Mémoire du D.E.S. : Pharmacie hospitalière et des collectivités : Nantes : 2007. Thèse d'exercice : Pharmacie : Nantes : 2007. / Bibliogr.

Thèse de doctorat : Physico-chimie : Paris 12 : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre.

Abstract: Concomitant chemoradiation therapy based on platinum chemotherapeutic drugs (Pt-drugs) is a common treatment modality for several types of cancers and has dramatically improved patient survival. The radiosensitization capacity of Pt-drugs results essentially from their binding to nuclear DNA. Although several mechanisms such as increase in the radiation damage to DNA and inhibition of their repair have been proposed, the contribution and efficiency of the underlying molecular mechanisms of the radiosensitization remain unknown. This PhD thesis determines the relative efficiency of Pt-drugs, in terms of the type of drug and the quantity of Pt-DNA adducts, in the sensitization of DNA to the direct and indirect effects of ionizing radiations, and elucidates the major mechanism responsible for this radiosensitization. In particular, it addresses the role of low-energy electrons (LEEs), hydroxyl radicals and hydrated electrons in the radiosensitization of DNA modified by Pt-drugs. This thesis includes a review of the literature on the molecular basis of radiotherapy, Pt-based chemotherapy, and their combination in cancer treatment. Five articles, on which I am first author, are presented, and followed by a comprehensive discussion that integrates all results and their implications in the clinic and future research. With respect to the direct effect of radiation, LEEs are found to be the main species responsible for the enhancement in DNA damage, particularly cluster damage including DSB and interduplex cross-links. Irradiation of a 3199-bp plasmid DNA modified by an average of 2 Pt-drug adducts with 10-eV electrons results in significant increases in DSB formation by factors of 3.1, 2.5 and 2.4, respectively, for carboplatin, cisplatin and oxaliplatin relative to unmodified DNA. Irradiation of these samples with subexcitation-energy electrons (i.e., 0.5 eV) generates substantial number of DSB in the modified DNA, while no DSB is observed in the unmodified DNA. Since 0.5 eV is well below that energy required for the electronic excitation of organic molecules, dissociative electron attachment must be the main mechanism responsible for the formation of strand breaks in the presence of Pt-adducts. For indirect effects of radiation, our results show that both hydroxyl radicals and hydrated electrons are responsible for the enhanced formation of damage in modified DNA. In the presence of Pt-adducts, hydroxyl radicals mainly contribute to the SSB formation, while hydrated electrons are the main species responsible for the DSB formation. Our results indicate that carboplatin and oxaliplatin have higher efficiency than cisplatin in the enhancement of radiation damage to DNA. At low frquencies of Pt-DNA adducts (i.e., less than 3.1x10-4 adducts per nucleotide), radiosensitization of DNA, in terms of the damage per adduct, increases by an order of magnitude compared with that at large frquencies of adducts. In conclusion, Pt-drug modification is an extremely efficient means of enhancing the formation of DNA DSBs by both LEEs and hydrated electrons created by ionizing radiation.//Résumé: La radiochimiothérapie concomitante, basée sur les médicaments antinéoplasiques platinés (Pt-antinéoplasiquesm), est une modalité de traitement utilisé contre plusieurs types de cancers et a considérablement amélioré la survie des patients. Parmi ces médicaments anticancéreux, les analogues de platine sont les plus couramment utilisés. Leur capacité à radiosensibiliser résulte essentiellement de leur liaison à l'ADN nucléaire. Bien que plusieurs mécanismes aient été proposés telles que l'augmentation des dommages induits à l'ADN et l'inhibition de leur réparation, la contribution et l’efficacité des mécanismes moléculaires sous-jacents à la radiosensibilisation restent inconnus. La présente étude examine l'efficacité Pt-antinéoplasiques à sensibiliser l'ADN aux rayonnements ionisants et détermine le rôle des électrons secondaires, des radicaux d'hydroxyles et des électrons hydratés dans ce processus. Cette thèse comprend un revue des données scientifiques concernant la base moléculaire de la radiothérapie, de la chimiothérapie Pt-antinéoplasiques et de leur combinaison dans le traitement de cancer. Cinq articles, donc je suis premier auteur, sont présentés suivis d'une discussion qui intègre mes résultats et leurs implications dans la clinique et la recherche future. En ce qui concerne l'effet direct des radiations, les électrons de faible énergie s'avèrent être la principale espèce responsable de l’augmentation des dommages à l’ADN, en particulier les dommages multiples localisés, les CDBs et les pontages inter-brin. L'irradiation de plasmides de 3199 paires de bases, contenant en moyenne deux adduits Pt-ADN, avec des électrons de 10 eV conduit à une augmentation significative des CDBs par des facteurs de 3.1, 2.5 et 2.4, respectivement, pour le carboplatine, le cisplatine et l'oxaliplatine par rapport à l’irradiation des plasmides non modifiés. L'irradiation avec des électrons de 0.5 eV genère un nombre substantiel de CDBs dans les plasmides modifiés, alors qu'aucune CDB n'est observée dans les plasmides non modifiés. Puisque 0.5 eV est une énergie bien inférieure à celle nécessaire à l'excitation électronique des molécules organiques, l'attachement dissociatif de l’électron doit être le principal mécanisme responsable de la formation de cassures en présence de Pt-antinéoplasiques. Pour les effets indirects des rayonnements, nos résultats montrent que les radicaux hydroxyles et les électrons hydratés sont, tous les deux, responsables de la formation accrue des dommages dans l'ADN modifié. En présence d'adduits Pt-ADN, les radicaux hydroxyles contribuent principalement à la formation de cassures simple brin, tandis que les électrons hydratés sont les principales espèces responsables de la formation de CDBs. Nos résultats indiquent que le carboplatine et l'oxaliplatine sont plus efficaces que le cisplatine pour augmenter les dommages à l'ADN. À faible concentration de Pt-ADN (soit moins de 3.1x10[indice supérieur -4] adduit par nucléotide), la radiosensibilisation de l'ADN, en termes de dommages par adduit, est d'un ordre de grandeur supérieure à celle aux concentrations élevées. En conclusion, l’ajout de Pt-antinéoplasiques est un moyen extrêmement efficace d'augmenter la formation de CDBs dans l’ADN par l’intermédiaire des électrons de faible énergie et des électrons hydratés produits par les rayonnements ionisants. [symboles non conformes]

Le protocole TICE (Taxol, Ifosfamide, Carboplatine et Etoposide) représente le traitement standard du cancer germinal réfractaire en première ligne ou en rechute de mauvais pronostic. Une étude de phase II a été réalisée consistant en une adaptation de posologie du carboplatine (utilisé à haute dose) basée sur un suivi thérapeutique pharmacologique (TDM) de ses concentrations ultrafiltrables (UF) alors que les pratiques habituelles se limitent à des doses calculées à partir d'une valeur cible de l'aire sous la courbe (AUC) des concentrations UF et la clairance UF prédite du patient. Les analyses pharmacocinétiques effectuées dans le cadre de cette thèse ont permis de démontrer la faisabilité du TDM ainsi que sa performance dans la maîtrise de l'AUC du carboplatine utilisé dans le protocole TICE. Cependant, la réalisation de cette pratique est limitée, dans certains hôpitaux, par les contraintes matérielles et humaines liées à l'obtention des concentrations UF par l'ultrafiltration des prélèvements plasmatiques. Une méthodologie a donc été développée et validée pour permettre la réalisation du TDM à partir des concentrations plasmatiques totales. Par ailleurs, l'étude pharmacocinétique réalisée pour l'étoposide, médicament associé au carboplatine dans la phase d'intensification de ce protocole, indique que le calcul actuel de la dose en fonction de la surface corporelle s'accompagne d'une variabilité interindividuelle limitée de l'exposition et qu'il n'y a pas lieu de pratiquer un TDM pour ce médicament. Enfin, l'implication de différents facteurs génétiques correspondant, d'une part, à la toxicité auditive du carboplatine et, d'autre part, à la pharmacologie de l'étoposide a été aussi évaluée. En conclusion, ces travaux permettront d'améliorer la prise en charge des patients traités par ce protocole à haute dose de carboplatine et étoposide et, au-delà de cette indication thérapeutique, notre connaissance de ces deux médicaments cytotoxiques importants. / The TI-CE protocol ((Taxol, Ifosfamide, Carboplatin and Etoposide) is the standard treatment of germ cell tumor refractory to first-line chemotherapy or relapsed germ cell tumor having unfavorable prognostic features. A phase II study was conducted and consisted in adapting the dose of (high dose) carboplatin using therapeutic drug monitoring (TDM) of unbound concentrations instead of the usual method of dose individualization based on a target area under the curve (AUC) of unbound concentrations and predicted unbound clearance. Pharmacokinetic analyses carried out in the context of this thesis have demonstrated the feasibility of conducting the TDM as well as its performance in terms of controlling the variability of AUC of carboplatin in the TI-CE protocol. However, the use of this practice is limited, in some hospitals, by material and human constraints related to the ultrafiltration of plasma samples to obtain unbound concentrations. A method was developed and validated to enable the use of total plasma concentrations for the TDM instead of unbound concentrations. Furthermore, the pharmacokinetic study of etoposide, used in combination with carboplatin during the dose intensification phase of the protocol, showed that the usual dose calculation method based on body surface area is associated with a low interindividual variability of exposure and that TDM is, therefore, not necessary for this drug. Finally, the role of different genetic factors in the ototoxicity of carboplatin and in the pharmacology of etoposide was also assessed. In conclusion, these analyses help to improve the level of care of patients treated with this protocol of high dose carboplatin and etoposide as well as our current knowledge of these two important cytotoxic drugs.

Une des stratégies pour limiter les neutropénies induites par la chimiothérapie est l’utilisation de granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF). Nous avons développé, par une approche de population, un nouveau modèle pharmacocinétique/pharmacodynamique capable de décrire la cinétique des neutrophiles des patients traités au carboplatine, qu’ils aient ou non reçu du G-CSF. Les simulations réalisées à partir de ce modèle ont montré que le G-CSF n’était pas bénéfique chez tous les patients et que la formulation à action longue semblerait plus efficace que les autres formulations. Nous avons également établi des règles de décision permettant d’une part de prédire le risque de neutropénie sévère, et d’autre part d’identifier précocement les patients pour lesquels le G-CSF peut avoir un effet bénéfique. / Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) is often used in cancer patients receiving cytotoxic drugs to prevent or reduce high grade neutropenia. We developed a new population pharmacokinetic/pharmacodynamic model to describe neutrophil time-course in carboplatin-treated patients, whether or not they received G-CSF. Model simulations showed that G-CSF was not as beneficial as expected in some patients and that the onceper- cycle formulation was more efficient than other formulations. Model-based decision rules were also built to anticipate prolonged high grade neutropenia and early identify patients for whom G-CSF was beneficial.

Malgré les progrès réalisées en matière de traitement et de diagnostic, le cancer du poumon demeure le plus répandu et le plus mortel dans le monde. La chimiothérapie conventionnelle, associant un composé de platine (cisplatine ou carboplatine) à un autre agent antinéoplasique est utilisée à quasiment tous les stades. Comme celle-ci est administrée par voie intraveineuse (IV), elle entraîne des effets secondaires systémiques importants dont certains sont dose- limitant (DLT) comme la néphrotoxicité pour le cisplatine ou la myélotoxicité pour le doublet carboplatine-paclitaxel. Par conséquent, ces agents sont administrés selon des cycles bien espacés pendant lesquels les tissus se rétablissent, et ce incluant la tumeur ;conduisant à une repopulation tumorale. En effet, une corrélation significative a été établie entre la concentration de platine dans les tumeurs pulmonaires et l’efficacité du traitement. Le but de ce travail était d’évaluer le potentiel de combiner une poudre sèche pour inhalation (CIS-DPI-50) avec le traitement de chimiothérapie IV, afin d’exposer la tumeur à l’agent cytotoxique de manière continue.La première partie de ce travail a permis de développer le CIS-DPI-50. Afin d’éviter qu’une haute concentration en cisplatine ne soit complètement solubilisée une fois dans les poumons, et afin d’assurer une exposition suffisante, il était essentiel de développer des formulations à libération contrôlée et à rétention pulmonaire suffisante. Ceci consistait en l’optimisation d’une formulation à base de microparticules lipidiques solides (CIS-DPI-TS) préalablement développée par Levet et al. Cette formulation a été reproduite afin d’évaluer son efficacité chez des souris greffées avec le modèle M109-HiFR (0.5 mg/kg, trois fois par cycle pendant deux cycles) et a démontré une survie similaire au CIS-IV (1.5 mg/kg, une fois par cycle pendant deux cycles). Cela a été effectué en (i) utilisant des excipients de grade pharmaceutique, reconnus comme sûrs (GRAS) (49,5 % (w/w) d’HCO et 0,5 % (w/w) de TPGS) selon un processus facilement transposable, et (ii) en augmentant la libération initiale afin d’améliorer la réponse antitumorale. Le CIS-DPI-50 a montré une performance aérodynamique prometteuse à des débits d’air différents (100 et 40 L/min) avec une fraction de particules fines par rapport à la dose délivrée (FPF_d) de 86 ± 1 % et de 74 ± 1 %, respectivement. La reproductibilité du procédé a été démontrée sur 3 lots différents et la stabilité maintenue pendant les 6 mois de stockage avec une FPF_d variant de 81,0 ± 0,6 % au T0 à 81 ± 2 % après 6 mois. Ceci était lié à (i) la stabilisation de la forme β de HCO et de l’état cristallin du cisplatine, et (ii) à la faible teneur en solvant résiduel (< 0,2 % w/w). De plus, cette formulation était caractérisée par une libération initiale plus marquée qu’avec CIS-DPI-TS ainsi que par des propriétés de libération contrôlée in vitro puisque 48 ± 2% ont été dissous en 2 h, vs. 35 ± 11 % pour CIS-DPI-TS et 76 ± 5 % pour les microcristaux de cisplatine non enrobés. Cela a été confirmé in vivo et a prouvé que le changement vers HCO a diminué le Tmax dans le sang de 120 min pour CIS-DPI- TS à 1 min pour le CIS-DPI-50. De plus, la rétention pulmonaire a été maintenue pendant 4 heures avec une aire sous la courbe (AUC) dans les poumons de 4 611 ± 932 ng.min.mg1 vs. 6 072 ng.min.mg-1 pour CIS-DPI-TS. Par conséquent, cette formulation a été choisie pour la suite des investigations.La deuxième partie de ce travail visait tout d’abord à évaluer la biodistribution après l’administration de CIS-DPI-50 à 0.5 mg/kg chez des souris greffées avec le modèle LLC1- Luc. Suite à cette administration, une exposition plus soutenue et dix fois plus élevée a été retrouvée dans les tumeurs par rapport au tissu sain (AUC0-∞ de 10 683 ± 5 826 ng.min.mg-1, vs. 1 071 ± 825 ng.min.mg-1, respectivement). Le deuxième objectif était de sélectionner le schéma d’administration du CIS-DPI-50 le plus adapté à sa combinaison avec la chimiothérapie IV. Le CIS-DPI-50 a été administrée 5 fois par cycle pendant deux cycles à 0,3, 0,5 et 1 mg/kg, ou à 0,5 mg/kg 3 fois par cycle pendant deux cycles. Après le premier cycle de traitement, aucune différence en termes de concentrations en platine n’a été observée dans les tumeurs ou dans les organes sains entre les groupes traités de manière répétée et ceux administrés une seule fois. Cependant, un cycle plus tard, toutes les concentrations en platine ont augmenté dans les organes sains et diminué dans les tumeurs. Ceci était lié à une augmentation de la taille tumorale d’un facteur de 23 entre les deux cycles (533 ± 23 mg vs. 23 ± 3 mg), ainsi qu’à la dégradation de l’état général des animaux. De plus, aucun des schémas n’a démontré une toxicité pulmonaire ou une efficacité. Cette efficacité limitée était liée à la faible sensibilité du modèle LLC1-Luc au cisplatine. Par conséquent, les schémas caractérisés par la plus faible dose cumulée (0,5 mg/kg trois fois par cycle et 0,3 mg/kg cinq fois par cycle) ont été sélectionnés afin d’évaluer leur efficacité chez des souris greffées avec le modèle M109-HiFR-Luc2. Une réduction significative de la taille tumorale dans les groupes traités (p < 0,0001) par rapport au groupe non traité a été observée ;confirmant la réponse de ce modèle au cisplatine. Cependant, aucune différence en termes de croissance tumorale (tendances similaires), de proportion de répondeurs (33 % pour les deux groupes) ou de survie (31 jours pour les groupes traités vs. 23 jours pour le groupe non traité) n’a été rapportée entre ces deux groupes. Par conséquent, le schéma le moins fréquent a été choisi pour éviter une éventuelle accumulation de platine et une atteinte rénale aigue (AKI).La troisième partie de ce travail avait pour but d’étudier la tolérance pulmonaire et rénale du CIS-DPI-50, du CIS-IV et de leurs combinaisons. Les résultats de quantification des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-1β) dans le fluide de lavage bronchoalvéolaire (BALF) ont montré une meilleure tolérance pour le CIS-DPI-50 par rapport au CIS-IV. Les neutrophiles granulocytes (NT-GRA) ont augmenté proportionnellement à la dose pour tous les groupes traités avec le CIS-DPI-50. Ces augmentations étaient réversibles une semaine plus tard uniquement pour les monothérapies et le groupe combiné, dont les administrations ont été espacées de 24h. Compte tenu des résultats d’inflammation et de cytotoxicité, l’ajout de CIS- DPI-50 au CIS-IV à sa dose maximale tolérée (MTD) semblait avoir un plus grand impact que si CIS-DPI-50 était ajouté à une dose IV réduite de 25%. Les résultats de quantification des biomarqueurs AKI plasmatiques (NGAL, cystatine C et créatinine) ont augmentés lorsque les deux monothérapies ont été administrées à leur DMT le même jour ou 24 heures plus tard. Par conséquent, la MTD du CIS-IV devait être réduite de 25% et les administrations séparées de 24h pour préserver la tolérance. L’efficacité de ce schéma a été évaluée sur des souris greffées avec le modèle M109-HiFR-Luc2 en combinant le CIS-DPI-50 au doublet IV cisplatine- paclitaxel. Malgré le fait que ces résultats n’étaient pas significativement différents, des tendances intéressantes en termes de réduction de la croissance tumorale, de survie (31 jours pour le groupe combiné vs. 26 pour le doublet IV, vs. 21 jours pour le groupe non traité) et de proportion de répondeurs (67 % pour le groupe combiné, vs. 50 % pour le doublet IV) ont été observés pour le groupe combiné.Comme les différentes adaptations ont probablement pu entraver le potentiel des combinaisons, il était intéressant d’étudier l’association de CIS-DPI-50 avec un doublet moins néphrotoxique (carboplatine-paclitaxel), et qui nécessiterait éventuellement moins d’ajustements. Compte tenu de la DLT du carboplatine et du paclitaxel, l’évaluation de la myélotoxicité était incluse dans cette étude. Les résultats ont montré que l’ajout de CIS-DPI-50 au doublet carboplatine- paclitaxel IV le même jour à leur MTD ont induit une augmentation du nombre de globules blancs et de cellules totales dans le BALF, une proportion plus élevée de NT-GRA dans le BALF et une anémie régénérative plus précoce qu’avec le doublet IV. Ces effets étaient réversibles. La stratégie de réduction de la dose IV de 25 % et la séparation des administrations par 24h ont permis d’éviter le développement d’une anémie régénérative et/ou l’augmentation de globules blancs ou du nombre de cellules totales dans le BALF par rapport aux doublets IV. De plus, toutes les combinaisons ont induit une cytotoxicité non réversible tout en étant mieux tolérées que celles avec le CIS-IV. Leurs efficacités devraient donc être testées sur des modèles de cancer pulmonaire murin seuls ou en combinaison avec l’immunothérapie (inhibiteurs de checkpoint).Ce travail a démontré la faisabilité de combiner une modalité de traitement locorégionale avec les traitements de chimiothérapie conventionnelle par voie IV à base de cisplatine et de carboplatine contre les tumeurs pulmonaires. Ceci a été effectué en optimisant les combinaisons afin d’éviter des toxicités pulmonaire, rénale et hématologique (pour la chimiothérapie à base de carboplatine) tout en démontrant une tendance vers une efficacité (pour le doublet cisplatine- paclitaxel) dans un modèle préclinique agressif. Par conséquent, ces résultats ouvrent la voie à plusieurs autres possibilités de combinaisons (traitements localisés et inhibiteurs de checkpoint) qui doivent être investiguées afin de sélectionner les indications pour lesquelles ce traitement serait le plus efficace. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cancer du sein triple négatif (CSTN) est un sous-type de cancer du sein très agressif et dépourvu de surexpression des récepteurs hormonaux et de HER2. Les tumeurs mutantes BRCA1 et BRCA2 constituent 15 à 20% des CSTN et récemment un groupe d’agent thérapeutique ciblé prometteur a vu le jour pour ce type de cancers. En effet, les inhibiteurs de PARP (PARPi) ont démontré une amélioration de la survie sans maladie à distance chez les patientes atteintes d'un cancer du sein précoce avec mutation BRCA1/2 HER2 négatif, suggérant que les PARPis peuvent éliminer la maladie micrométastatique. Cependant, des réponses plus durables seront probablement obtenues si les PARPis sont utilisés en combinaison, comme avec un autre agent endommageant l'ADN tout comme le carboplatine. De plus, il est plausible que l'efficacité puisse être améliorée et la toxicité diminuée si un PARPi puissant comme le talazoparib est administré en utilisant une approche séquentielle. Ici, nous avons évalué l'impact des stratégies de dosage concomitantes et séquentielles dans des lignées cellulaires du CSTN et trois modèles de souris de xénogreffe orthotopique. Alors que la combinaison simultanée ou séquentielle ont inhibé les volumes tumoraux primaires de la même manière, la combinaison séquentielle a diminué la migration, l'invasion, les métastases à distance et a été associée à moins de toxicité. Par conséquent, ces combinaisons du talazoparib et du carboplatine devraient être considérées dans les futurs essais cliniques comme une approche efficace pour inhiber la maladie micrométastatique et potentiellement diminuer l'utilisation de la chimiothérapie chez ces patients. / The triple-negative breast cancer (TNBC) is a very aggressive breast cancer subtype that lacks overexpression of hormone receptors and HER2. BRCA1 and BRCA2 mutant tumors constitute 15-20% of TNBC and recently, a family of promising targeted therapeutic agents has emerged for this type of cancer. Indeed, PARP inhibitors (PARPi) have been shown to improve distant disease-free survival in patients with HER2-negative BRCA1/2 mutation early breast cancer, suggesting that PARPis can eliminate micrometastatic disease. However, durable responses are likely to be obtained if PARPis are used in combination, such as with another DNA damaging agent like carboplatin. Additionally, it is plausible that efficacy may be enhanced and toxicity decreased if a potent PARPi such as talazoparib is administered using a sequential approach. Here, we evaluated the impact of the concomitant and sequential dosing strategies in TNBC cell lines and three orthotopic xenograft mouse models. While the simultaneous or sequential combination inhibited primary tumor volumes to a similar extent, the sequential combination decreased migration, invasion, distant metastasis, and was associated with less toxicity. Therefore, the sequential combination of talazoparib and carboplatin should be considered in future clinical trials as an effective approach to inhibit micrometastatic disease and potentially decrease the use of chemotherapy in these patients.