Le cancer de la prostate est la tumeur cancéreuse la plus fréquente chez l'homme. Quand la prostate reste en place et subit un traitement par irradiation, le PSA diminue lentement et progressivement pour atteindre son nadir parfois 18 à 24 mois après la fin de l'irradiation sans hormonothérapie. Avec une hormonothérapie associée, le PSA chute brutalement sans qu'il soit possible de discerner l'impact respectif de l'hormonothérapie et de l'irradiation sur le PSA. La valeur de PSA idéale devant être atteinte après irradiation et le délai d'apparition idéal de ce nadir sont inconnus. Même quand une valeur satisfaisante du nadir du PSA a été atteinte, des fluctuations du PSA au cours du temps sont présents avec un effet « rebond » dans 20 à 40% des cas.La spectroscopie du proton par RMN permet d'évaluer les concentrations de Choline, métabolite dont la concentration est souvent augmentée en cas de processus tumoral, et les concentrations de Citrate. La synthèse et l'oxydation du Citrate sont des éléments déterminants du métabolisme normal, des capacités fonctionnelles, de croissance, de reproduction et de survie des cellules prostatiques. L'objectif de notre travail était d'évaluer la faisabilité de la spectroscopie 3D du proton par RMN sur l'ensemble de la glande prostatique à 3T sans antenne endorectale chez des patients présentant un cancer de prostate localisé traité par une irradiation, avec ou sans hormonothérapie. Dans un premier temps, nous avons établi une classification des spectres en 5 classes (bénin à malin), à partir d'un groupe témoin de patients traités par prostatectomie radicale. Cette classification nous a permis de mettre en évidence une forte corrélation entre la présence de spectres pathologiques, le volume tumoral métabolique établit à partir de la classification prédéfinie et les facteurs pronostiques validés du cancer de la prostate qui sont utilisés dans la pratique clinique. Parallèlement, un protocole prospectif de recherche clinique visant à Evaluer la Réponse après une Irradiation par Spectroscopie (ERIS) a été mis en place pour surveiller les patients irradiés, avec ou sans hormonothérapie, par la réalisation répétée d'une IRM multiparamétrique pendant 2 ans. Des résultats préliminaires nous ont permis d'observer une corrélation entre la valeur de Choline sécrétée par la prostate en totalité et la valeur du PSA obtenue un an après irradiation. Avec plus de recul, nous avons observé une forte corrélation entre la valeur du PSA à 1 an et les valeurs de Choline et de Citrate sécrétés par la prostate, 3 mois après la fin d'une irradiation, alors que l'ADC en IRM de diffusion et la valeur de la pente reflétant la prise de contraste mesurée sur une IRM de perfusion dynamique n'étaient pas corrélés au PSA.L'ensemble de ces résultats confirme que la concentration de Choline évaluée à 3 mois parait plus pertinente que la valeur du PSA pour prédire précocement la réponse thérapeutique. La diminution du métabolisme du Citrate pourrait être un nouveau biomarqueur de la radiosensibilité individuelle des patients présentant un cancer de prostate localisé traité par irradiation / Prostate cancer is the most frequent tumour affecting the male population. When the prostate is not removed and is treated with radiation therapy, PSA slowly decreases over time to reach its nadir, even sometimes 18 to 24 months after the completion of radiation therapy without combined androgen suppression therapy. When combined with hormones, PSA falls abruptely with no possibility to perceive the impact of either hormones or radiation effects on PSA.The optimal value of PSA that should be reached after radiation therapy (nadir) and time to this nadir are still unclear.Even when a satisfactory value of the PSA nadir is reached, on-going variations of the PSA and its “bounce” effects, which occurs in 20% to 40% of the cases.Proton magnetic resonance spectroscopy allows one to assess the relative concentration of Choline and Citrate. Choline is a metabolite of whose concentration is often increased in the presence of a tumour, whereas the synthesis and the oxidation of Citrate are two decisive elements of the normal metabolism, functional abilities, growth, reproduction and survival of prostatic cells. This MR technique can be performed in combination with diffusion-weighted MRI and DCE-MRI (multiparametric MRI).The goal of our study was to evaluate the feasibility of a 3D CSI proton MR spectroscopy of the entire prostate gland at 3.0 Tesla without an endorectal coil among patients with a localised prostate cancer treated with radiation therapy, with or without hormones. We first have classified spectra in a 5-point scale (from benign : class I, to malign : class V) based on a control group with radical prostatectomy as the standard of reference. This classification enabled us to establish a strong correlation between malignant spectra or the metabolic tumor volume and clinically validated prognostic factors.In parallel, a prospective clinical trial of which the aim is to Evaluate the Response to Irradiation with proton MR Spectroscopy (ERIS trial) has been set up to follow patients with serial multiparametric MRI over 2 years after radiation therapy. Sextant-biopsies of the prostate were performed at 6 months and 12 months. Preliminary results after one year of follow-up showed a correlation between the Choline value measured in the whole prostate and the PSA value reached one year after radiation therapy. With a longer follow-up, we have performed a new analysis to evaluate the benefit of multiparametric MRI and the place of each sequence to evaluate the radiation response. We found a strong correlation between the PSA value observed at 1 year and the Choline and Citrate values measured as early as 3 months after the completion of radiotherapy, whereas ADC value from diffusion-weighted MRI and the slope of the contrast uptake from DCE-MRI, were not correlated with PSA. All our results confirm that the Choline concentration seems to be a more relevant biomarker to predict an early radiation response. The decrease of the Citrate metabolism could become a new biomarker of individual radiosensitivity among patients with a localized prostate cancer

Die Rheumatoide Arthritis (RA) ist eine der häufigsten Autoimmunerkrankungen des Menschen. Sie ist durch einen chronischen Verlauf mit Allgemeinsymptomen und erosiven Gelenkentzündungen gekennzeichnet. Die klinischen Beschwerden reichen von Morgensteifigkeit der Gelenke bis zu deren Funktionsverlust mit Deformationen. Extraartikuläre Manifestationen, vor allem das kardiovaskuläre System betreffend, erschweren den Krankheitsverlauf und verkürzen die Lebenserwartung. In der Pathogenese der RA steht die Synovitis, die Entzündung der Gelenkinnenhaut, im Mittelpunkt. Die Ansammlung von Lymphozyten und Monozyten in der Synovialmembran und sezernierte proinflammatorische Zytokine bewirken eine Aufrechterhaltung des Entzündungsgeschehens. Das hauptsächlich von Monozyten produzierte Zytokin Tumornekrosefaktor (TNF) spielt eine entscheidende Rolle in diesem Immunprozess. TNF stimuliert Fibroblasten zur Sezernierung destruktiver Enzyme und regt zur Produktion weiterer, proinflammatorischer Botenstoffe an. Klassischerweise wirkt TNF in seiner löslichen Form und bindet an TNF-Rezeptoren auf nahezu allen Körperzellen. Ein weiterer Wirkmechanismus ist die retrograde Signaltransduktion über membranständiges TNF (tmTNF). Die Funktion von tmTNF, als Rezeptor Signale in die tmTNF-tragende Zelle zu vermitteln, wird als Reverse Signaling bezeichnet. Es ist bekannt, dass Reverse Signaling via tmTNF in Monozyten von RA-Patienten Apoptose auslöst und in weiteren komplexen Immunprozessen involviert ist. Die Bedeutung von TNF für die Rheumatoide Arthritis wird nicht zuletzt dadurch unterstrichen, dass die anti-TNF-Therapie einen sehr wirksamen Therapieansatz darstellt. Die Behandlung führt bei ca. zwei Drittel der Patienten zu einer Reduktion der entzündlichen und schmerzhaften Gelenkschwellung und zu einem Sistieren der Gelenkdestruktion. Es ist jedoch bekannt, dass ein Teil der Patienten schlecht auf die Therapie anspricht. Das dadurch verzögerte Erreichen eines guten Therapieerfolgs führt zu einer Verlängerung des Leidens und zu unnötigen, zum Teil schwerwiegenden Nebenwirkungen. Gesundheitsökonomisch ist dies ebenfalls kritisch zu sehen, da mit hohen Behandlungskosten zu rechnen ist. Eine Vorhersage des Therapieansprechens ist jedoch aktuell nicht möglich. Ziel dieser Studie war es, einen prädiktiven Marker für das anti-TNF-Therapieansprechen bei Patienten mit RA zu finden. Dabei galt der Bedeutung des Reverse Signaling via tmTNF großes Interesse. In der Studie wurden 20 Patienten mit Rheumatoider Arthritis vor und während einer Therapie mit dem TNF-Antagonist Etanercept insgesamt 24 Wochen betreut. Die Erhebung klinischer Daten, wie die Anzahl der druckschmerzhaften und geschwollenen Gelenke, die Einschätzung der Krankheitsaktivität durch den Patienten auf einer visuellen Analogskala (VAS) und die Untersuchung der Entzündungsaktivität mit CRP und BSG, erfolgte einmalig vor und alle vier Wochen unter Therapie. Zur Einschätzung der Krankheitsaktivität wurde der Disease Activity Score (DAS) genutzt. Das Therapieansprechen wurde entsprechend einer Klassifikation und der Veränderung der einzelnen klinischen Parameter im Therapieverlauf gewertet. Auf der Suche nach einem prädiktiven Faktor wurden ebenfalls einmalig vor und alle vier Wochen während der Therapie mit Etanercept laborchemische Experimente durchgeführt. Dazu wurden aus dem Blut der RA-Patienten die Monozyten mit Hilfe einer Dichtegradientenzentrifugation und einer Magnetseparation isoliert. Diese wurden hinsichtlich ihrer Expression von tmTNF sowie TNFR1 und TNFR2 nach Inkubation mit entsprechenden Antikörpern durchflusszytometrisch untersucht. Weiterhin wurden die RA-Monozyten mit Etanercept bzw. einer Negativkontrolle inkubiert. Im Anschluss wurde die Apoptose der Monozyten mittels Durchflusszytometrie und Färbung mit Propidiumiodid bzw. Annexin V quantifiziert. Entsprechend den EULAR-Kriterien kam es bei 10 Patienten (53%) zu einem guten, bei 7 Patienten (37%) zu einem mittleren und bei 2 Patienten (10%) zu einem schlechten Ansprechen. Aufgrund der klinischer Beurteilung erfolgte eine Einteilung in zwei Gruppen, sodass unter den Patienten 10 Responder (53%) und 9 (47%) Non-Responder waren. Die Monozyten der RA-Patienten exprimierten tmTNF mit einer mittleren Fluoreszenzintensität (MFI) von 14,23 ± 3,04. Es wurde eine MFI für TNFR1 mit 31,84 ± 12,99 und für TNFR2 mit 30,02 ± 8,9 gemessen. Die Inkubation der RA-Monozyten mit Etanercept bzw. mit der Negativkontrolle ergab unterschiedliche Resultate innerhalb der Patientengruppe. Dabei wurde die Apoptose der Monozyten in Spontanapoptose (Negativkontrolle) und in Reverse Signaling induzierte Apoptose eingeteilt. Vor Beginn der anti-TNF-Therapie zeigte ein Teil der Patienten eine niedrige Spontanapoptose und eine erhöhte Reverse Signaling induzierte Apoptose. Die Monozyten der anderen RA-Patienten zeigten umgekehrt eine hohe Spontanapoptose und eine niedrige Reverse Signaling induzierte Apoptose. Im Folgenden wurde der Einfluss der Etanercept-Therapie auf die Apoptose der Monozyten untersucht. Es wurde ein Anstieg der niedrigen Spontanapoptose bzw. Reverse Signaling induzierte Apoptose und ein Abfall der hohen Spontanapoptose bzw. Reverse Signaling induzierte Apoptose gesehen. Bezieht man in die Analyse das Therapieansprechen mit ein, so ergibt sich für Responder eine initial hohe Spontanapoptose, die unter Therapie signifikant sinkt. Non-Responder hingegen haben vor Therapie eine niedrige Spontanapoptose, die unter einer Therapie mit Etanercept ansteigt. Für den Verlauf der Reverse Signaling induzierte Apoptose unter der anti-TNF-Therapie gab es keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich des Therapieansprechens. Im Fisher-Exact-Test zeigte sich eine deutliche Tendenz (p=0,07), dass Patienten mit niedriger Spontanapoptose bzw. hoher Reverse Signaling induzierter Apoptose zu Studienbeginn schlecht auf die Therapie ansprechen. Dieses Ergebnis konnte mit Einzelparametern verifiziert werden. Die Studie kam zu dem Schluss, dass RA-Patienten, deren Monozyten eine niedrige Reverse Signaling induzierte Apoptose bzw. eine hohe Spontanapoptose aufwiesen, besser auf eine anti-TNF-Therapie mit Etanercept ansprachen. Dieses Ergebnis kann hilfreich für die Entwicklung einer entscheidenden Diagnostik vor Therapieeinstellung sein und leistet einen Beitrag für die Vorhersage des Therapieansprechens.

バイオマーカーはある特定の疾病や体質に関与する生体内分子のことであり，個別化医療の実現に貢献する．時系列の遺伝子発現プロファイルはバイオマーカーの探索に有用であるが，サンプルサイズに対して遺伝子数が多い，遺伝子間の多重共線性，時系列の複雑さなどの課題があった．本研究では，これらの課題に対応した時系列の遺伝子プロファイルを用いたバイオマーカーの探索手法を提案し，その有効性を示した． / Biomarkers contribute to designing the therapy. Time-course gene expression profiles were useful for biomarker discovery. However, biomarker discovery using time-course gene expression profiles suffered from three difficulties, including (1) high dimensional data with small sample size and a large number of genes, (2) multi-collinearity among genes, and (3) complexity of time-course. To solve these problems, expanding elastic net for consistent differentiation (eENCD) and consolidating probabilities of multiple time points (CPMTP) as new biomarker discovery methods using time-course gene expression profiles, were proposed and evaluated. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

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