Le mélanome cutané est le cancer de la peau le plus agressif et malgré d’importants progrès dans sa prise en charge thérapeutique, la recherche de nouvelles stratégies se poursuit pour les patients non éligibles à la chimiothérapie ciblée ou non répondeurs aux thérapies actuelles. Le laboratoire UMR990 travaille sur une stratégie de radiothérapie interne vectorisée (RIV) utilisant des ligands ciblant spécifiquement et durablement la mélanine. Parmi ceux-ci la molécule ICF01012 couplée à l’iode 131 induit une inhibition significative de la croissance tumorale de tumeurs murines et de xénogreffes humaines pigmentées, associée à un allongement de la médiane de survie des animaux. Les objectifs de la thèse ont eu pour but i) de réaliser des études de dosimétrie dans un modèle de mélanome humain ii) d’approfondir les mécanismes de réponse à la RIV dans les modèles murins et humains iii) de potentialiser l’effet de cette stratégie par la co-injection de molécules radiosensibilisantes. L’étude dosimétrique réalisée sur le modèle de xénogreffe SK-Mel 3 montre ainsi que la croissance de ces tumeurs, qui possèdent environ 3 fois moins de mélanines que les tumeurs B16, est contrôlée de façon significative par 3 injections successives de 25 MBq. Ceci conforte l’idée d’approche théranostique avec la nécessité de caractériser les lésions d’un patient par imagerie en termes de cibles disponibles pour adapter le traitement. Nous montrons que dans les tumeurs SK-Mel 3, l’augmentation de la quantité de mélanines chez les animaux traités avec [131I]ICF01012 est similaire pour la phéo et l’eumélanine. De façon intéressante dans le modèle B16Bl6, le traitement avec [131I]ICF01012 réduit le nombre de métastases spontanées ou de colonies pulmonaires. Ce traitement est donc performant sur les petites tumeurs ou les cellules circulantes. Les mécanismes associés à la RIV sont superposables avec ceux induits par des irradiations externes à savoir cassures de l’ADN et arrêt de cycle. Les altérations moléculaires sont cependant différentes en fonction du statut du gène p53 des cellules tumorales. Le traitement avec [131I]ICF01012 induit un contrôle tumoral limité dans le temps, l’utilisation de radiosensibilisants est donc d’intérêt. Le coDbait est une petite molécule d’ADN qui mime une cassure double-brin d’ADN et sert ainsi de leurre pour les enzymes de réparation. Les modèles B16Bl6 et SK-Mel 3 ont été traités par [131I]ICF01012 associé à des injections intratumorales de coDbait. Les résultats obtenus sur la croissance tumorale et la survie des animaux montrent que l’association des deux molécules est synergique dans le modèle SK-Mel 3 à croissance lente et additive dans le modèle B16Bl6. Nous avons ainsi montré la possibilité d’augmenter les effets de la RIV dans les modèles précliniques par la déstabilisation des processus de réparation. Des travaux préliminaires montrent également un effet positif des nanoparticules de gadolinium sur l’efficacité d’[131I]ICF01012 dans le modèle B16Bl6. Les mécanismes mis en jeu restent à être définis. En conclusion, nos travaux montrent que la molécule [131I]ICF01012 constitue une thérapie alternative aux traitements conventionnels pour le mélanome métastatique pigmenté. [131I]ICF01012 est en cours de transfert clinique chez l’homme. / Melanoma is a highly aggressive skin cancer and despite the significant progress in its therapeutic management, the research keeps on developing new strategies for non-eligible patients for targeted chemotherapy or without successful therapy. The UMR990 is working on targeted radiotherapy (TRT) using ICF01012 vector labeled with iodine 131, with a high affinity for melanin and therefore for pigmented melanoma. [131I]ICF01012 induces a significant decrease of the tumoral growth in syngenic B16 models and human melanoma xenografts and a significant improvement of the survival median. The aims of the present work were i) to evaluate the dosimetry in human melanoma model, ii) to study mechanisms after TRT injection in xenografts and murin pigmented melanoma, iii) to potentiate the efficiency of this strategy using radiosensitizer. The dosimetric study showed that in SK-Mel 3 model, less pigmented than B16Bl6 tumors, the tumoral growth was significant controlled by 3 successive injections of 25 MBq. The theranostic approach is then necessary to characterize the available quantity of targets in the patient before treatment. The melanin content demonstrated that repeated injections of [131I]ICF01012 in xenografts induced an increase of melanin without any enrichment of the pheomelanin, an oxydant pigment. Interestingly, the treatment with [131I]ICF01012 reduced the number of spontaneous metastases or lung colonies in the B16Bl6 model. This treatment was then effective on small tumors or circulating cells. Consecutive mechanisms to the TRT were similar to those induced by external irradiation: DNA breaks and cell cycle arrest. However, they differed depending on p53 status of tumoral cells. The tumor regression was uncompleted after [131I]ICF01012 treatment and co-injection with radiosensitizers could improve its efficiency. We used small DNA molecules, called coDbait, mimicking the double-strand breaks to trap repairing enzymes. Syngenic model B16Bl6 and xenograft SK-Mel 3 were treated by [131I]ICF01012 and coDbait intratumoral injection. A synergistic effect of the two molecules was observed on SK-Mel 3 model, while the effect was additive in B16Bl6, a model with a fast doubling time. The coDbait destabilized the repairing process after treatment with [131I]ICF01012. Preliminary studies showed a positive effect of gadolinium nanoparticles on the efficiency of [131I] ICF01012 towards B16Bl6 tumors. The mechanisms involved remained to be defined. In conclusion, these data suggest that [131I]ICF01012 is a promising treatment for patients with pigmented metastatic melanoma.