La dérégulation du métabolisme des cellules tumorales est un hallmark du cancer clairement établi. Pour assurer leur taux de proliferation élevé, les cellules cancéreuses adaptent leur métabolisme, ce qui leur permet de répondre à leurs nouveaux besoins énergétiques. Dans ce contexte, les cellules tumorales présentent des besoins en fer augmentés ainsi que de multiples perturbations du métabolisme du fer, ce qui les rend plus sensibles à la privation en fer. Cette vulnérabilité pourrait ainsi faire l’objet d’un ciblage thérapeutique. Dans les cancers du sein, de nouvelles approches thérapeutiques sont très attendues en particulier pour les cancers triple-négatifs qui développent fréquemment des résistances à la chimiothérapie et qui souffrent d'un manque de cibles thérapeutiques spécifiques. L’activité antitumorale des chélateurs de fer tels que le déférasirox (DFX) évalués en monothérapie a déjà été démontrée dans différents types de cancers mais ne semble pas être suffisamment efficace pour éradiquer les tumeurs. Dans cette étude, nous avons démontré que le DFX agit en synergie avec des molécules de chimiothérapies conventionnelles telles que la doxorubicine, le cisplatine et le carboplatine pour inhiber la prolifération cellulaire et induire l’apoptose et l’autophagie de lignées cellulaires mammaires de sous-type triple-négatif. De plus, la combinaison du DFX avec la doxorubicine et le cyclophosphamide permet de retarder voire d’éviter les récidives dans des xénogreffes de tumeurs mammaires triple-négatives (PDX) sans augmenter les effets secondaires de la chimiothérapie seule ni impacter les réserves en fer globales des souris. Au niveau moléculaire, nous avons montré que la synergie antitumorale du DFX et de la doxorubicine implique une inhibition des voies PI3K et NF-κB. Par ailleurs, étant donné que les patients présentant un cancer triple-négatif avec de faibles réserves en fer tumorales présentent un bon pronostic, nous pensons que la privation en fer au moyen de chélateurs de fer pourrait constituer une approche d’autant plus efficace pour augmenter l’efficacité des chimiothérapies conventionnelles dans le traitement de ces cancers. / Deregulation of tumor cell metabolism is a clearly established cancer hallmark. To ensure their high proliferation rate, cancer cells adapt their metabolism to meet their new energy needs. In this context, tumor cells display increased iron needs as well as multiple disturbances in their iron metabolism, making them more susceptible to iron deprivation. This vulnerability could be a therapeutic target. In breast cancers, the development of new therapeutic approaches is urgently needed for patients with triple negative tumors (TNBC) which frequently develop chemotherapies resistance and suffer from a lack of targeted therapies. The anticancer activity of iron chelators such as deferasirox (DFX) assessed in monotherapy has been demonstrated in different types of cancers. However, iron chelators do not appear to be effective enough to eradicate cancer. In this work, we demonstrated that DFX synergizes with standard chemotherapeutic agents such as doxorubicin, cisplatin and carboplatin to inhibit cell proliferation and induce apoptosis and autophagy in TNBC cell lines. Moreover, the combination of DFX with doxorubicin and cyclophosphamide allowed to delay or avoid recurrences in breast cancer patient-derived xenografts (PDX) without increasing the side-effects of chemotherapies alone or altering global iron storage of mice. At the molecular level, we showed that the antitumor synergy of DFX and doxorubicin involves a down-regulation of PI3K and NF-κB pathways. Furthermore, as TNBC patients with low iron storage in their tumor present a better prognosis, we thought that iron deprivation mediated by iron chelators may all the more increase the effectiveness of conventional chemotherapies for TNBC treatment.

Les cancers du sein et de la prostate sont, de par leur fréquence, au 1er rang de l’ensembledes cancers chez la femme et chez l’homme. Au stade métastatique, la maladie devient incurable etles traitements possèdent uniquement une action palliative. Ainsi, de nombreuses études tentent dedécouvrir de nouveaux traitements et de nouvelles associations thérapeutiques afin d’améliorer et derallonger la survie de ces patients. Parmi ces approches, la curcumine, composé polyphénoliqueextrait du curcuma, est un agent préventif largement étudié in vitro et in vivo mais peu exploré enclinique curative. De plus, l’apport de thérapies personnalisées grâce à l’approfondissement descaractéristiques biologiques de la tumeur aide également à cibler des traitements de plus en plusefficaces.L’objectif de ce travail a été d’optimiser la prise en charge thérapeutique du cancer du seinet de la prostate métastatiques. Ainsi, nous avons simultanément développé une base de données etdes études cliniques de phase II.Deux études rétrospectives ont été menées dans le cancer du sein métastatique à partir d’unebase de données de 756 patientes afin d’étudier des aspects peu connus en pratique clinique. Lapremière (n=511) étudiait le rôle des paramètres tumoraux initiaux sur la survie métastatique. Enanalyse multivariée, l’âge, le grade histologique selon Scarff-Bloom Richardson et le nombre deganglions envahis au diagnostic initial gardent leur valeur pronostique après la rechute métastatiqueavec une survie métastatique plus longue pour les patientes jeunes, les tumeurs de bas grade ou sansenvahissement ganglionnaire.La deuxième étude (n=529) examinait l’intérêt de traiter les patientes au-delà de 3 lignes dechimiothérapie. Cette analyse a montré un bénéfice en terme de survie de poursuivre lachimiothérapie en lignes tardives, pour les patientes aptes à la recevoir.Deux essais prospectifs ont étudié la combinaison du docétaxel et de la curcumine. Ils fontsuite à une étude de phase I réalisée au Centre Jean Perrin. Dans le premier essai de phase II, nonrandomisé, 30 patients atteints d’un cancer de la prostate métastatique résistant à la castration ontbénéficié de cette association en 1ière ligne de traitement. L’association docétaxel et curcumine apermis d’obtenir une réponse partielle pour 40% des cas et une réponse du PSA pour 59% despatients. Les gélules de curcumine (6 g/j) ont été bien tolérées et les patients ont présenté une trèsbonne compliance. De plus, cette association semble être active à la fois chez les patients ayant oun’ayant pas un profil d’agressivité neuroendocrine. L’analyse des marqueurs neuroendocriniens aégalement retenu la chromogranine A comme le plus pertinent, en complément du PSA, pour lesuivi des patients. La deuxième étude prospective, de phase II randomisée, comparait le docétaxelen monothérapie à la combinaison (docetaxel/curcumine), en 1ière ou 2ème ligne de traitement ducancer du sein métastatique. Cette étude est actuellement en cours avec 21 patientes incluses sur les100 initialement prévues. En parallèle, une analyse de biomarqueurs sériques, cibles de lacurcumine (CRP, ICAM et VEGF), a été réalisée. Le nombre de patientes incluses est actuellementtrop faible pour pouvoir constater un bénéfice de l’ajout de la curcumine au docétaxel.Ces travaux soulignent l’importance des lignes de chimiothérapies et des paramètrestumoraux initiaux dans la prise en charge du cancer du sein métastatique. Ils apportent égalementdes résultats prometteurs quant à l’utilisation de la curcumine pour potentialiser le docétaxel dans lecancer de la prostate résistant à la castration et dans le cancer du sein métastatique. / Breast and prostate cancer are the most common cancer in women and men. Metastatic diseaseremains incurable and therapies are only palliative. Thus, many studies try to discover newtreatments and new combination therapies to improve and extend the survival of these patients.Among these strategies, curcumin, a dietary polyphenol derived from curcuma, was found topossess cancer preventive properties in vitro and in vivo, but has been less studied clinically.Moreover, personalized therapies, by intensifying the knowledge of biological characteristics of thetumor, may also help to target more effective therapies.The objective of this work was to optimize the therapeutic management of breast and prostatecancers. Hence, we have developed simultaneously a database and phase II clinical trials.A database of 756 patients with metastatic breast cancer were achieved two retrospective studies.The first (n=511) examined the impact of initial tumor parameters on metastatic survival.Multivariate analysis retained age, Scarff-Bloom Richardson grade and axillary lymph nodeinvolvement as significant independent prognostic factors after relapse with a longer metastaticsurvival for young patients, low grade tumor or no axillary lymph node involvement.The second study (n=529) investigated the interest to treat patients with more than 3 chemotherapylines. This analysis has shown a benefit of each line in terms of OS, for patients able to receive it.Two prospective clinical trials have studied the association docetaxel plus curcumin, following aCentre Jean Perrin phase I study. In the first phase II trial, non-randomized, 30 patients, withcastration-resistant prostate cancer, have been treated with the combination in first treatment line.Objective response rate was obtained for 40% and PSA response for 59% of patients. Curcumin (6g/d) has been well tolerated and patients had higher curcumin capsules compliance. Furthermore,this therapeutic combination seemed to be active in patients with or without the aggressiveneuroendocrine characteristics. In parallel, chromogranin A has been selected as the bestneuroendocrine marker to follow patient, in addition to PSA. The second phase II trial, randomizedcompare docetaxel in monotherapy to the association docetaxel plus curcumin, in first and secondtreatment ligne in metastatic breast cancer. This study is ongoing with 21 patients enrolled on the100 originally planned. In parallel, we have realized an analysis of curcumin target solublebiomarkers (CRP, ICAM and VEGF). However, the number of patients included is presently notlarge enough to evidence any benefit of adding curcumin to docetaxel.These data support chemotherapy lines interest on survival and the impact of initial tumorparameters on metastatic breast cancer therapeutic management. Moreover, the first results ofcurcumin and docetaxel encourage further studies with this therapeutic association.

La Chimiothérapie IntraPéritonnéale (CIP) est utilisée couramment pour traiter le cancer colorectal métastatique. Cependant il n'existe pas de protocole standardisé.Le but de ce projet a été de modéliser cette chimiothérapie in vitro et de comprendre le rôle de l'hypotonie dans ce modèle et son impact sur la mort des cellules cancéreuses.Nous avons déterminé les conditions optimales de traitement sur les cellules cancéreuses coliques humaines HCT116 à savoir une exposition des cellules pendant 30 minutes à 400µM d'oxaliplatine en conditions hypotoniques (G2.5%) à 37°C. Ces résultats ont été validés sur différentes lignées cancéreuses coliques humaines et murine. Nous avons également montré que ces conditions de traitements étaient également capables d’augmenter la cytotoxixité d’autres dérivés du platine comme le cisplatine et le carboplatine.La mort cellulaire induite par ce traitement en hypotonie est de type apoptotique, Et peut s’expliquer par une augmentation de l’incorporation intracellulaire d'oxaliplatine, en partie due à l'activation et à la trimérisation du transporteur du cuivre CTR1.Le traitement par l'oxaliplatine et le cisplatine (mais pas par le carboplatine) en hypotonie entraine également les stigmates de la mort immunogène, à savoir l'exposition de la calréticuline à la membrane, la libération d'ATP et le relargage d'HMGB1, suggérant que l'hypotonie permettrait d'entrainer la mort immunogène et une réponse du système immunitaire lors de cette modélisation de CIP.Enfin, in vivo nous avons pu mettre en évidence que le traitement de métastases intrapéritonéales de souris Balb/c par une injection intrapéritonéale d'oxaliplatine en hypotonie permettait un ralentissement de l’apparition de nodules tumoraux et une augmentation de la survie des souris.Ainsi, nous avons pu mettre en évidence dans ce travail que l'hypotonie est un des paramètres fondamentaux de la CIP et suggère que son utilisation pourrait permettre d'augmenter l’efficacité de la CIP et de prolonger la survie des patients. / IntraPeritoneal Chemotherapy (IPEC) is commonly used to treat colorectal cancer metastases. However there is no standardized protocol.The aim of this work was to model this chemotherapy in vitro and to understand the role of hypotonic conditions in this model and its impact on cell death.We determined that the optimal treatment parameters on HCT116 human colon cancer cells, were an exposure of the cells for 30 minutes to 400μM of oxaliplatin under hypotonic conditions (G2.5%) at 37 °C. These results have been validated on various human and murine colic cancer cell lines. We have also shown that these treatment conditions are also able to increase the cytotoxicity of other platinum derivatives such as cisplatin and carboplatin.The cell death induced by this treatment in hypotonia is apoptosis, and can be explained by an increase in the intracellular incorporation of oxaliplatin, partly due to the activation and trimerization of the CTR1 copper transporter.Treatment with oxaliplatin and cisplatin (but not carboplatin) in hypotonia also leads to the stigmata of immunogenic death, e.i. exposure of calreticulin at the membrane, release of ATP and HMGB1 in the supernatant, suggesting that hypotonia would entail immunogenic death and an immune system response during this IPEC modeling.Finally, we have been able to demonstrate in vivo that the treatment of intraperitoneal metastases of Balb/c mice by an intraperitoneal injection of oxaliplatin in hypotonia slowed down tumor nodules appearance and increased survival of the mice.Thus, in this work we highlighted that hypotonia is one of the fundamental parameters of IPEC which suggests that its use could make it possible to increase the efficacy of IPEC and maybe to prolong the survival of patients.

En 2012, au Canada, il y a eu 26 500 hommes diagnostiqués avec un cancer de la prostate dont 4000 sont décédés. Il existe plusieurs traitements pour ce cancer, dont la chimiothérapie qui occasionne des effets secondaires importants et désagréables pour le patient. Pour contrer ces effets secondaires, un ciblage thérapeutique vers les cellules cancéreuses permettrait une action antitumorale plus précise et efficace. Le cancer de la prostate est hormono-dépendant dans 80 à 90 % des cas. Le projet consiste à trouver un nouveau moyen d'exploiter la 7α-allyl-testostérone pour fabriquer une série de composés originaux ayant un potentiel cytotoxique et/ou antiandrogénique. Dix nouveaux composés ont été synthétisés par une méthode originale à partir de la 7α-allyl-testostérone. La majorité de ces composés sont des amides obtenus avec des rendements globaux variant entre 4 % et 35 % sans optimisation. Tous les composés synthétisés ont été testés sur des cellules du cancer de la prostate hormono-dépendant (LNCaP) et hormono-indépendant (PC3). Certains composés ont montré une meilleure efficacité que le chlorambucil et l'acétate de cyprotérone. L'acide trans-4-(4-androstèn-17β-acétoxy-3-one-7α-yl)-but-2-ènoïque N-2-pyridyléthylamide (17) est le plus intéressant composé synthétisé avec son IC50 de 23,7 µM pour les cellules LNCaP et de 5,8 µM pour les cellules PC3. Avec cette activité, il possède une activité cytotoxique supérieure au chlorambucil (LNCaP : 52,1 µM et PC3 : 55,7 µM) sur les deux types de lignées cellulaires du cancer de la prostate. Certains de ces composés permettent d'envisager de nouvelles avenues de traitements contre les cancers de la prostate. De plus, la méthode de synthèse ouvre la voie à d'autres composés d'intérêt biologique dans le futur. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Synthèse, stéroïde, androgène, testostérone, cancer de la prostate, 7α-allyl-testostérone amide

Une désescalade thérapeutique des traitements du cancer du sein est observée notamment grâce à la chimiothérapie néo-adjuvante (CNA). Alors que la technique du ganglion sentinelle (GS) n'est actuellement pas recommandée après CNA, nous avons démontré sa faisabilité dans une série prospective de 129 patientes traitées par CNA avec un taux d'identification de 93,8%, un taux de FN de 14,3% et de 0% pour les patientes N0 avant CNA. En cas d'atteinte duGS, le risque de GNS métastatique était corrélé à la taille tumorale (p=0.016) et la taille de la métastase du GS (p=0.0055). Le nomogramme du MD Anderson (AUC=0.716) et le score de Thenon (AUC=0.778) pouvaient évaluer la probabilité d'atteinte du GNS. L'analyse per opératoire du GS par apposition a permis l'identification d'une métastase chez 72% des patientes (sensibilité=38.2% ; spécificité=97.8%). Les patientes qui présentaient une micro métastase ou la présence de cellules tumorales isolées dans le GS avaient un risque multiplié par 2,3 de FN de l'apposition par rapport aux patientes qui avaient une atteinte macro métastatique. En conclusion, notre travail a permis de montrer que la CNA n'avait pas d'influence négative sur la faisabilité de la technique du GS, en particulier pour les patientes N0 clinique avant traitement. Après CNA, l'analyse per opératoire du GS est possible ainsi que l'utilisation de certains nomogrammes déjà existants pour calculer la probabilité d'atteinte du GNS lorsque le GS est métastatique.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les chimiokines (CKs) jouent un rôle important dans l'orchestration de la réponse immunitaireen contrôlant notamment la mobilisation des cellules immunitaires. Les cellules myéloïdes et, enparticulier, les monocytes sont impliquées dans le processus inflammatoire et notamment dansle développement des cancers. En effet, les cellules dérivées des monocytes ou macrophagesassociés aux tumeurs sont fortement représentés dans le micro environnement tumoral et sontsouvent associés à un mauvais pronostic. La caractérisation des mécanismes aboutissant aurecrutement des monocytes dans la tumeur représentent donc un enjeu majeur pourl'optimisation des protocoles thérapeutiques anti-cancéreux. Chez la souris, deux populationsmonocytaires sont caractérisées sur la base de l'expression différentielle des récepteurs auxchimiokines CCR2 et CX3CR1 et interviennent dans leur recrutement et leur différenciation enmacrophages dans les tissus, les monocytes inflammatoires (CCR2+, CX3CR1low) et les monocytesdits résidents (CCR2-, CX3CR1high). L'objectif principal de mon projet de recherche a été de mieuxcomprendre les mécanismes contrôlant la mobilisation des monocytes suite à un traitementchimiothérapeutique. J'ai entrepris d'étudier le rôle des récepteurs aux chimiokines, enparticulier CX3CR1, dans la reconstitution monocytaire après traitement chimiothérapeutiquepar le cyclophosphamide (CP), un agent alkylant reconnu pour son activité myélosuppressive. LeCP provoque un renouvellement des monocytes et une forte infiltration de la tumeur par les LTspécifiques de la tumeur (issus d'un transfert adoptif) associés à la réactivation de la réponseimmune anti-tumorale. Cependant, les LTs spécifiques de l'antigène de la tumeur se localisentpréférentiellement dans des zones riches en cellules dendritiques associées à la tumeur (TuDCs)et sont piégés par ces dernières. Ces interactions diminuent potentiellement le nombre decontacts entre les LT et les cellules tumorales suggérant un rôle pro tumoral des TuDCs. Letraitement au CP provoque une déplétion des cellules myéloïdes suivie d'une reconstitutionmassive des réservoirs de monocytes (moelle osseuse et rate). Au cours de la reconstitutionmonocytaire, l'expression de CX3CR1 diminue et est corrélée à une diminution de l'adhérence exvivo des cellules médullaires. Nous avons mis en évidence une mobilisation accrue desmonocytes inflammatoires au sein des souris CX3CR1- /- comparée aux souris WT et CCR2-/-.L'imagerie in vivo de la moelle osseuse au sein de souris CX3CR1-/- ou à l'aide d'un antagonistede CX3CR1 nous a permis de montrer un rôle spécifique de CX3CR1 dans le " crawling " sur lescellules endothéliales et le confinement des cellules monocytaires au niveau des sinus et duparenchyme médullaire. Nous suggérons qu'au cours de la mobilisation cellulaire induite par leCP le récepteur CX3CR1 contrôle la rétention médullaire des monocytes. Nous pensons que lamodulation du taux de mobilisation cellulaire au cours de la reconstitution induite par CP et/oule ciblage de CX3CR1 pourrait, par augmentation du pool de cellules myéloïdes leucocytairesd'un hôte, contribuer à l'amélioration des réponses cellulaires à la suite d'une lésion tissulaireou d'un dysfonctionnement des défenses immunitaires. De plus, le ciblage de CX3CR1 pourraittrouver des applications dans le domaine de la greffe de HSCs.

Résumé des travaux de thèse Contrairement au dogme original décrit par van Furth sur le système des phagocytes mononucléés (MP), il est maintenant suggéré que les monocytes ne représentent plus uniquement des précurseurs de macrophages mais qu'ils exercent des fonctions immunologiques en tant que tel. Non seulement les monocytes sont capables de circuler dans les tissus sans se différencier en macrophages mais la plupart des macrophages tissulaires ont en réalité une origine embryonnaire. Je me suis intéressée à l'activité migratoire et aux fonctions effectrices des monocytes et des macrophages grâce à l'utilisation de l'imagerie intravitale. Cette approche nous a permis d'appréhender la dynamique des MP entre le réseau vasculaire et le parenchyme tissulaire. De cette façon nous avons pu mettre en évidence le rôle de CX3CR1 dans le contrôle du déploiement monocytaire dans un modèle d'inflammation aiguë. En parallèle, dans un modèle de métastases pulmonaires, nous avons démontré que les monocytes ne contribuent qu'à une partie des macrophages associés aux tumeurs (TAM) et que l'autre partie dérive de la prolifération des macrophages interstitiels du poumon. Ces différentes sous-populations de TAM semblent avoir des contributions différentes dans le développement tumoral et la réponse à la chimiothérapie. Mon travail a permis de mieux appréhender la biologie des monocytes au-delà de leur fonction comme simples précurseurs de macrophages et apportent des concepts nouveaux sur l'origine des TAM. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes biologiques gouvernés par les MP et dans la régulation la réponse inflammatoire. / Contrariwise to the original dogma established by van Furth on the Mononuclear Phagocyte System (MPs), it is now suggested that monocyte fate and functions should not be restricted to macrophage precursors. Experimental evidences show that monocytes can circulate in tissues without differentiating and most of the tissue associated macrophages have embryonic origin. My thesis work focused on migratory activity and effective functions of monocytes and macrophages based on intravital imaging technology. This approach represent a unique tool to study the dynamic of MPs between the vasculature and tissue parenchyma. Our work provided new insights in the role of CX3CR1 in the monocyte deployment during acute inflammatory response.In a model of pulmonary metastases, we also demonstrated that monocytes represent only one part of tumor associated macrophages (TAMs) and the other part is constituted by lung interstitial macrophages. These different subsets of TAMs seem to contribute differently in tumor development and response to chemotherapy.Overall my work provides new insights about monocyte biology beyond their macrophage precursor fate and presents new concepts on the origin of TAMs. It also adds new perspectives in the understanding of biological mechanism regulated by MPs and in the control of the inflammatory response.

Les gliomes des bas-grade sont des tumeurs cérébrales lentement évolutives, affectant principalement les jeunes adultes, qui peuvent rester des années sans symptôme. Les patients peuvent être opérés, ou traités par radiothérapie ou chimiothérapie, avec deux thérapies possibles : le PCV et le témozolomide (TMZ).Nous souhaitons montrer dans ces travaux de thèse que la modélisation mathématique, à travers l'approche de population, peut permettre l'amélioration des traitements en termes de durée et d'amplitude de décroissance pour les gliomes de bas-grade traités par chimiothérapie (PCV et TMZ).Dans un premier temps, nous nous concentrons sur la possibilité de modifier le protocole d'administration du PCV, au niveau de la population, afin de prolonger la durée de décroissance tumorale. Nous concluons qu'espacer les cycles de traitement permet de repousser de manière significative le moment de recroissance de la tumeur.Dans un second temps, nous étudions l'évolution des gliomes de bas-grade traités par TMZ. Sur la base des données de tailles tumorales de 77 patients, ainsi que d'informations génétiques, nous développons un modèle K-PD à effets mixtes permettant de décrire la dynamique tumorale avant, et suite au traitement. Nous évaluons ensuite les capacités du modèle à prédire la durée et l'amplitude de la réponse tumorale, à partir de mesures précoces de tailles de la tumeur ainsi que des informations génétiques. Ces prédictions pourraient être utilisées pour aider les cliniciens à déterminer si le traitement doit être prolongé ou non, pour un patient donné.Enfin, nous nous intéressons plus particulièrement au phénomène de résistance au traitement par TMZ. A partir des mêmes données de tailles tumorales que précédemment, nous construisons un modèle PK-PD à effets mixtes décrivant l'apparition des cellules résistantes au sein de la tumeur. Ce modèle reproduit plus précisément l'évolution du TMZ dans l'organisme et son impact sur la tumeur. Il est utilisé pour optimiser le protocole thérapeutique au niveau individuel. A l'aide d'un algorithme d'optimisation, nous déterminons l'intervalle entre chaque cycle et la dose à administrer afin de prolonger la durée de décroissance tumorale tout en limitant l'émergence de résistance. Les protocoles ainsi optimisés sont évalués à l'aide d'une approche stochastique, permettant de tester la robustesse du modèle et de l'optimisation.A travers les différents travaux de cette thèse, nous montrons l'utilité de la modélisation mathématique pour aider à l'amélioration des traitements chimiothérapiques pour les patients souffrant de gliomes de bas-grade. Nous croyons que ces résultats peuvent être transposés à d'autres types de cancers. / Low-grade gliomas are slow-growing brain tumors, mainly affecting young adults who may remain without any symptoms for years. Patients can undergo surgery, or receive radiotherapy or chemotherapy with two different treatments: PCV of temozolomide (TMZ).In our different projects, we aim to show that mathematical modeling, and population approach, can allow to improve treatments, in terms of response duration and amplitude, for low-grade gliomas treated with chemotherapy (PCV and TMZ).In a first part, we focus on the possibility to modify PCV administration protocol, on a population level, to prolong tumor decrease duration. We claim that prolonging time interval between cycles enables us to significantly postpone the time to tumor regrowth.In a second part, we study the evolution of low-grade gliomas treated with TMZ. We analyze tumor size observations of 77 low-grade glioma patients, as well as genetic information, to develop a K-PD mixed-effects model describing tumor evolution before and after treatment onset. We then evaluate model capacity to predict tumor response duration and amplitude, on the base of early tumor sizes and genetic information. These predictions could be used to help clinicians to determine if they should prolong the treatment or not, for a given patient.In a last part, we more particularly focus on the phenomenon of resistance to TMZ. We build a PK-PD mixed-effects model describing the emergence of resistant tumor cells, using the same tumor size observations as previously. This model more accurately reproduces the evolution of TMZ in the body and its effect on the tumor. It is then used to optimize TMZ therapeutic protocol, on an individual level. Using an optimization algorithm, we determine the time interval between TMZ cycles, and the dose to administer, to prolong tumor decrease duration while limiting the emergence of resistance. The optimized protocols are evaluated with a stochastic approach, allowing to test the robustness of the model and the optimization.Through these different projects, we show the utility of mathematical modeling to help to improve chemotherapy treatments of low-grade glioma patients. We believe that these results could be transposed to other types of cancers.

L'émergence de la résistance des cellules tumorales, bactéries et parasites aux médicaments peut être prévenue par l'utilisation d'association médicamenteuse. L'objectif de ce travail est de décrire de manière formelle avec des modèles mathématiques, les phénomènes de résistance rencontrés en oncologie, infectiologie et parasitologie. Plusieurs modèles ont été développés à partir des données cliniques de patients atteints de cancer colorectaux, de patients infectés par le Plasmodium falciparum, ou à partir de données expérimentales obtenues à partir d'un système in vitro PK/PD. Les différents paramètres de ces modèles ont été estimés en utilisant une approche individuelle avec MATLAB® et/ou une approche de population avec NONMEM®. En oncologie, on montre que le « mixture » modèle développé est apte à décrire les cinétiques de 5FU et de son métabolite. Néanmoins ce modèle ne peut pas être utilisé en prospectif en utilisant l'approche Bayesienne, pour adapter les chimiothérapies à base de 5FU. En infectiologie un modèle PK/PD complet et unique a été développé pour décrire la dynamique des sous-populations bactériennes et l'émergence de la résistance. Le modèle permet de caractériser de manière réaliste l'interaction antibiotique-bactérie en comparaison à un modèle de référence. En parasitologie, un outil simple a été développé, en complément des méthodes génotypiques, pour identifier les infections polyclonales, support de la résistance. La flexibilité des modèles développés peut aider à concevoir des protocoles d'administration de médicaments optimisés et aider au choix des combinaisons thérapeutiques les plus efficaces pour freiner l'émergence de la résistance. / The emergence of drug-resistant, tumor cell, bacteria and parasite could be prevented with drug combination therapy. The aim of this work is to describe drug resistance with developed mathematical models, in oncology, infectiology and parasitology. Several models were developed based on clinical data from colorectal cancer patients, Plasmodium falciparum infected patients, or from experimental data provided by an in vitro PK/PD system. Model parameters were estimated using an individual approach with MATLAB® and/or a population approach with NONMEM®. In oncology, a "mixture"model was developed to describe 5FU and its metabolite kinetics. However this model couldn't be used in a prospective Bayesian approach for 5FU based chemotherapy. In infectiology, a complete and a unique PK/PD model was developed to characterize bacterial sub-population dynamics and resistance emergence. The model provides a more realistic description of the inter-relation between antibiotic effect and the targeted bacteria compared to a reference model. In parasitology a simple tool was developed, in addition to genotyping techniques, to detect polyclonal infection. Flexibility of the model developed could help to design drug optimized protocol or in the choice of the most effective combination therapy to slow down resistance emergence.