rôle en tant que biomarqueurs de traitement par des agents anti-angiogéniques chez des sujets adultes atteints de cancer. Ces travaux ont mis en lumière l’intérêt des CEP et ont été à la source d’un travail plus « mécanistique » où nous avons étudié dans différents modèles murins le rôle des CEC et CEP dans le mécanisme d’action des agents anti-vasculaires et plus particulièrement le rôle fonctionnel des CEP dans la résistance à ces molécules. Par des stratégies d’association d’agents anti-angiogéniques aux VDA destinées à inhiber les CEP, nous montrons l’augmentation de l’activité anti-tumorale des VDA et offrons un rationnel mécanistique pour optimiser les schémas thérapeutiques actuels des traitements anti-vasculaires. Nos données apportent des arguments en faveur du rôle potentiel de ces cellules en tant que biomarqueurs de l’angiogénèse, des traitements anti-angiogéniques et de la résistance aux traitements anti-vasculaires. / Despite their therapeutic impact and clinical benefit, the mecanisms of action of anti-angiogenic agents and vascular disrupting agents (VDA), the reasons for their efficacy as well as the mechanisms underlying resistance to these drugs are not fully understood. Thus, identifying surrogate biomarkers of tumor angiogenesis and of the effects of these new therapeutic agents targeting tumor blood vessels has become a crucial objective. Because of their importance in vascular diseases, mature circulating endothelial cells (CEC) and circulating endothelial progenitor cells (CEP) were suggested to be potential candidate biomarkers of disease response and relapse to vascular targeting strategies. We investigated the role of these cells as biomarkers of tumor angiogenesis in pediatric solid tumors, as well as biomarkers of response to anti-angiogenic therapies in adult cancer patients. By revealing the particularly important role of CEP, these initial studies led to a more “mechanistic” study in which the cellular and molecular effects of a VDA were evaluated with regard to CEC and CEP in different mouse models; in particular, the “catalytic” role of CEP was explored as a mechanism of resistance to VDA. By combining anti-angiogenic agents aimed to inhibit CEP mobilized by the VDA, we demonstrate an increase in the anti-tumor activity of the VDA and offer a mechanistic rational to optimize VDA-based therapeutic strategies. Our data support the role of CEC and CEP as biomarkers of angiogenesis, of anti-angiogenic strategies and of resistance to vascular-disrupting therapies.

Les cancers sont l’une des causes majeures de mortalité dans le monde. Les mécanismes en jeu dans la croissance tumorale sont qualitativement connus, mais on se sait pas à l’heure actuelle prédire précisément quel sera le développement d’une tumeur donnée, ni estimer de façon certaine le protocole thérapeutique optimal pour chaque patient. Il est entendu que la modélisation mathématique pourrait apporter des éléments de réponse à ces questions. Durant cette thèse on s'est alors intéressé à la construction de formalismes mathématiques pour décrire la croissance tumorale et l’action de traitement anti-cancéreux. En particulier, on s'est intéressé à la prise en compte des mécanismes aussi bien moléculaires que cellulaires et tissulaires, par la construction d’un modèle continu, multi-échelles, de croissance de tumeur solide et d’angiogenèse. A partir de ce modèle, nous a pu envisager de façon qualitative un protocole optimal de combinaison entre un anti-angiogénique et une chimiothérapie.Le modèle multi-échelles inclut une représentation mathématique des voies de signalisation du VEGF dont on détaille la construction.Dans une autre approche, on a considéré un modèle discret, cellule-centré, reproduisant le développement de sphéroïdes de cellules épithéliales mammaires telles qu’observées lorsque ces cellules sont cultivées in vitro. On a pu mettre en évidence les différents mécanismes cellulaires impliqués dans la morphogenèse de structures composées de cellules saines, et celles composées de cellules mutées.Ces contributions montrent l’intérêt du formalisme multi-échelles adopté pour intégrer les connaissances et données sous-jacentes à l’étude du traitement des tumeurs. / Cancer is one of the leading causes of death in Europe. The mechanisms involved in tumour growth are qualitatively known, but we are still unable to precisely predict how a given tumour will evolve, nor estimate with certainty the optimal therapeutic protocol for each patient.It is well understood that mathematical modelling could give part of the answer to these questions. That is why during this thesis we considered the building of mathematical formalisms to describe tumour growth and the action of anti-cancer treatments. In particular, we investigated the molecular to tissular mechanisms of cancer development and angiogenesis through the building of a continuous multi-scale model. We were able to reproduce the effect of anti- angiogenesis treatments on tumour growth, and qualitatively study an optimal therapeutic protocol of anti-angiogenic combined with cytotoxic drugs. This multi-scale model integrates a mathematical representation of the signalling pathways of VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor). We detail the development of this model which is based solely on information available in the literature and dedicated databases. In another approach, we considered a discrete, cell-based model to reproduce the development of spheroid structures of mammary epithelial cells. This model considers the behaviour of these cells when observed while grown in vitro in an appropriate medium. We were able to highlight the different mechanisms involved in the morphogenesis of wild and mutated cells structures.This work shows the importance of the multi-scale formalism we used to integrate the knowledge and data related to the study of cancer treatment.

La rétinopathie de la prématurité (ROP) est un trouble oculaire potentiellement aveuglant chez les nourrissons prématurés, qui est causé par la formation d'une néovascularisation rétinienne aberrante (NV). Des études récentes ont démontré que les cellules de Müller sont les principaux producteurs de cytokines inductrices d'inflammation et de facteurs de croissance dans des conditions pathologiques. Par ailleurs, le recrutement des macrophages est significativement augmenté au cours de la NV rétinienne, ce qui a un rôle proangiogénique dans la ROP. Par conséquent, nous avons émis l'hypothèse que les LMP inhibent la NV pathologique de la rétine en ciblant les cellules de Müller dans le modèle murin de rétinopathie induite par l'ischémie (OIR). Nous avons démontré que les microparticules lymphocytaires (LMP) dérivées de lymphocytes T CEM humains pendant l'apoptose possèdent une grande capacité angiostatique. Dans notre étude actuelle, nous avons étudié l'effet des LMP in vitro et in vivo. In vitro, l'influence des LMP sur les propriétés des cellules de Müller a été déterminée en utilisant des cellules de Müller de rat rMC-1 et des macrophages murins RAW 264.7. Les résultats ont révélé que les LMP étaient internalisées par rMC-1 et réduisaient la prolifération cellulaire de rMC-1 en fonction de la dose, sans induire l'apoptose cellulaire. Les LMP ont inhibé la capacité chimiotactique de rMC-1 sur RAW 264.7, ainsi que l'expression des chimiokines (VEGF et SDF-1) dans rMC-1. In vivo, l'injection intra-vitréenne de LMP a été internalisée par les cellules de Müller. Les LMP ont atténué la NV aberrante de la rétine et l'infiltration des macrophages en partie par l'expression réduite des chimiokines (VEGF et SDF-1). De plus, les LMP régulent la baisse d'expression de ERK1 / 2 et HIF-1α dans les cellules Müller. Nos résultats actuels élargissent notre compréhension des effets des LMP, fournissant des évidences que les LMPs sont un traitement potentiel pour les maladies rétiniennes en lien avec la NV. / Retinopathy of prematurity (ROP) is a potentially blinding ocular disorder in premature infants. It is caused by the formation of aberrant retinal neovascularization (NV). Recent studies have demonstrated that Müller cells are the primary producers of inflammation-inducing cytokines and growth factors in pathological conditions. Additionally, the recruitment of macrophages is significantly increased during retinal NV, which exerts a proangiogenic role in ROP. Lymphocytic microparticles (LMPs) are small membrane-wrapped vesicles released from human CEM T lymphocytes, which is a cell line of acute lymphoblastic leukemia. In our previous studies, we demonstrated that LMPs derived from apoptosis-induced human CEM T lymphocytes possess potent angiostatic capacities. Therefore, we hypothesized that LMPs inhibit pathological retinal NV via targeting Müller cells in an ischemia-induced retinopathy mouse model. In this study, we investigated the effect of LMPs both in vitro and in vivo. In vitro, we determined the influence of LMPs on Müller cell properties using rat Müller cells rMC-1 and murine macrophages RAW 264.7. The results revealed that LMPs were internalized and reduced cell proliferation of rMC-1 dose-dependently without inducing cell apoptosis. LMPs also inhibited the chemotactic capacity of rMC-1 on RAW 264.7, as well as the expression of the chemokines (VEGF and SDF-1) in rMC-1. In vivo, we intravitreally injected LMPs and found that LMPs was internalized by Müller cells. LMPs attenuated aberrant retinal NV and the infiltration of macrophages. LMPs also downregulated the expression of angiogenic factors/chemokines (VEGF and SDF-1) in Müller cells. Furthermore, LMPs downregulated the expression of ERK1/2 and HIF-1α in Müller cells. These findings expand our understanding of the effects of LMPs, providing evidence that LMPs are a potential treatment for retinal NV diseases.

Les malformations artério-­‐veineuses cérébrales (MAVc) sont des pathologies vasculaires agressives présentant un risque hémorragique lourd de conséquence en terme de morbi-­‐mortalité. Les outils d’imagerie disponibles actuellement ne permettent de comprendre que difficilement leur angio-­‐ architecture. Nous avons développé dans notre travail deux outils d’imagerie permettant d’affiner la compréhension de l’anatomie des ces malformations : un algorithme de segmentation semi-­‐automatisé et un algorithme d’anamorphose sphérique convexe. Ces algorithmes ont été élaborés pour être utilisés sur les acquisitions d’angiographie rotationnelle 3D ; ils permettent de mieux visualiser la veine de drainage principale des MAVc, notamment d’identifier une sténose ou une ectasie focale sur cette veine, et également de déceler de façon plus fiable la présence d’un anévrysme intra-­‐nidal. Ces améliorations dans l’analyse de l’angio-­‐architecture des MAVc permettront vraisemblablement de réduire le risque thérapeutique pour ces malformations. En vue de tester le potentiel des agents anti-­‐angiogéniques pour le traitement des MAVc, nous avons élaboré un modèle porcin simplifié de MAVc consistant en une occlusion unilatérale d’artère carotide primitive par voie endovasculaire. La comparaison entre le volume de rete mirabile à J0 et à 3 mois et les valeurs obtenues pour un groupe témoin a montré une augmentation significative du volume du rete mirabile chez les porcs ayant eu l’occlusion carotidienne. D’autre part, une tendance nette à l’augmentation des taux de VEGF (vascular endothelial growth factor) à proximité du rete mirabile était observée dans le groupe occlusion. Enfin, des modifications anatomopathologiques proches de celles des MAVc humaines étaient visualisées sur les pièces autopsiques des rete mirabile dans le groupe occlusion. / Brain arteriovenous malformations (bAVMs) are aggressive vascular malformations presenting a haemorrhagic complication risk that may lead to severe consequences in terms of morbi-­‐mortality. Available imaging tools poorly help in understanding their angio-­‐architecture. We have developed two imaging tools improving our understanding of the anatomy of these malformations: a semi-­‐automated segmentation algorithm and a convex spherical anamorphosis algorithm. These algorithms have been elaborated for use on 3D rotational angiography acquisitions; they provide a better visualisation of the bAVMs’ main draining vein, especially for venous stenosis or for focal ectasia. They also help in depicting accurately intranidal aneurysms. These improvements in the analysis of the bAVMs’ angioarchitecure may help in reducing the therapeutic risk for these malformations. For a further testing of the potential of anti-­‐angiogenic agents for the treatment of bAVMs, we have elaborated a simplified swine AVM model consisting in the occlusion of a common carotid artery by endovascular means. The comparison between the volume of the rete mirabile at D0 and 3 months and those measured in a control group showed a significant increasing of the retia in the occlusion group. Moreover, a tendency was observed concerning an increase in VEGF (vascular endothelial growth factor) serum levels close to the rete mirabile in the occlusion group. Finally, pathological changes close to those seen in human bAVMs were observed on autopsy samples in the occlusion group.