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Thesis advisor: Pamela J. Grace / Purpose/Specific Aims: Van Manen’s hermeneutic phenomenological method was used to design this study aimed at better understanding the meaning of day-to-day living with advanced breast cancer in young women. Rationale/Significance of Study: There is a gap in knowledge about the particular needs and daily life experiences of this cohort. Very little data specifically addresses this population. The limited literature that exists suggests that, due to the particular stage of life, their needs differ from those at other life stages as well as those coping with earlier stages of breast cancer. These women have described themselves as being invisible and having to live with the knowledge that their future is uncertain. Thus, this qualitative study is an important initial step in expanding our understanding of what daily life is like for this population. Sample and Recruitment: Women aged 25–39 with Stage III or IV breast cancer were purposively recruited via private FacebookTM groups specifically for women with breast cancer. The final sample consisted of 12 participants from across the U.S. Incidentally, all were parents. Data Analysis: Data were collected through two or more semistructured interviews and written journals. Analysis followed van Manen’s method of immersion, reading, and rereading, and using manual coding and NVivo software to develop themes to capture the participants’ lifeworlds. Findings: The meaning of their experiences is captured by the overarching theme: Wearing the mask of wellness in the presence of life-threatening illness. Five major themes were identified: Wanting to be known as the person I am, I’m still Mom, Living is more than surviving, Getting through it, and Being connected to others. Conclusions: Findings highlight that these young women are managing multiple roles and responsibilities despite the ongoing challenges of treatment and symptom management. They feel that their needs and struggles are not well understood because to outsiders they do not look ill. This study provides a base for further research and eventually interventions. / Thesis (PhD) — Boston College, 2018. / Submitted to: Boston College. Connell School of Nursing. / Discipline: Nursing.

Metastatic epidural spinal cord compression (MESCC) occurs when tumour invades the epidural space and compresses the spinal cord. Despite Level 1 evidence that surgery is the most effective treatment for MESCC, there is controversy regarding the role of surgery because of fear that patients who have a short survival will spend a large fraction of their remaining life recovering from surgery and potential complications. This controversy could be resolved by decision-analysis of MESCC treatments using quality-adjusted-life-years (QALYs). There have been two barriers to conducting decision-analysis of QALYs for MESCC: (a) lack of utility data, and (b) skepticism regarding decision-analysis. The first four research chapters in this thesis address these barriers. The final research chapter reports a decision-analysis of QALYs on the role of surgery in MESCC. Chapter 1 provides background information on the controversy regarding surgical treatment for MESCC and the rationale for each of the subsequent chapters. Chapter 2 reports a psychometric validation study of a web-based utility valuation module for MESCC. In Chapter 3, application of this module to a general population utility valuation study with a market research panel is described. In Chapter 4, the beneficial properties of Bayesian statistical analysis to minimizing “arbitrariness” in probabilistic sensitivity analysis are described in relation to prognostication for MESCC. Chapter 5 presents a strategy for simplifying and enhancing the transparency of Markov cohort simulation. Finally, the work presented in the research chapters is applied in Chapter 6 to conduct Markov cohort simulation to determine if patients with short survival derive net health-related quality-of-life benefit from surgery. Pragmatic research around barriers to decision-analysis of QALYs for MESCC was conducted to resolve the controversy regarding the role of surgery in the treatment of MESCC. Under most circumstances, MESCC patients who can ambulate prior to treatment derive net HRQoL benefit from surgery, even if prognosis is poor. Non-ambulatory patients can derive net HRQoL benefit but only if the morbidity of surgery is relatively low. It is my hope that the work used to address barriers to decision-analysis of QALYs will be disseminated and applied in other clinical problems.

Comprehensive characterisation of the mutational landscapes of solid tumours is a multistep process involving the collection of suitable samples, the extraction of nucleic acids and the preparation of these materials for mutational analyses. In this thesis, I aimed to develop a streamlined process for the analysis of colorectal cancer (CRC) patient samples in order to identify novel mutations that hallmark the development of advanced disease. Papers I and II outline a technique for serial extraction of nucleic acids from frozen tissue that we developed and subsequently implemented on a robotic platform to enable high-throughput processing. The extracted nucleic acids were validated in downstream processes relevant for genetic analyses, including traditional Sanger and next generation sequencing  techniques. In Paper III, we developed a genotyping method based on multiplex ligation-dependent genome amplification. The method was designed such that InDel polymorphisms of between 30 and 70 % prevalence in a European population were selected and amplified in a multiplex PCR assay. DNA from 24 patient-matched colorectal tumour and normal tissues was genotyped and paired with a high match probability. In Paper IV, we performed targeted resequencing of 107 primary CRCs, of which approximately half developed metastatic disease or had distant metastases at the time of diagnosis. We chose to analyse 676 genes based on their involvement in key signalling pathways in CRC. We found an enrichment of mutations in the Eph receptor tyrosine kinase gene family in metastatic patients, indicating a potential role for these genes in CRC metastasis. This thesis outlines a series of procedures that can be employed in a high-throughput setting for the analysis of solid tumours. We applied these methods to the analysis of colorectal tumours and propose a link between novel somatic mutations and metastatic disease.

Stage IV cancer is characterized by a cancer’s ability to metastasize, or spread throughout the body. Metastatic disease in bone is a devastating condition affecting hundreds of thousands of people each year. Stage IV cancer patients suffering from metastatic disease in the proximal femur are at high risk of catastrophic pathologic fracture, an event which severely impacts patient health. Although metrics have been created to assess the risk of impending fracture, they lack specificity in the proximal femoral region. Shortcomings of these metrics further complicate clinical decision making related to prophylactic fixation in these medically compromised individuals. Fortunately, by using computational modeling to study this at-risk patient population, the likelihood of fracture due to metastatic lesions in the proximal femur can be more accurately assessed to improve clinical decision making. Finite element analysis (FEA) is a computational modeling technique that can non-invasively provide mechanics information to better assess true fracture risk of a given metastatic lesion. Although FEA has previously been utilized to study metastatic disease, lesions were always modeled as spheres or ellipsoids, while true lesion shapes are far more amorphous. It was the focus of this study to validate FEA’s ability to predict fracture location in cadaveric femora with realistically shaped experimental metastatic lesions. Off-set torsion, or load applied off-set from the fixed long bone axis, was applied to cadaveric specimens with mechanically induced metastatic lesions, and the resultant fracture location was compared to specimen-specific FEA models replicating the mechanical test. FEA was able to correctly predict fracture locations in five models. Determining fracture risk based on objective mechanical data may more accurate and effective in this patient population.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le cancer du poumon est la première cause de mortalité parmi les cancers en Amérique du Nord; le tabagisme en est la principale cause. La chimiothérapie conventionnelle n'est pas très efficace chez les patients avec une maladie métastatique ( stage IV). Les nouveaux agents antinéoplasiques investigués n'augmentent la survie.que modestement. II y a donc un besoin urgent d'élaborer de nouvelles approches thérapeutiques pour ce cancer. Pendant la tumorigénèse, le nombre de lésions génétiques augmente, principalement dans les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeur. Pour abolir la fonction d'un gène suppresseur de tumeur, il faut deux événements: une mutation dans une allèle et la perte d'hétérozygosité dans l'autre allèle. De récents résultats ont démontré que l'hyperméthylation, une altération épigénétique, est un mécanisme alternatif qui peut inactiver les gènes suppresseurs de tumeur. L'hyperméthylation joue un rôle important dans l'initiation et la progression d'une tumeur. Plusieurs gènes suppresseurs de tumeur sont hyperméthylés dans leur région promotrice. Cette hyperméthylation de la région promotrice est associée à la répression transcriptionnelle de ces gènes. De plus, la 5-Aza-2' -déoxycytidine (5-AZA-CdR), un médicament expérimental, peut activer l'expression de gènes suppresseurs de tumeur en inhibant la méthylation de l' ADN. L'efficacité de ce médicament chez les patients atteints de leucémie aiguë, en rechute suite à un traitement conventionnel, a déjà été démontrée. Son efficacité a aussi été observée chez les patients ayant un syndrome myélodysplasique qui est un syndrome préleucémique. Notre laboratoire a obtenu de bons résultats avec la 5-AZA-CdR dans une étude de phase I chez les patients atteints du cancer pulmonaire métastatique. Dans ce projet, nous avons étudié l'activité antinéoplasique de la 5-AZA-CdR et l'état de méthylation du récepteur f3 de l'acide rétinoique (RARf3 ), qui est un gène suppresseur de tumeur. Dans le cancer pulmonaire non à petites cellules (NSCLC), la délétion chromosomique affectant la région 3p24, où le gène RARP est situé, est fréquente. La mutation du gène RARP est cependant rare. Le gène RARP n'est pas exprimé dans la majorité des lignées cellulaires tumorales NSCLC et dans des tumeurs pulmonaires primaires. L 'hyperméthylation de la région promotrice du gène RARP pourrait être un mécanisme alternatif aux délétions et aux mutations dans l'inactivation de ce gène suppresseur de tumeur. Le premier objectif de ce projet était d'évaluer l'activité antinéoplasique in vitro de la 5-AZA-CdR et de l'acide rétinoique (RA) dans deux lignées cellulaires tumorales NSCLC, soient Calu-1 et A549. La 5-AZA-CdR est un agent cytotoxique puissant pour ces lignées cellulaires tumorales. Une concentration de 5-AZA-CdR de 100 ng/ml administrée pendant 48 h a produit plus de 90% de mort cellulaire ( ou de perte de clonogénicité). Cette perte de clonogénicité a augmenté avec la dose et la durée du traitement. Dans la lignée cellulaire Calu-1, où le RARP est méthylé, la combinaison de la 5-AZA-CdR à 10 ng/ml et de l'acide rétinoique à 0.1 et 1 µM a permis d'obtenir une interaction antinéoplasique synergique au niveau du potentiel clonogénique des cellules tumorales pulmonaires Calu-1. Cette combinaison a aussi permis d'obtenir une interaction antinéoplasique additive au niveau du potentiel clonogénique chez les cellules tumorales A549, une lignée cellulaire où le gène RARP n'est pas méthylé. Le deuxième objectif était de déterminer l'état de méthylation du gène RARP dans les biopsies de cancer pulmonaire humain et dans les tissus normaux adjacents. La méthode employée était le PCR spécifique à la méthylation (MSP), avec des amorces spécifiques pour la méthylation et pour la non-méthylation du gène RARP. Les résultats ont montré que la région promotrice du gène RARP était hyperméthylée dans 28% des biopsies de cancer pulmonaire. La plupart des tissus normaux adjacents n'étaient pas méthylés dans la région promotrice du RARf3. Le troisième objectif était de cloner et de séquencer la région promotrice du RARP des cellules d'adénocarcinome du colon DLD-1 et d'une biopsie tumorale pulmonaire afin chromosomique affectant la région 3p24, où le gène RARP est situé, est fréquente. La mutation du gène RARP est cependant rare. Le gène RARP n'est pas exprimé dans la majorité des lignées cellulaires tumorales NSCLC et dans des tumeurs pulmonaires primaires. L 'hyperméthylation de la région promotrice du gène RARP pourrait être un mécanisme alternatif aux délétions et aux mutations dans l'inactivation de ce gène suppresseur de tumeur. Le premier objectif de ce projet était d'évaluer l'activité antinéoplasique in vitro de la 5-AZA-CdR et de l'acide rétinoique (RA) dans deux lignées cellulaires tumorales NSCLC, soient Calu-1 et A549. La 5-AZA-CdR est un agent cytotoxique puissant pour ces lignées cellulaires tumorales. Une concentration de 5-AZA-CdR de 100 ng/ml administrée pendant 48 h a produit plus de 90% de mort cellulaire ( ou de perte de clonogénicité). Cette perte de clonogénicité a augmenté avec la dose et la durée du traitement. Dans la lignée cellulaire Calu-1, où le RARP est méthylé, la combinaison de la 5-AZA-CdR à 10 ng/ml et de l'acide rétinoique à 0.1 et 1 µM a permis d'obtenir une interaction antinéoplasique synergique au niveau du potentiel clonogénique des cellules tumorales pulmonaires Calu-1. Cette combinaison a aussi permis d'obtenir une interaction antinéoplasique additive au niveau du potentiel clonogénique chez les cellules tumorales A549, une lignée cellulaire où le gène RARP n'est pas méthylé. Le deuxième objectif était de déterminer l'état de méthylation du gène RARP dans les biopsies de cancer pulmonaire humain et dans les tissus normaux adjacents. La méthode employée était le PCR spécifique à la méthylation (MSP), avec des amorces spécifiques pour la méthylation et pour la non-méthylation du gène RARP. Les résultats ont montré que la région promotrice du gène RARP était hyperméthylée dans 28% des biopsies de cancer pulmonaire. La plupart des tissus normaux adjacents n'étaient pas méthylés dans la région promotrice du RARf3. Le troisième objectif était de cloner et de séquencer la région promotrice du RARP des cellules d'adénocarcinome du colon DLD-1 et d'une biopsie tumorale pulmonaire afin chromosomique affectant la région 3p24, où le gène RARP est situé, est fréquente. La mutation du gène RARP est cependant rare. Le gène RARP n'est pas exprimé dans la majorité des lignées cellulaires tumorales NSCLC et dans des tumeurs pulmonaires primaires. L 'hyperméthylation de la région promotrice du gène RARP pourrait être un mécanisme alternatif aux délétions et aux mutations dans l'inactivation de ce gène suppresseur de tumeur. Le premier objectif de ce projet était d'évaluer l'activité antinéoplasique in vitro de la 5-AZA-CdR et de l'acide rétinoique (RA) dans deux lignées cellulaires tumorales NSCLC, soient Calu-1 et A549. La 5-AZA-CdR est un agent cytotoxique puissant pour ces lignées cellulaires tumorales. Une concentration de 5-AZA-CdR de 100 ng/ml administrée pendant 48 h a produit plus de 90% de mort cellulaire ( ou de perte de clonogénicité). Cette perte de clonogénicité a augmenté avec la dose et la durée du traitement. Dans la lignée cellulaire Calu-1, où le RARP est méthylé, la combinaison de la 5-AZA-CdR à 10 ng/ml et de l'acide rétinoique à 0.1 et 1 µM a permis d'obtenir une interaction antinéoplasique synergique au niveau du potentiel clonogénique des cellules tumorales pulmonaires Calu-1. Cette combinaison a aussi permis d'obtenir une interaction antinéoplasique additive au niveau du potentiel clonogénique chez les cellules tumorales A549, une lignée cellulaire où le gène RARP n'est pas méthylé. Le deuxième objectif était de déterminer l'état de méthylation du gène RARP dans les biopsies de cancer pulmonaire humain et dans les tissus normaux adjacents. La méthode employée était le PCR spécifique à la méthylation (MSP), avec des amorces spécifiques pour la méthylation et pour la non-méthylation du gène RARP. Les résultats ont montré que la région promotrice du gène RARP était hyperméthylée dans 28% des biopsies de cancer pulmonaire. La plupart des tissus normaux adjacents n'étaient pas méthylés dans la région promotrice du RARf3. Le troisième objectif était de cloner et de séquencer la région promotrice du RARP des cellules d'adénocarcinome du colon DLD-1 et d'une biopsie tumorale pulmonaire afin d'identifier les sites de cytosines méthylés (5-MeC). Nous avons utilisé la méthode du séquençage génomique de l 'ADN traité au bisulphite. L'analyse du séquençage de I 'ADN a montré que les sites 5-MeC dans la région promotrice du RARP de la biopsie du cancer pulmonaire étaient les mêmes que ceux identifiés auparavant chez les cellules tumorales du colon DLD-1. D'autres résultats du séquençage de l'ADN sur des biopsies de cancer du sein ont confirmé que les sites 5-MeC sont conservés dans trois différentes types de tumeur: colon, poumon et sein. Le dernier objectif était d'étudier la pharmacocinétique de la 5-AZA-CdR chez deux patients atteints du cancer du sein métastatique. Le médicament 5-AZA-CdR a été donné par la voie i. v. pendant 8 h à une dose de 400 mg/m2 Les concentrations plasmatiques de la 5-AZA-CdR ont été estimées en utilisant un bio-essai basé sur l'inhibition de croissance des cellules leucémiques L1210 in vitro. À une vitesse d'infusion de 50 mg/m2/h, la concentration plasmatique à l'état d'équilibre était de 1.10 µg/ml chez la patiente M.R. et de 0.66 µg/ml chez la patiente G.H. Après la fin de l'infusion i.v., une disparition rapide de la 5-AZA-CdR dans le plasma a été observée chez les deux patientes, avec une demie-vie ( t Y:? ) respective de 11 min et de 13 minutes. On suggère que l'élimination totale de la 5-AZA-CdR chez ces deux patientes est due à la déamination par l'enzyme cytidine déaminase dans le foie ou dans d'autres organes. La conclusion est que le gène suppresseur de tumeur RARP peut être méthylé dans des biopsies tumorales de poumon. L 'hyperméthylation peut être un mécanisme alternatif qui résulte en une perte d'expression du RARp. Les résultats ont aussi montré que la 5-AZA­CdR est un agent cytotoxique puissant pour les lignées cellulaires tumorales pulmonaires. La 5-AZA-CdR peut être un médicament intéressant à être investigué dans les études cliniques du cancer du poumon, puisque d'autres gènes suppresseurs de tumeur sont méthylés dans le cancer pulmonaire. La méthode MSP pour le RARP pourrait être utilisée comme un test diagnostique pour dépister chez les patients avec un cancer du poumon, ceux chez qui le gène RARf3 est méthylé. Le rôle de RA comme thérapie dans le cancer du poumon n'est pas encore clair mais la combinaison de la 5-AZA-CdR et de RA pourrait améliorer le taux de réponse. Cette combinaison devrait être étudiée chez les animaux afin de vérifier son efficacité thérapeutique in vivo. / Lung cancer is the leading cause of cancer-related death in men and women in North America. Tobacco consumption is the principal cause of this disease. In advanced metastatic disease (stage IV), conventional chemotherapy is not very effective in improving the survival. Most current investigational drugs produèe only a modest increase in survival time. There is an urgent need for new therapeutic approaches for lung cancer. During the tumorigenesis of Iung cancer, there is an accumulation of a number of genetic lesions, predominantly in oncogenes and in tumor suppressor genes. It is thought that these latter genes require two inactivating events: loss of heterozygosity (LOH) of one allele and mutation of the other allele, to lose their fonction. Recent results have shown that DNA methylation, an epigenetic alteration, is another pathway that can inactivate tumor suppressor genes. Methylation plays a key role in tumor initiation and progression. Many tumor suppressor genes are hypermethylated in their promoter regions resulting in a silencing of their expression. Furthermore, 5-Aza-2 ' -deoxycytidine (5-AZA-CdR), an experimental drug, can activate the expression of these tumor suppressor genes by inhibiting DNA methylation. This drug has been shown to be effective in patients with acute leukemia who relapsed after conventional therapy, and in patients with myelodysplastic syndrome, a preleukemic syndrome. Our laboratory has obtained some good responses with 5-AZA-CdR in phase I study with patients with advanced metastatic lung cancer. This project was focused principally on the in vitro antineoplastic action of 5-AZA-CdR in Jung cancer and the possible role of the retinoic acid receptor J3 (RARJ3), a putative tumor suppressor gene in this disease. In non-small cell Jung cancer (NSCLC), allelic deletion of 3p24, location of the RARJ3 gene, occurs frequently, but mutations are rare. RARJ3 is poorly expressed in most NSCLC cell lines and primary tumors. Methylation of RARJ3 can be an alternative mechanism to cause loss of expression of RARJ3. The first objective of this project was to evaluate the in vitro antineoplastic activity of 5-AZA-CdR and retinoic acid (RA) against two human NSCLC cell lines, Calu-1 and A549. Using a colony assay, we found that 5-AZA-CdR is a potent cytotoxic agent against these cell Iines. Significant cytotoxic effects (>90% loss of clonogenicity) are produced by concentration as low as 100 ng/ml given as 48 h exposure. Loss of clonogenicity increased with dose and time of exposure. Moreover, combination treatment of 5-AZA-CdR at 10 ng/ml and RA at 0.1 and 1 µM, respectively, produced a moderate synergistic anti-neoplastic effect on colony formation of Calu-1 tumor cells, a cell line that shows signs of methylation of RARf3. This drug combination also produced an additive antineoplastic effect on A549 tumor cells, a cell line in which RARf3 is not methylated. The second objective was to determine the methylation status of RARJ3 in human lung tumor biopsies and in their corresponding adjacent normal tissues. The method used was methylation-specific PCR (MSP) with specific primers for methylation and unmethylation of RARf3. The results showed that in 28% of lung tumor biopsies the promoter region of RARf3 were hypermethylated. Most of the adjacent normal tissues showed no methylation of RARJ3 promoter region. The third objective was to clone and sequence the RARJ3 promoter in DLD-1 colon cells and Jung tumor biopsy to identify the positions of 5-methylcytosine. We used the bisulphite genomic sequencing protocol with minor modifications. DNA sequence analysis showed that the positions of 5-methylcytosine in the RARJ32 promoter region of the lung tumor biopsy were identical to that reported previously for DLD-1 colon carcinoma cells. Other results on DNA sequencing of breast tumor biopsies from our laboratory confirm the conserved pattern of methylation of cytosine residues in three different types of tumors: colon, lung and breast. The fourth objective was to study pharmacokinetics of 5-AZA-CdR in 2 patients with advanced breast cancer. The drug was given as one 8-h infusion at 400 mglm2. Plasma concentrations of 5-AZA-CdR were measured using a bioassay based on the in vitro growth inhibition of L 1210 leukemia cells. At a rate of infusion of 50 mg/m2 /hr the mean steady-state plasma concentrations were 1.10 µg/ml in patient M.R. and 0.66 µg/ml in patient G.H. After cessation of the infusion, rapid disappearance of 5-AZA-CdR from plasma was observed with elimination half-life (t112) of 11 min and 13 min, respectively, in these 2 patients. Total clearance values of 5-AZA-CdR suggest that this analogue was eliminated principally by cytidine deaminase in the liver in patient M.R., and by cytidine deaminase in the liver and other organs in patient G.H. In conclusion the results shown that 5-AZA-CdR is a potent cytotoxic agent to lung cancer cell Iines. They also indicate that the tumor suppressor gene RARf3 can be methylated in lung tumor biopsies. Methylation can be an alternative mechanism resulting in the loss of expression ofRARf3. Since other tumor suppressor genes have been reported to be methylated in Iung cancer, 5-AZA-CdR may be an interesting drug to investigate in future clinical trials in lung cancer. The MSP method for RARf3 has the potential to be used as a diagnostic test to screen patients in which Iung tumor biopsies show methylated RARf3. The role of RA in the therapy of lung cancer is not clear but, combination treatment of 5-AZA-CdR and RA may increase response rate. This combination treatment should be studied in animal tumor model to verify its therapeutical effects in vivo.