Le statut ganglionnaire a la valeur pronostique la plus importante chez les patientes atteintes d'un cancer du sein, le taux de survie étant corrélé au nombre de ganglions envahis. Dans le traitement des cancers du sein opérables d'une taille inférieure à 3 cm, la technique du ganglion sentinelle (GS) remplace le curage ganglionnaire de stadification. Toutefois, cette technique nécessite l'emploi simultané de radioisotopes et de colorants physiologiques présentant divers effets secondaires. Ainsi, notre stratégie a été de tester, sur modèle pré-clinique de nouveaux traceurs fluorescents, les Quantum Dots (QDs), pour la technique du GS. Une étude sur la détection in vivo du ganglion axillaire (GA) par spectrofluorimétrie fibrée après injection sous-cutanée (s.c.) de QDs émettant dans le rouge a été réalisée et leur quantification ex vivo a été effectuée par spectrofluorimétrie jusqu'à 24 h. Ce travail a montré l'accumulation rapide et sélective des QDs dans le GA chez la souris. Une étude sur la localisation in vivo de 2 ganglions régionaux par imagerie de fluorescence a été réalisée suite à l'administration s.c. de QDs émettant dans le proche infrarouge (PIR) ainsi qu'une étude de biodistribution ex vivo par spectrométrie de masse (ICP-MS). Les résultats obtenus ont montré que l'imagerie de fluorescence pouvait être utilisée après injection de QDs pour localiser et suivre leur accumulation dans les ganglions superficiels chez la souris saine. Pour se rapprocher de la clinique, le repérage in vivo du GS axillaire a été investi sur modèle tumoral murin de cancer du sein par imagerie de fluorescence après administration s.c. de QDs émettant dans le PIR. Deux techniques de détection des métastases ganglionnaires ont été utilisées puis comparées : l'histologie conventionnelle et la RT-PCR. Tous les GS axillaires ont été détectés in vivo par imagerie, sauf un GS qui était complètement envahi par les cellules tumorales et la meilleure incidence de métastases ganglionnaire a été observée avec la RT-PCR. Ainsi, les QDs pourraient être utilisés comme substitut des marqueurs actuellement employés dans la technique du GS pour les cancers du sein.

La formation de métastases est un processus comportant de multiples étapes, présentées par le paradigme actuel comme devant être franchies séquentiellement par une (des) cellule(s) possédant l'ensemble des capacités génétiques et phénotypiques requises par ce processus sélectif. Les déterminants génétiques responsables de l'acquisition du phénotype métastatique restent cependant incomplètement déterminés à ce jour. Une première approche, dans un modèle in vivo de cancer colo-rectal humain, démontre qu'il existe une coopération entre cellules tumorales métastatiques et non métastatiques. Nous rapportons l'existence d'une colonisation spécifique des métastases (établies par des cellules caractérisées par leur potentiel métastatique) par des cellules tumorales incapables de métastaser seules. Cette colonisation des métastases n'est pas due à l'existence d'embols tumoraux mixtes (qui seraient faits de cellules métastatiques et non métastatiques), ni à l'induction d'un switch métastatique pérenne au sein des cellules tumorales non métastatiques. Cette observation remet fortement en cause le modèle actuel selon lequel les métastases ne seraient formées que par un sous-clone précis de la tumeur primitive et introduit la notion nouvelle de coopération intercellulaire. Une deuxième approche conerne les cellules tumorales disséminées (DTC) dans la moelle hématopoiétique (micrométastases médullaires) dans une cohorte de plus de 800 patientes présentant un cancer du sein. L'existence des DTC, génétiquement hétérogènes et ne donnant pas obligatoirement lieu à une croissance tumorale secondaire, reste en effet inexpliquée par la théorie prévalente de la « sélection clonale ». En situation adjuvante (n=621), nous rapportons que les DTC ont un impact pronostique fort et indépendant sur la survie sans métastase et la survie globale, mais aussi sur la survie sans récidive loco-régionale. Une analyse complémentaire des récidives loco-régionales suggère que l'existence de DTC est associée à une dissémination ganglionnaire nécessitant un traitement par radiothérapie étendu aux aires ganglionnaires susclaviculaires et mammaires internes. En situation métastatique (n=138), nous montrons que les DTC n'ont plus d'impact pronostique, au contraire des cellules tumorales circulantes. Nous rapportons par ailleurs que l'existence de ces cellules disséminées (et potentiellement dormantes) sont associées à un temps jusqu'à la rechute métastatique plus long, suggérant l'existence d'un processus alternatif à la dissémination/dormance, potentiellement plus rapide. Nos travaux montrent donc les limites de la théorie de la sélection clonale et suggérent l'existence d'une coopération intercellulaire ainsi que de possibles voies alternatives de dissémination micrométastique. Les progrès futurs nécessiteront probablement l'analyse intégrée des différentes étapes du processus métastatique qui sont devenues récemment accessibles : tumeur primitive, cellules tumorales circulantes, DTC et macrométastases finales.

Cette thèse se propose d'explorer de nouvelles méthodes morphologiques permettant d'extraire les caractéristiques des régions qui composent une image. Ces méthodes sont en- suite destinées à être appliquées au problème de la segmentation d'image. Nous présentons tout d'abord deux approches classiques du problème de l'extraction de caractéristiques : celles basées sur les granulométries (opérations de tamisage) et celles basées sur l' étude des extrema des images numériques, en consacrant une attention particulière à la notion de dynamique. La dynamique value les extrema d'une image selon le contraste des régions qu'ils marquent ; nous montrons qu'elle équivaut à une opération de tamisage en contraste et que son principe rejoint celui des granulométries. Nous nous concentrons ensuite sur une généralisation du principe de la dynamique. Nous basons notre approche sur les opérateurs morphologiques connexes. Ces opérateurs ont pour spécificité d'agir sur les images en fusionnant leurs zones plates. Lorsqu'on ap- plique des opérateurs connexes de plus en plus sélectifs, des régions de l'image disparais- sent progressivement. Le niveau pour lequel une région disparaît caractérise la région au sens du critère du filtrage (en forme, en taille, en contraste, en volume...). Ceci nous conduit à introduire une nouvelle classe de transformations morphologiques, les fonctions d'extinction, qui valuent les extrema des images numériques selon les caractéristiques des régions qu'ils marquent. Une particularité importante des fonctions d'extinction, mise en évidence par l'algorithme de calcul efficace que nous proposons, est de fournir une descrip- tion hiérarchique des régions de l'image. Ceci se traduit, dans le calcul algorithmique, par la construction d'un arbre de fusion des extrema de l'image. Les fonctions d'extinction peuvent être utilisées pour sélectionner les régions perti- nentes d'une image et sont donc de grand intérêt dans les applications de filtrage et surtout de segmentation d'image (pour extraire les marqueurs des régions avant le cal- cul de la ligne de partage des eaux). Ce dernier point fait l'objet d'une étude appro- fondie. Nous donnons de nombreux exemples permettant d'illustrer leur intérêt pour la segmentation d'images complexes. Les résultats obtenus par cette méthode sont com- parés à ceux déduits de méthodes de marquage plus traditionnelles. L'apport le plus significatif des fonctions d'extinction pour la segmentation d'image est de systématiser et de simplifier considérablement la mise au point des algorithmes. Notamment, elles perme- ttent de mettre en oeuvre des processus rapides de segmentation hi érarchique interactive.

L'analyse d'image est une méthode utile pour la caractérisation objective des populations cellulaires tumorales dans les cancers du sein. La prise en compte d'un nombre plus important de ces cas analysés selon des protocoles et des méthodes standardises est nécessaire pour évaluer la signification pronostique des paramétrés nucléaires ou de la fréquence de certains types nucléaires.

La progression naturelle des tumeurs consiste en une extension locale, puis à distance (métastase) par migration de cellules dans le sang et la lymphe vers des sites secondaires. Il est donc primordial de pouvoir détecter des cellules tumorales circulantes en plus de l'analyse morphologique et de l'immunocytochimie. De plus, deux technologies (cytométrie en flux et RT-PCR quantitative en temps réel) sont adaptées pour une analyse automatisée, rapide et sensible d'une très faible quantité de cellules. Le but de notre travail a été de mettre au point des systèmes de détection pour l'identification de cellules cancéreuses dans les épanchements péritonéaux et dans le sang. L'étude des biomarqueurs moléculaires apparaît comme une approche complémentaire intéressante pour améliorer l'efficacité du diagnostic dans ce type d'échantillons biologiques. Nous nous sommes intéressés à la mise en évidence de nouveaux marqueurs tumoraux qui pourront être utilisés pour le diagnostic précoce et le pronostic des cancers en utilisant les nouvelles techniques de biologie moléculaire. Il est probable que l'utilisation de multiples marqueurs moléculaires puisse permettre d'évoquer plus particulièrement certains types de cancers. Nous avons pu mettre en place une technique de PCR quantitative en temps réel, nettement plus sensible que la cytologie classique, et nous avons appliqué cette technique à l'étude de marqueurs tumoraux dans les liquides d'épanchement, mais aussi dans le sang pour rechercher et doser l'ARN messager. Nos résultats montrent que la cytométrie en flux adaptée à des lignées cellulaires ne l'est pas pour des prélèvements cliniques. Par la PCR quantitative, il a été possible de quantifier le niveau d'expression des marqueurs tumoraux étudiés en utilisant des plasmides de référence qui ont été préparés pour chaque gène. Plusieurs marqueurs permettent de différencier des épanchements malins et des épanchements bénins, mais surtout les antigènes CLDN4 et Ep-CAM étaient significativement plus élevés (68% et 57%, respectivement) chez les patients avec épanchements malins. L'ARN messager circulant de la CLDN4 était détectable et significativement plus élevée dans les sérums de patients atteints de cancer du sein (64% p<0,05). Les résultats indiquent que l'utilisation d'une combinaison de marqueurs comportant laclaudine 4 est plus susceptible de détecter des cellules malignes et d'être utiles pour le suivi de patients

L'intérêt du programme de dépistage du cancer du sein par mammographie résulte de la balance entre la réduction de la mortalité et les effets indésirables du programme. L'objectif de ce travail était d'évaluer trois aspects du programme de dépistage dans le département de l'Isère. Nous avons utilisé une méthode Approximate Bayesian Computation pour estimer le surdiagnostic lié au dépistage par mammographie de cancers non évolutifs. Ils représentaient respectivement 1,5% (IC95% : 0,3% - 2,9%) et 28,0% (IC95% : 2,2% - 59,8%) des cancers invasifs et in situ diagnostiqués. Nous avons réalisé une revue de la littérature des méthodes d'estimation du surdiagnostic et montré sur des données simulées que les méthodes basées sur les taux d'incidence annuels étaient les moins sensibles aux biais. Par ailleurs, l'incidence des cancers de l'intervalle était inférieure lorsque les mammographies étaient réalisées avec deux clichés par sein au lieu d'un seul, aussi bien à 12 que à 24 mois. Enfin, l'exclusion du diagnostic de cancer après la réalisation d'une imagerie supplémentaire, d'une biopsie ou un suivi radiologique diminuait la participation lors de la prochaine invitation au dépistage organisé. En conclusion, l'intérêt du programme de dépistage du cancer du sein par mammographie n'est pas remis en cause avec 1,4 décès évité pour un cancer surdiagnostiqué (in situ ou invasif).

Initialement, la vision restreinte des MMPs en tant que de simples « destructeurs » de la matrice extracellulaire avait largement sous-estimé limportance et la diversité de leurs contributions aux différentes étapes de la progression tumorale et de la dissémination métastatique. Ces dernières années, les fonctions complexes des MMPs dans la progression tumorale ont été renforcées par la découverte de nombreux nouveaux substrats dégradés, clivés ou activés par les MMPs, incluant non seulement des composants de la matrice extracellulaire mais aussi des récepteurs, des molécules dadhésion et de nombreuses molécules potentiellement bioactives. La complexité et la diversité de laction des MMPs dans la progression tumorale fournissent certaines explications quant à « léchec thérapeutique » de linhibition des MMPs dans les études cliniques de cancers humains. Une compréhension complète et spécifique de la biologie de chaque MMP est néanmoins requise avant de les considérer à nouveau comme des cibles thérapeutiques contre le cancer ou dautres pathologies. Les travaux réalisés dans le cadre de ce doctorat ont contribué à la compréhension des mécanismes moléculaires impliquant la MT1-MMP dans la croissance et langiogenèse tumorale et ont identifié, pour la première fois, une implication de la MT4-MMP dans la croissance tumorale et la dissémination métastatique du cancer du sein. Malgré sa faible activité de dégradation de la matrice extracellulaire, cette protéase à lien glycosylphosphatidyl inositol pourrait promouvoir la progression tumorale en affectant la structure des vaisseaux sanguins intratumoraux.

Les quantités et flux infinitésimaux de biomolécules électroactives émises par une cellule unique isolée en boite de Pétri peuvent être mesurés en temps réel par une ultramicroélectrode placée au contact de la cellule sécrétrice. Le travail présenté dans ce manuscrit a pour but d'étendre cette méthodologie analytique d'utilisation des microélectrodes de carbone platiné à l'étude du lien entre stress oxydant et l'effet de substances anti-cancéreuses (FcdiOH, DP1 et Fc-OH-TAM) sur des cellules tumorales du sein. Le signal ampérométrique est collecté par une microélectrode de carbone platiné positionnée à une centaine de nanomètres au-dessus d'une cellule tumorale du sein et incubée en présence d'espèces anticancéreuses de type ferrocifènes. La libération in situ des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et de l'azote (RNS), i.e., H2O2, ONOO-, NO et NO2-, par ces cellules (MCF7 et MDA-MB-231) est analysée. Les études morphologiques montrent que les produits FcdiOH, DP1 et Fc-OH-TAM présentent un effet anti-prolifératif significatif. Le traitement avec Fc-diOH et surtout DP1 augmente significativement la production de ROS. Par contre, Fc (témoin) et Fc-OH-TAM n'ont pas ou très peu d'effet. Cela est assez surprenant pour Fc-OH-TAM, qui a l'effet anti-prolifératif le plus fort parmi les ferrocifènes testés. Fc-diOH et DP1, quant à eux, semblent induire une surproduction de NO° et/ou de NO2-, ainsi que du peroxyde d'hydrogène. Cette comparaison inédite entre études morphologiques et électrochimiques tend à montrer que les ferrocifènes agissent par deux voies qui sont complémentaires, soit via la formation de quinone méthide (Fc-OH-TAM), soit par réaction directe (DP1, Fc-diOH).

La tomographie optique cohérente (OCT) est maintenant une technique établie permettant de visualiser la morphologie interne de l'œil. L'objectif est maintenant d'atteindre des résultats similaires dans des tissus fortement diffusants. Une limite des études précédentes en OCT s'avère être sa faible résolution en comparaison des techniques d'histologie traditionnelle. La tomographie optique cohérente plein-champ (FFOCT), une variante de l'OCT également basée sur l'interférométrie en lumière faiblement cohérente, produit des images à l'échelle du micron sur un large champ de vue au moyen d'une simple camera et d'une lampe halogène. Dans ces travaux, un système FFOCT a été testé en conditions cliniques afin d'examiner de larges lésions mammaires, jusqu'à 1 cm², ainsi que des biopsies. Un ensemble de critères diagnostiques ont pu être identifiés pour différencier tissus bénins de malins, avec de premiers résultats encourageants; toutefois une amélioration du contraste endogène s'avère nécessaire. Une méthodologie exploitant les différences d'atténuation s'est montré limitée par une forte hétérogénéité des tissus sur une profondeur de quelques microns. En outre, la profondeur de pénétration de la technique a été améliorée au moyen d'un système opérant dans l'infrarouge et d'une huile de silicone en tant que liquide d'immersion. Finalement, l'imagerie tridimensionnelle in-vivo a pu être démontrée pendant les 4 jours de la métamorphose d'une Drosophile melanogaster. Le dispositif a pu suivre la croissance de chaque organe sur près de 80 µm avec une résolution isotrope à l'échelle du micron ouvrant ainsi des perspectives d'applications en biologie du développement.

Dans le cancer du sein non métastatique, l'approche néoadjuvante permet d'étudier les paramètres liés à la tumeur et/ou à l'hôte influençant l'efficacité des traitements. Les protéines de la famille MDR et plus particulièrement ABCB1 sont impliqués dans les mécanismes de résistance aux anthracyclines et taxanes. Les corrélations entre efficacité (réponse histologique), polymorphisme d'ABCB1 (patientes et tumeurs) et pharmacocinétique de la doxorubicine et du docétaxel ont été étudiées dans le cadre d'un essai thérapeutique. Dans cette étude, le polymorphisme de l'exon 26 d'ABCB1 (rs1045642) est le seul qui influence la pharmacocinétique du docétaxel et ceci uniquement chez les patientes non ménopausées. Les patientes porteuses du génotype CC (40%) ont une valeur moyenne de l'AUC du docétaxel statistiquement inférieure à celles porteuses des génotypes CT (45%) et TT (15%) (p<0.0001). Par ailleurs il a été constaté chez les patientes non ménopausées une corrélation statistiquement significative entre des taux d'AUC bas du docétaxel et le diplotype 2677GG-3435CC ainsi que l'haplotype 61AA-1236CC-2677GG-3435CC. Il n'a pas été trouvé de lien entre les différents polymorphismes d'ABCB1 et la pharmacocinétique de la doxorubicine. Il existe par ailleurs une relation négative entre l'AUC du docétaxel et l'obtention d'une réponse complète histologique. Il semble exister donc une valeur minimale d'AUC du docétaxel afin d'obtenir une réponse. Par ailleurs, nous avons retrouvé un lien entre réponse tumorale et le polymorphisme d'ABCB1 (génotype C3435T, TT vs CT et CC)