La leucémie myéloïde aigue (LMA), cancer du sang causé par une prolifération excessive des précurseurs myéloïdes à un stade précoce de maturation, est associée à une survie variant entre 20 et 30% à cinq ans en dépit des traitements de chimiothérapie les plus intensifs. L’antigène CD33 est exprimé chez les cellules malignes dans 90% des LMA ce qui en fait une cible de choix pour le développement d’immunoconjugué (IC). Trois IC composés d’un anticorps monoclonal anti-CD33 couplé à la maytansine, une toxine s’attaquant aux fuseaux mitotiques, ont été créés. Nous avons étudié l’effet de ces IC sur des cellules primaires et des lignées cellulaires LMA et étudier les mécanismes pouvant expliquer différents niveaux de sensibilité. Les études effectuées ont permis de déterminer que le niveau d’expression du CD33 n’explique pas la variation de sensibilité face aux IC. Il a été démontré que les IC anti-CD33 sont internalisés rapidement par la cellule et que le conjugué est retrouvé au niveau de l’endosome en premier lieu. Il a été confirmé que le lysosome est essentiel à l’effet anti-mitotique induit par le conjugué. Aussi, il est proposé que la protéine SOCS3 pourrait jouer un rôle dans la résistance aux IC anti-CD33 en dirigeant le complexe IC-CD33-SOCS3 vers le protéasome et ainsi empêcher la libération du composé toxique par le lysosome. Nous avons aussi conclu que les variations d’agent de liaison et l’augmentation du nombre de molécules toxiques entre les 3 IC n’ont pas été suffisantes pour augmenter leur efficacité à éliminer les cellules LMA. L’évaluation de ces IC ainsi que l’identification des mécanismes de résistance permettra de cibler les patients les plus susceptibles de bénéficier de ce type de traitement et potentiellement d’identifier de nouvelles voies pour améliorer l’efficacité des traitements. / Acute myeloid leukemia (AML), a cancer where hematopoietic precursors are arrested in an early stage of development, is associated with a poor survival rate of 20 to 30% over five years, despite intensive chemotherapy treatments. In approximately 90% of AML cases the malignant cells express CD33 antigen, which makes it a target of choice for development of immunotoxin based therapy. Three immunoconjugates (IC) composed of anti-CD33 monoclonal antibody coupled with maytansine derivative, which prevent tubulin polymerization and thus formation of mitotic spindle, were designed. These three IC were tested for their activity against several AML cell lines and primary AML patient cells and we investigate mechanisms responsible for variation in sensitivity to IC treatment. In this report, we show that differences in number of CD33 molecules on AML cell surface does not explain the observed differences in IC sensitivity. We demonstrate that binding of huMy9-6 antibody to CD33 induces rapid internalization and that it is first process through endosome. We confirm that lysosomal processing is essential for the antimitotic effect induced by IC treatment. Also, we provide evidence that SOCS3 protein may play a role in resistance of AML cells to anti-CD33 therapy by directing IC-CD33-SOCS3 complex to the proteasome and therefore affecting lysosomal decoupling of IC-CD33 and intracellular release of maytansine derivatives. Finally, the linkers and maytansine derivative modifications were not sufficient to increase sufficiently the efficacy of conjugates to eliminate higher numbers of AML cells. The identification of mechanisms responsible for increased resistance of AML cell lines and primary AMLs may allow us to identify IC responsive AML cells and also identify strategies to improve the efficacy of IC treatment.

Cette étude porte sur le mouvement non conventionnel en oncologie et tend à évaluer l’impact des MCA conjointement en termes de bénéfices, de risques et de dérives chez les patients atteints de cancer. Notre démarche comparative explore le vécu de 32 patients utilisant ou non les MCA, de façon complémentaire ou alternative aux traitements curatifs. Un entretien semi-directif unique a été mené auprès de chaque patient dans l’objectif d’identifier les processus communs et distincts entre les différents groupes. Un livret de questionnaire leur a également été remis afin de rendre compte des caractéristiques du mouvement hétérodoxe. L’analyse du discours révèle que le recours aux MCA influence positivement le vécu de la maladie sur l’ensemble des dimensions de la personne, mais détériore la représentation de la médecine allopathique et la relation soignant/soigné. Le refus de traitements curatifs chez les utilisateurs de MCA est lié à un univers de croyances invalidantes qu’ils développent. L’analyse des échelles suggère que le recours aux MCA améliore la perception de la santé globale, réduit la symptomatologie dépressive, mais reste sans effet sur l’anxiété. Le recours alternatif aux MCA est lié aux croyances d’attribution causale interne et de contrôle religieux, mais pas à celle d’un contrôle sur l’évolution de la maladie. L’intégration des MCA en oncologie apparaît pertinente et nécessaire pour améliorer la prise en charge des malades, mais doit pouvoir se déployer avec prudence et de façon progressive au regard des risques et des dérives de certaines pratiques hétérodoxes. / This study examines the unconventional movement in Oncology and aim to assess the impact of CAM jointly in terms of benefits, of risks and derivatives in patients with cancer.Our comparative approach explores the experience of 32 patients using or not the CAM of complementary or alternative to curative treatments. A unique semi directive interview was conducted with each patient in order to identify common and distinct processes between differents groups. A questionnaire booklet was also been handed them to end to account characteristics of the unconventional movement.Analysis of the speech shows that the use of CAM affects positively the experience of the illness across the dimensions of the person, but deteriorates the representation of allopathic medicine and the patient-caregiver relationship. The refusal of curative treatments among users of CAM is linked to a universe of disabling beliefs they develop.The analysis of scales suggests that the use of CAM improves the perception of global health, reduces the depressive symptomatology, but has no effect on anxiety. The alternative use of CAM is related to internal causal attribution and control beliefs, but not to control over the course of the disease. The integration of CAM in oncology appears relevant and necessary to improve the care of patients, but should be able to be deployed with caution and progressively in the light of the risks and derivatives of certain heterodox practices.

La Protéine Kinase CK2 est une enzyme tétramérique composé d'un dimère de sous-unité régulatrice (β) et de deux sous-unités catalytiques, CK2α et/ou CK2α'. La sous-unité catalytique de CK2 est constitutivement active alors que la sous-unité régulatrice régule seulement la sélection des substrats phosphorylés par CK2. CK2 est une Ser/Thr protéine kinase ubiquitaire impliquée dans le contrôle de nombreuses voies de signalisations. La dérégulation de CK2 promeut le développement des cancers et il a été démontré que CK2 est une cible pertinente dans le traitement des cancers. Notre objectif était de cibler la protéine kinase CK2 de manière indépendante du site actif. Deux séries de composés ont été étudiés : Basé sur un premier hit faiblement actif (CI50 = 30 μM) mais inhibant CK2 de manière non- ATP compétitive, des dérivés comportant le noyau 2-aminothiazole ont été synthétisés et un composé actif (CI50 = 0,6 μM) et efficace in cellulo a été obtenu. Grace à des expériences sur des mutants ponctuels de CK2, des expériences de dichroïsme circulaire, de la STD-RMN et de la modélisation moléculaire, le site de fixation de nos inhibiteurs a été précisément défini à l'interface de la boucle riche en glycine et de l'hélice-αC. Des inhibiteurs de l'interaction α/β ont été étudiés à partir d'un peptide cyclique jusqu'au développement de petites molécules via un screening virtuel. Des études de relations structure-activité ont été réalisé sur la série de composés synthétisées et des tests cellulaires ont été mis en place afin d'évaluer ces composés. Les deux classes de molécules décrites sont des outils intéressants pour comprendre la régulation physiologique de la protéine kinase CK2 et des opportunités prometteuses dans le traitement de certains cancers / The protein kinase CK2 is a tetrameric enzyme composed of a dimer of regulatory subunits (β) and two catalytic subunits, CK2α and/or CK2α’. The catalytic subunit of CK2 is constitutively active, while the regulatory subunit modulates the selectivity toward a subset of substrate proteins. CK2 is a ubiquitous Ser/Thr protein kinase involved in the control of various signaling pathways, and dysregulation of CK2 promotes cancer development. CK2 has been proved to be a valuable target in cancer treatment. Our objective was to target CK2 outside the ATP-pocket. Two independent classes of compounds were studied: Based on a first hit with a low potency (IC50 = 30 μM) but a non-ATP competitive mechanism of action, several 2-aminothiazole derivatives were synthesized to lead to a potent (IC50 = 0.6 μM) and cell efficient allosteric inhibitor of CK2. Using single mutation scanning, CD spectrometry, STD-NMR and docking experiments, the binding site of our compounds was precisely defined outside the ATP-pocket, at the interface of the glycine-rich loop and the αC-helix. Inhibitors of the α/β interaction were studied from a small cyclic peptide to the development of small molecules through Virtual Ligand Screening. Structures Activity Studies were conducted on the synthesized derivatives and cellular based assays to evaluate the α/β inhibitors were set up. The two classes of compounds developed herein are valuable tools to understand the physiological regulation of the protein kinase CK2, and potential new opportunities in cancer treatment / Das Protein Kinase CK2 ist ein tetrameres Enzym, das aus einem Dimer von regulatorischen Untereinheiten (β) und zwei katalytischen Untereinheiten (CK2α und/oder CK2α’) besteht. Die katalytische Untereinheit der CK2 ist konstitutiv aktiv, während die regulatorische Untereinheit die Auswahl einiger der durch CK2 phosphorylierten Substrate steuert. CK2 ist eine ubiquitäre Proteinkinase, die an der Kontrolle zahlreicher Signalwege beteiligt ist. Eine Fehlregulation der CK2 fördert die Tumorenstehung. Es konnte gezeigt werden, dass CK2 eine vielversprechende Zielstruktur für die Entwicklung neuer Therapeutika ist. Unser Ziel war es, neue Hemmstoffe der Proteinkinase CK2 zu entwickeln, die an anderen Stellen als dem aktiven Zentrum angreifen. Zwei Serien von Verbindungen sind untersucht worden: Basierend auf einem ersten schwach aktiven “Hit” (IC50 = 30 μM), der einen nicht-ATPkompetitiven Wirkmechanismus aufwies, wurden einige neue 2-Aminothiazol-Derivate synthetisiert. Dadurch wurden allosterische Inhibitoren mit einer deutlich gesteigerte Potenz (IC50 = 0,6 μM) und einer beachtlichen Zellaktivität erhalten. Mittels eines CK2- Punktmutanten-Screenings, Zirkulardichroismus-Spektrometrie, STD-NMR und molekularer Docking-Simulationen konnte die Bindestelle unserer Hemmstoffe außerhalb der ATPBindetasche, zwischen der Glycin-reichen Schleife und der αC-Helix, lokalisiert werden. Desweiteren wurden niedermolekulare Inhibitoren der α/β-Interaktion entwickelt, ausgehend von einem zyklischen Peptid sowie von Hitverbindungen aus einem virtuellen Screening. Neue Verbindungen wurden synthetisiert und die Struktur- Wirkungsbeziehungen analysiert; zusätzlich wurde ein Zellassay zur Überprüfung des postulierten Wirkmechanismus etabliert. Die beiden entwickelten Verbindungsklassen sind interessante Werkzeuge, um die physiologische Regulation der Proteinkinase CK2 näher zu analysieren; überdies stellen sie Ausgangspunkte für die Entwicklung neuartiger Krebstherapeutika dar

Au cours des dix dernières années, l’utilisation de l’imagerie par tomographie par émission de positrons (TEP) s’est rapidement développée en oncologie. Certaines tumeurs non visibles en imagerie anatomique conventionnelle sont détectables en mesurant l'activité métabolique dans le corps humain par TEP. L’imagerie TEP est utilisée pour guider la délivrance de traitements locaux tels que par rayonnement ionisants ou ablation thermique. Pour la délivrance de ces traitements, segmenter la zone tumorale avec précision est primordial. Cependant, la faible résolution spatiale des images TEP rend la segmentation difficile. Plusieurs études ont démontré que la segmentation manuelle est sujette à une grande variabilité inter- et intra- individuelle et est fastidieuse. Pour ces raisons, de nombreux algorithmes de segmentation automatiques ont été développés. Cependant, peu de données fiables, avec des résultats histopathologiques existent pour valider ces algorithmes car il est expérimentalement difficile de les produire. Le travail méthodologique mis en place durant cette thèse a eu pour but de développer une méthode permettant de comparer les données histopathologiques aux données obtenue par TEP pour tester et valider des algorithmes de segmentation automatiques. Cette méthode consiste à réaliser des autoradiographies quantitatives de spécimens prélevés lors de biopsies guidées par TEP/tomodensitométrie (TDM); l’autoradiographie permettant d’imager la distribution du radiotraceur dans les échantillons avec une haute résolution spatiale. Les échantillons de tissus sont ensuite finement tranchés pour pouvoir être étudiés à l’aide d’un microscope. L’autoradiographie et les photomicrographes de l’échantillon de tissus sont ensuite recalés à l’image TEP, premièrement en les alignant avec l’aiguille à biopsie visible sur l’image TDM, puis en les transférant sur l’image TEP. Nous avons ensuite cherché à utiliser ces données pour tester deux algorithmes de segmentation automatique d'images TEP, le Fuzzy Locally Adaptive Bayesian (FLAB) développé au Laboratoire de Traitement de l'Information Médicale (LaTIM) à Brest, ainsi qu’une méthode de segmentation par seuillage. Cependant, la qualité de ces données repose sur la précision du recalage des images TEP, autoradiographiques et des micrographes. La principale source d’erreur dans le recalage de ces images venant de la fusion des images TEP/TDM, une méthode a été développée afin de quantifier la précision du recalage. Les résultats obtenus pour les patients inclus dans cette étude montrent que la précision de la fusion varie de 1.1 à 10.9 mm. En se basant sur ces résultats, les données ont été triées, pour finalement sélectionner les données acquises sur 4 patients jugées satisfaisantes pour tester les algorithmes de segmentation. Les résultats montrent qu’au point de la biopsie, les contours obtenus avec FLAB concordent davantage avec le bord de la lésion observé sur les micrographes. Cependant les deux méthodes de segmentation donnent des contours similaires, les lésions étant peu hétérogènes. / During the last decade, positron emission tomography (PET) has been finding broader application in oncology. Some tumors that are non-visible in standard anatomic imaging like computerized tomography (CT) or ultrasounds, can be detected by measuring in 3D the metabolic activity of the body, using PET imaging. PET images can also be used to deliver localized therapy like radiation therapy or ablation. In order to deliver localized therapy, the tumor border has to be delineated with very high accuracy. However, the poor spatial resolution of PET images makes the segmentation challenging. Studies have shown that manual segmentation introduces a large inter- and intra- variability, and is very time consuming. For these reasons, many automatic segmentation algorithms have been developed. However, few datasets with histopathological information are available to test and validate these algorithms since it is experimentally difficult to produce them. The aim of the method developed was to evaluate PET segmentation algorithms against the underlying histopathology. This method consists in acquiring quantitative autoradiography of biopsy specimen extracted under PET/CT guidance. The autoradiography allows imaging the radiotracer distribution in the biopsy specimen with a very high spatial accuracy. Histopathological sections of the specimen can then obtained and observed under the microscope. The autoradiography and the micrograph of the histological sections can then be registered with the PET image, by aligning them first with the biopsy needle seen on the CT image and then transferring them onto the PET image. The next step was to use this dataset to test two PET automatic segmentation algorithms: the Fuzzy Locally Adaptive Bayesian (FLAB) developed at the Laboratory of Medical Information Processing (LaTIM) in Brest, France, as well as a fix threshold segmentation method. However, the reliability of the dataset produced depends on the accuracy of the registration of the PET, autoradiography and micrograph images. The main source of uncertainty in the registration of these images comes from the registration between the CT and the PET. In order to evaluate the accuracy of the registration, a method was developed. The results obtained with this method showed that the registration error ranges from 1.1 to 10.9mm. Based on those results, the dataset obtained from 4 patients was judged satisfying to test the segmentation algorithms. The comparison of the contours obtained with FLAB and with the fixed threshold method shows that at the point of biopsy, the FLAB contour is closer than that to the histopathology contour. However, the two segmentation methods give similar contours, because the lesions were homogeneous.

Un problème majeur du cancer est l'apparition de métastases, difficiles à détecter par l'imagerie médicale et qui peuvent progresser rapidement. Par le biais de la modélisation mathématique, nous espérons développer de nouveaux outils capables d'anticiper l'état métastatique d'un patient.Les deux premières parties de cette thèse sont dédiées au développement d'un tel outil, l'objectif étant sonutilisation chez l'animal voire en clinique. Dû aux variabilités intra- et inter-individuelles, nous sommes amenés à utiliser des modèles statistiques coûteux en temps de calcul.Dans la partie 1, nous étendons une approche introduite par Iwata et al. et développée dans l'équipe. Nousproposons une résolution numérique plus efficace basée sur la reformulation du modèle sous formed'équation intégrale de Volterra de type convolution, qui s'avère également utile pour montrer despropriétés théoriques du modèle. En outre, nous étudions une extension stochastique de ce modèle déterministe.Dans la partie 2, nous montrons que notre approche est adaptée à la description de données souris. Utilisant le cadre statistique des modèles nonlinéaires à effets mixtes, nous construisons un modèle métastatique identifiable à partir des données et nous interprétons les résultats biologiquement.La partie 3 regroupe des résultats issus de collaborations avec des biologistes. Nous avons commencé àmodéliser la croissance tumorale à partir d'observations par imagerie SPECT en utilisant un modèle deGyllenberg et Webb. D'autre part, afin d'améliorer la précision des observations SPECT, nous testons des techniques dedétection de contours via des méthodes volumes finis basées sur des schémas DDFV. / Metastasis is one of the major problems of cancer because metastases areoften difficult to detect by clinical imaging and may develop rapidly. With the help of mathematical modelling, we hope to developnew tools capable of anticipating the metastatic state of a patient.The first two parts of this thesis are dedicated to developing such a tool, destined for a preclinical oreven clinical use. As tumour growth dynamics vary strongly between individuals and since observations are often sparse andnoisy, we need to consider computationally expensive statistical tools.In the first part, we extend an approach introduced by Iwata et al. and developed by Barbolosi et al. In particular, wepropose a more efficient numerical resolution based on a model reformulation into a Volterra integral equation of convolutiontype. This reformulation also permits to prove theoretical model properties (regularity and identifiability). Moreover, we study a stochastic generalisation of this deterministic model.In the second part, we will show that our approach is suitable for the description of experimental data on tumour-bearing mice.Using the statistical framework of nonlinear mixed-effects modelling, we build a metastatic model that is identifiable fromour data. We then interpret the results biologically.The last part of this thesis contains several results obtained in collaboration with biologists. We have started to model tumourgrowth with data obtained from SPECT imaging, using a model by Gyllenberg and Webb. Also, in order to improve the precision ofSPECT data, we have tested contour detection methods via finite volume methods based on DDFV schemes.

Afin d'analyser les données in vitro de l'effet de l'erlotinib sur la croissance des cellules A431 suivie par impédance-métrie, nous avons développé un modèle pharmacocinétique - pharmacodynamique non linéaire décrivant simultanément la diminution de la concentration d'erlotinib et son effet sur la croissance cellulaire au cours du temps. La non-linéarité du modèle imposant le recours à des méthodes itératives pour l'estimation des paramètres, plusieurs étapes de la procédure d'identification du modèle ont été étudiées et des solutions proposées, avec des exemples d'application à des molécules utilisées en oncologie:Choix du critère d'optimisation à employer - supériorité de la relation fonctionnelle de la moyenne géométrique pour l'identification de modèles non linéaires. Application données réelles: courbe de calibration d'une expérience de dosage ELISA du bevacizumab. Choix de l'algorithme d'optimisation le plus approprié au problème d'identification du processus pharmacocinétique. Les algorithmes dérivatifs sont les plus performants. Application données réelles: estimation simultanée des paramètres du modèle pharmacocinétique du 5-fluorouracile et de son métabolite principal.Transformation de la forme différentielle initiale du modèle en temps continu vers un modèle récursif en temps discret. Par ce moyen le modèle devient linéaire en ses paramètres, ce qui permet d'estimer directement les paramètres sans utiliser d'algorithme d'optimisation. Il devient également possible de suivre les variations des paramètres au cours du temps. Application données réelles: pharmacocinétique de la fotemustine, de la mitoxantrone et du 5-fluorouracile. / A nonlinear pharmacokinetic-pharmacodynamic model has been devised do simultaneously describe the loss of erlotinib and its effect on the cell growth over time, in order to analyze impedance-based data of erlotinib effect on A431 cells growth in vitro over time. The model non-linearity requiring the use of iterative methods for parameter estimation, several steps of the model identification were studied, and solutions proposed, with application examples to cancer drugs :Choice of the optimization criterion - superiotity of the geometric mean functionnal relationship for non-linear model identification. Real data application : calibration curve of a bevacizumab ELISA quantification experiment.Choice of the most appropriate algorithm for the pharmacokinetic process identification problem. The derivative algorithms perform better. Real data application : simultaneous identification of the 5-fluorouracil and of its main metabolite pharmacokinetic system.Transform of the differential initial continuous-time model in a recursive discrete time model. The transformed model becomes linear with respect to its parameters, allowing straightforward parameter estimation without using any optimization algorithm. It is then also possible to track the parameter variations over time. Real data application : pharmacokinetic model parameter estimation of fotemustine, mitoxantrone and 5-fluorouracil.

La prise en charge du cancer reste dépendante de l’utilisation des agents cytotoxiques, avec les analogues nucléosidiques. Au-delà de leur similarité structurelle, certains de ces composés partagent une voie métabolique commune, où la cytidine déaminase apparaît comme enzyme majeure. L’existence d’une variabilité génétique et/ou phénotypique de la CDA nous a mené à nous intéresser aux relations entre le statut CDA et l’issue clinique des patients afin de déterminer si la CDA pouvait être considérée comme biomarqueur d’issue clinique chez les patients.Nos travaux personnels ont consisté à évaluer deux techniques permettant de mesurer l’activité de la CDA. Nous avons publié le premier cas mondial de toxicités mortelles sous azacytidine chez un patient CDA-déficient, ainsi que le premier cas de déficience en CDA et de toxicités sous cytarabine causées par la présence d’une variation génétique du gène CDA chez une patiente transplantée hépatique. L’influence du statut CDA a également été étudiée chez deux patients traités par azacytidine. Concernant la gemcitabine, nous avons démontré l’impact délétère en terme d’efficacité de l’augmentation de l’activité CDA chez les patients, ainsi que les résultats d’une étude multicentrique prospective dont le but était de déterminer si la CDA pouvait être un marqueur prédictif de l’apparition des toxicités sous gemcitabine, avec une étude pharmacocinétique en support. Les travaux préliminaires du pyroséquençage partiel de la CDA sur technologie Roche® sont présentés. L’ensemble de ces travaux de thèse confirme l’intérêt d’évaluer le statut CDA chez les patients susceptibles de recevoir une thérapie à base d’analogues nucléosidiques. / Nowadays, the management of cancer pathology remains largely dependent on the use of cytotoxic agents, including nucleoside analogs, used in a variety of settings. Beyond their structural similarity, some of these compounds also share a common metabolic pathway, wherein the cytidine deaminase (CDA) plays a pivotal role. The existence of constitutional genetic and / or phenotypic variability in CDA prompted us to study the relationships between the CDA status and clinical outcome in patients, and to determine if the constitutional CDA could be considered as a biomarker of efficacy and toxicity in patients treated with this class of drugs.Our personal work first consisted in evaluating two methods to measure the CDA enzymatic activity, in terms of robustness and cost. Then we published the first case-report of life-threatening toxicities in a CDA-deficient patient treated with azacytidine, and the first case of CDA deficiency and cytarabine-caused toxicities correlated with presence of a genetic variation in CDA gene in a liver-transplant patient. The influence of CDA status was also assessed in two patients treated with azacytidine. Regarding gemcitabine, we present the impact of an increase in CDA activity on loss of efficacy in patients, and the results of a prospective multicenter study whose purpose was to determine whether the CDA could be a predictive marker of the occurrence of gemcitabine-toxicities, with a pharmacokinetic study support. Finally, preliminary data on partial Roche®-pyrosequencing of CDA, also presented.All these thesis work confirms the interest to evaluate the CDA status in patients likely to receive a nucleosidic analogues-based therapy.

L'ADN tumoral circulant (ADNtumc) est apparu depuis plusieurs années comme un biomarqueur prometteur susceptible d'apporter des informations permettant l'optimisation de la prise en charge du patient en oncologie. L'objectif de cette thèse était double et s'articule autour de deux axes : i) évaluer différentes conditions préanalytiques et analytiques (digitale PCR (dPCR) principalement) pour la détection de ce biomarqueur ii) évaluer l'intérêt clinique potentiel de ce biomarqueur en oncologie digestive. La première partie rapporte 3 travaux (3 articles originaux dont une collaboration nationale (équipe parisienne dirigée par J. Tost)). Dans le travail n°1, nous avons montré la faisabilité de détecter l'ADNtumc par dPCR directement à partir du plasma de 43 prélèvements de patients avec cancer colorectal métastatique (CCRm). Il n'y avait pas de différence significative pour le taux de détection des mutations KRAS circulantes entre les groupes avec et sans extraction d'ADN (93 % (40/43) versus 88 °A) (38/43), respectivement). Dans le travail n°2, nous avons mis au point une méthode basée sur l'apport d'héparinase pour la détection d'ADNtumc à partir de 194 prélèvements héparinés de patients suivis en oncologie. Ce traitement des échantillons par l'héparinase permettait l'analyse de l'ADNtumc pour 117/194 (60 %) patients avec inhibition Préalable de la dPCR par l'héparine. Enfin, dans le travail n°3, nous avons comparé plusieurs plate-formes de détection d'ADNtumc et montré que la dPCR affichait des résultats de détection comparables sur le plan qualitatif et quantitatif avec une plateforme ultrasensible d'Enhanced-ice-COLD-PCR (E-ice-COLD-PCR) pour les échantillons avec une fréquence allélique d'ADNtumc >0,4 °A La deuxième partie rapporte 3 travaux (3 articles originaux) sur l'intérêt clinique de la détection d'ADNtumc par dPCR en oncologie digestive. Nous avons ainsi montré que ce biomarqueur conférait un intérêt diagnostique (travail n°4), Pronostique (travail n 4 à 6) et prédictif de la réponse aux traitements (travail n°6) chez les Patients avec adénocarcinome pancréatique (AP) (travail n°4) et CCRm (travail n°5 à 6). / For several years, circulating tumor DNA (ctDNA) has emerged as a promising biomarker providing relevant information to optimize patient care in oncology. The aim of this thesis was both: (i) to evaluate different preanalytical and analytical conditions (digital PCR (dPCR) mainly) for the detection of this biomarker; (ii) to evaluate the potential clinical interest of this biomarker in digestive oncology. The first part reports 3 works (3 original articles including a national collaboration (Parisian team led by J. lost)). In work no. 1, we have shown the feasibility of ctDNA detection by dPCR directly from the plasma of 43 samples from patients with metastatic colorectal cancer (mCRC). There was no significant difference in the detection rate of circulating KRAS mutations between groups with and without DNA extraction (93% (40/43) versus 88% (38/43), respectively). In work no. 2, we developed a method based on the heparinase addition for the ctDNA detection from 194 heparinized samples of patients followed in oncology. This treatment of samples by heparinase allowed the ctDNA analysis of 117/194 (60%) patients with prior inhibition of dPCR by heparin. Finally, in work no. 3, we compared several ctDNA detection platforms and snowed that dPCR displayed qualitatively and quantitatively comparable detection results with an ultrasensitive platform of E-ice-COLD-PCR for the samples with ctDNA allelic fraction ?.0 4%. The second part reports 3 works (3 original articles) on the clinical interest of the ctDNA detection by dPCR in digestive oncology. We have thus shown that this biomarker had a diagnostic (work no. 4). prognostic (works no. 4 to 6) and predictive response to treatments (work no. 6) interest in patients with pancreatic adenocarcinoma (work no. 4) and mCRC (works no. 5 to 6).

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) est une modalité d’imagerie médicale en pleine expansion depuis une quinzaine d’années. En oncologie, la TEP au 18F-fluorodésoxyglucose (FDG) est devenue un outil essentiel pour la prise en charge des patients souffrant de cancer. Cependant il ne permet pas la détection et le suivi de tous les cancers, de nombreux radiotraceurs sont donc développés, plus ciblés et plus spécifiques que les analogues des substrats métaboliques. Durant ce travail de doctorat, la première étude TEP a été réalisée avec du 68Ga-DOTATOC dans un modèle préclinique de neuroblastome (NB) humain. Cette tumeur, qui présente des analogies avec les tumeurs neuroendocrines, exprime fréquemment des récepteurs de type 2 de la somatostatine (SSTR2). Nous avons comparé, le FDG au 68Ga-DOTATOC dans 3 modèles murins de différents NB humains, exprimant les SSTR2 avec une densité différente. La deuxième étude a comparé et évalué le FDG et un 68Ga-RGD, ligand des intégrines, sur des modèles murins de glioblastome (GB) humain surexpriment l’intégrine αvβ3. L’évaluation s’est faite dans le suivi de 4 groupes d’animaux traités ou non avec un anti-angiogénique et/ou une chimiothérapie. La troisième étude a comparé et évalué le 68Ga-RGD et le 18F-RGD-K5 dans un modèle murin, associant GB humain et carcinome pulmonaire humain, lors du suivi d’un traitement anti-angiogénique. Le 68Ga-DOTATOC et le FDG ont tous deux permis de visualiser les 3 différents modèles de NB. La fixation du FDG s’est avérée corrélée à celle du 68Ga-DOTATOC et, ex vivo, à l’expression des SSTR2 et du Ki-67. Le 68Ga-RGD, contrairement au FDG, a permis de discriminer les groupes répondeurs après 6 jours de traitement. Bien que les résultats soient concordants entre le 68Ga-RGD et le 18F-RGD-K5, celui-ci a permis une meilleure visualisation et un meilleur suivi sous traitement des GB. / Positron Emission Tomography (PET), a modality of functional medical imaging, has been developing for about 15 years. In oncology, 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) PET has become a main tool for cancer diagnosis. However, FDG cannot detect and monitor all types of cancer. Thus research is continuing, exploring new applications for other documented tracers and developing more specific and targeted tracers than analogues of metabolic substrates. The first study of this doctorate was done with 68Ga-DOTATOC PET in preclinical model of neuroblastoma (NB), which share some biologic properties with neuroendocrine tumours, frequently expressing somatostatin receptors subtype 2 (SSTR2). Our aim was to compare FDG and 68Ga-DOTATOC PET in 3 different mouse models of human NB that express SSTR2 at different levels. The second study compared FDG and 68Ga-RGD, a ligand of integrins, in a mouse model of human glioblastoma (GB) that overexpresses αvβ3 integrin. Both tracers have been evaluated in monitoring 4 groups of animals untreated or treated with an anti-angiogenic agent and/or chemotherapy. The third study compared the 18F-RGD-K5 and 68Ga-RGD in a mouse model bearing human GB and pulmonary carcinoma, which has a low expression of αvβ3 integrin. The potential of those tracers for monitoring an anti-angiogenic treatment was subsequently studied. Both 68Ga-DOTATOC and FDG allowed visualizing the different models of NB. There was a correlation between tumour uptake of FDG and of 68Ga-DOTATOC and, ex vivo, with SSTR2 and Ki-67. 68Ga-RGD, unlike FDG, discriminated responders after 6 days of treatment. Results with 18F-RGD-K5 and 68Ga-RGD were concordant, but 18F-RGD-K5 was more efficient than 68Ga-RGD for visualization and treatment monitoring GB.

Contexte: La chirurgie de cytoréduction combinée à la chimiothérapie hyperthermique intrapéritonéale (CHIP) à l'oxaliplatine (OX) est un standard de traitement pour certains patients sélectionnés atteints de carcinose péritonéale d'origine colorectale. Puisque le 5-FU potentialise l'action de l'OX lorsqu'administrés en intraveineux (IV), plusieurs groupes combinent empiriquement le 5-FU IV avec la CHIP à l'OX, mais cette pratique n'est pas soutenue par des données précliniques. Chez le rat, nous avons étudié l'impact du 5-FU IV sur la concentration péritonéale de l'OX dans le contexte d'une CHIP. Méthodes: Sous anesthésie générale, 24 rats Sprague-Dawley furent soumis à 4 différentes doses de 5-FU IV (0, 100, 400 et 800 mg/m²) et une dose fixe de CHIP à l'OX (460 mg/m²) perfusée à 40°C pendant 25 minutes. À 25 minutes, des échantillons de différents compartiments furent prélevés (péritoine, veine porte et veine cave) et les concentrations de 5-FU et OX furent mesurées par Chromatographie Liquide à Haute Performance. Résultats: La concentration péritonéale d'OX a augmenté significativement (17.0, 20.1, 34.9 et 38.1 nmol/g, p < 0.0001) avec chaque dose croissante de 5-FU (0, 100, 400 et 800 mg/m², respectivement). La concentration péritonéale d'OX a atteint un plateau entre les doses de 400 et 800 mg/m² de 5-FU IV. Conclusion: Le 5-FU IV potentialise la concentration péritonéale de la CHIP à l'OX. La dose optimale de 5-FU IV à administrer en combinaison avec la CHIP à l'OX semble être 400 mg/m². / Background: Cytoreductive surgery and hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) with oxaliplatin (OX) is a standard of care for selected patients with peritoneal carcinomatosis of colorectal origin. Because 5-FU is mandatory to improve efficacy of OX when used by systemic route, several teams now empirically combine intravenous (IV) 5-FU with HIPEC OX, but this practice has yet to be supported by preclinical data. Using a murine model, we studied the impact of IV 5-FU on peritoneal concentration of HIPEC OX. Methods: Under general anesthesia, 24 Sprague-Dawley rats were submitted to 4 different doses of IV 5-FU (0, 100, 400 and 800 mg/m²) and a fixed dose of HIPEC OX (460 mg/m²) perfused at 40°C during 25 minutes. At 25 minutes, samples in different compartments were harvested (peritoneum, portal vein and systemic blood) and the concentrations of 5-FU and OX were measured by high performance liquid chromatography. Results: Peritoneal concentration of OX was significantly higher (17.0, 20.1, 34.9 and 38.1 nmol/g, p < 0.0001) with increasing doses of 5-FU (0, 100, 400 and 800 mg/m², respectively). Peritoneal concentration of OX reached a plateau between 400 and 800 mg/m² of IV 5-FU. Conclusion: IV 5-FU enhances peritoneal concentration of HIPEC OX. The most efficient dose of IV 5-FU to be used in combination with HIPEC OX seems to be 400 mg/m².