Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement d'un outil d'analyse multiparamétrique pour la quantification de biomarqueurs urinaires du cancer de la vessie.La première partie des travaux de recherche a pour objectif la sélection de marqueurs pour le diagnostic et la récidive des tumeurs urothéliales. Une première étude a permis l'évaluation de la sélectivité de marqueurs candidats dans des échantillons urinaires de patients atteints de cancer de la vessie. Cinq des vingt marqueurs initiaux ont été sélectionnés pour leur performance diagnostique, définissant le Panel 1 : VEGF, MMP9, IL8, PTGS2 et EN2. Une seconde étude a été réalisée afin d'évaluer le potentiel de marqueurs et de paramètres cliniques pour le diagnostic de la récidive des tumeurs urothéliales. Les échantillons urinaires évalués provenaient donc de patients présentant une récidive du cancer de la vessie et de patients ne présentant pas de récidive. Le Panel 2 a ainsi été défini, basé sur le modèle de régression multiple le plus performant. Il comprend les paramètres cliniques et moléculaires suivants : nombre de récidives antérieures, nombre de thérapies par BCG, stade de la tumeur au moment du diagnostic, CDH1, IL8, ErbB2, IL6, EN2 et VEGF.La seconde partie concerne le développement d'un test multiparamétrique pour la quantification des marqueurs sélectionnés. Il s'agit d'une plateforme automatisée, à haut-débit et sous un format de plaque de microtitration 96-puits. La méthode de quantification choisie est un immunoessai de type sandwich sous la forme de puce à protéines. Le développement de la plateforme a débuté avec le Panel 1 dont trois des cinq marqueurs (VEGF, MMP9 et IL8) ont été intégrés avec succès. Suite à la seconde étude de sélection de marqueurs, le développement de l'immunoessai multiparamétrique a été orienté vers le Panel 2. À l'exception du marqueur EN2, nécessitant une configuration d'immunoessai différente, tous les marqueurs du Panel 2 ont pu être intégrés à la plateforme / The work reported in this thesis focuses on the development of a multiplex analytical tool for the quantification of selected bladder cancer urinary biomarkers.The aim of the first part of this work is the selection of urinary biomarkers for the diagnosis and recurrence of urothelial tumors. A first study evaluated the selectivity of candidate markers in urine samples of bladder cancer patients. Five of the twenty initial markers were selected for their diagnostic performance. They define Panel 1: VEGF, MMP9, IL8, PTGS2 and EN2. A second study was then conducted to assess the potential of urinary markers and clinical parameters for the diagnosis of bladder cancer recurrence. Two types of urine samples were thus evaluated: samples from recurrent bladder cancer patients and samples from bladder cancer patients without recurrence. Panel 2 was then defined based on the best performing multivariate regression model. It includes the following clinical and molecular parameters: number of past recurrences, number of BCG therapies, tumor stage at diagnosis, CDH1, IL8, ErbB2, IL6, EN2 and VEGF.The second part involves the development of a multiplex test for the quantification of the selected markers. It is a high-throughput automated platform in a 96-well microtiter plate format. It was designed as a multiplex sandwich immunoassay based on a protein microarray. The platform development began with Panel 1 for which three of the five markers (VEGF, MMP9 and IL8) were successful integrated into a multiplex immunoassay. The end of the second marker selection study marked the development transition from Panel 1 to Panel 2. With the exception of EN2, requiring a different immunoassay configuration, all the Panel 2 markers were integrated into the platform

La cystoscopie est actuellement l'examen clinique de référence permettant l'exploration visuelle des parois internes de la vessie. Le cystoscope (instrument utilisé pour cet examen) permet d'acquérir une séquence vidéo des parois épithéliales de la vessie. Cependant, chaque image de la séquence vidéo ne visualise qu'une surface réduite de quelques centimètres carrés de la paroi. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif de construire une carte 3D reproduisant d'une manière fidèle les formes et les textures des parois internes de la vessie. Une telle représentation de l'intérieur de la vessie permettrait d'améliorer l'interprétation des données acquises lors d'un examen cystoscopique. Pour atteindre cet objectif, un nouvel algorithme flexible est proposé pour le calibrage de systèmes cystoscopiques à vision active. Cet algorithme fournit les paramètres nécessaires à la reconstruction précise de points 3D sur la portion de surface imagée à chaque instant donné de la séquence vidéo cystoscopique. Ainsi, pour chaque acquisition de la séquence vidéo, un ensemble de quelques points 3D/2D et une image 2D est disponible. L'objectif du deuxième algorithme proposé dans cette thèse est de ramener l'ensemble des données obtenues pour une séquence dans un repère global pour générer un nuage de points 3D et une image panoramique 2D représentant respectivement la forme 3D et la texture de la totalité de la paroi imagée dans la séquence vidéo. Cette méthode de cartographie 3D permet l'estimation simultanée des transformations 3D rigides et 2D perspectives liant respectivement les positions du cystoscope et les images de paires d'acquisitions consécutives. Les résultats obtenus sur des fantômes réalistes de vessie montrent que ces algorithmes permettent de calculer des surfaces 3D reproduisant les formes à retrouver.

Contexte. La chloration est le traitement le plus utilisé pour désinfecter l'eau distribuée à la population. Lors du traitement, des sous-produits de chloration (SPCs) se forment par réaction de la matière organique naturelle présente dans l'eau avec le chlore. Les produits les plus présents sont les trihalométhanes (THMs), les acides haloacétiques (HAAs). Des études toxicologiques (animales et in vitro) ont montré la génotoxicité et/ou carcinogénicité et la reprotoxicité de certains SPCs. Nous avons mené deux études évaluant les effets sur la santé humaine de l'exposition aux SPCs, dans le domaine du cancer et de la reproduction. Association entre exposition aux THMs et risque de cancer de la vessie : une analyse poolée de 3 études cas-témoins européennes. Cette analyse a inclus 2381 cas et 3086 témoins issus de 3 études cas-témoins (France, Espagne, Finlande). L'exposition environnementale aux SPCs a été mesurée par la concentration en THMs estimée rétrospectivement dans les réseaux de distribution d'eau au cours des 40 années de la fenêtre d'exposition. Les usages de l'eau connus sont l'ingestion, les douches et les bains, la fréquentation de piscine (étude espagnole seulement). Une relation croissante a été observée entre le niveau environnemental de THMs, la durée d'exposition à une eau de surface chlorée et le risque de cancer de la vessie, chez les hommes uniquement. Aucune association n'a été observée avec l'exposition via l'ingestion d'eau du robinet. L'exposition via les douches, les bains et la piscine est apparue liée au risque de cancer de la vessie. Trois études cas-témoins nord-américaines ont été intégrées dans une méta-régression. Aucune spécificité européenne de la relation dose-réponse n'a été mise en évidence. Une relation dose-réponse globale incluant 4351 cas et 7055 témoins a été estimée. Association entre exposition aux SPCs et risque de prématurité et de retard de croissance intra-utérin (RCIU). Cette étude est issue de la cohorte bretonne Pélagie (3400 femmes enceintes recrutées en début de grossesse entre 2002 et 2006). L'exposition pendant la grossesse a été mesurée à l'aide de 2 indicateurs : la concentration en THMs de l'eau distribuée dans les réseaux et le dosage d'un biomarqueur urinaire (acide trichloroacétique) pour un sous-échantillon de femmes (étude cas-témoins nichée). Les niveaux dans les réseaux proviennent de la base de données réglementaire SISE-Eaux. Les usages de l'eau du robinet par les femmes pendant la grossesse ont été collectés par questionnaire (quantité d'eau du robinet bue, fréquentation de la piscine, fréquence et durée des douches et des bains). Notre étude suggère une association entre l'exposition prénatale aux SPCs et le risque de RCIU. Aucune association n'est observée avec le risque de prématurité.

L'objectif de cette thèse est de faciliter le diagnostic du cancer de la vessie. Durant une cystoscopie, un endoscope est introduit dans la vessie pour explorer la paroi interne de l'organe qui est visualisée sur un écran. Cependant, le faible champ de vue de l'instrument complique le diagnostic et le suivi des lésions. Cette thèse présente des algorithmes pour la création de cartes bi- et tridimensionnelles à large champ de vue à partir de vidéo-séquences cystoscopiques. En utilisant les avancées récentes dans le domaine de la minimisation d'énergies discrètes, nous proposons des fonctions coût indépendantes des transformations géométriques requises pour recaler de façon robuste et précise des paires d'images avec un faible recouvrement spatial. Ces transformations sont requises pour construire des cartes lorsque des trajectoires d'images se croisent ou se superposent. Nos algorithmes détectent automatiquement de telles trajectoires et réalisent une correction globale de la position des images dans la carte. Finalement, un algorithme de minimisation d'énergie compense les faibles discontinuités de textures restantes et atténue les fortes variations d'illuminations de la scène. Ainsi, les cartes texturées sont uniquement construites avec les meilleures informations (couleurs et textures) pouvant être extraites des données redondantes des vidéo-séquences. Les algorithmes sont évalués quantitativement et qualitativement avec des fantômes réalistes et des données cliniques. Ces tests mettent en lumière la robustesse et la précision de nos algorithmes. La cohérence visuelle des cartes obtenues dépasse celles des méthodes de cartographie de la vessie de la littérature.

Ce travail de thèse est centré sur l'établissement de modèles prédictifs de toxicité radio-induite et sur l'étude de leur intérêt en cas de radiothérapie par modulation d'intensité. Six modèles NTCP ont été implémentés et leur paramètres identifiés pour la prédiction des toxicités rectale et vésicale tardives dans le cancer de la prostate. Leur capacité prédictive a été démontrée pour les deux organes. Par ailleurs, le modèle LKB a été utilisé pour la prédiction de l'œsophagite aiguë en cas de radiothérapie du cancer bronchique non à petites cellules. Ensuite, le bénéfice tiré de l'incorporation du paramètre de dose équivalent uniforme (EUD) pour la planification inverse de la radiothérapie par modulation d'intensité (IMRT) a été évalué. L'évaluation de cette approche a montré une baisse significative de la dose dans les parois vésicale et rectale. L'incorporation de plusieurs modèles biologiques dans le processus d'optimisation de l'IMRT a aussi été réalisée. Des fonctions objectif ont été établies pour les différents facteurs biologiques comme le NTCP, l'EUD et le TCP. Les résultats dosimétriques obtenus montrent la supériorité de l'optimisation basée sur des facteurs biologiques sur celle reposant uniquement sur des facteurs physiques. Enfin, les modèles NTCP classiques ont été améliorés en intégrant un paramètre radiobiologique supplémentaire, le rapport α/β. Ce rapport α/β a été identifié pour différents types de toxicité. Avec ce nouveau paramètre, les modèles NTCP peuvent finalement être étendus à des patients traités suivant différents fractionnements, les traitements hypofractionnés étant de plus en plus utilisés.

Les pathologies vésicales sont nombreuses et nécessitent la plupart du temps un traitement médicamenteux. Il peut alors être administré par voie intravésicale, augmentant son efficience et limitant les effets indésirables systémiques. Nous nous sommes intéressés à quatre thérapeutiques : l'alun de potassium, le chlorhydrate de lidocaïne, l'hemisuccinate de méthylprednisolone, la mitomycine C et le bacille de Calmette et Guérin (BCG) en application locale directement dans la vessie. La perméabilité de l'aluminium à travers la vessie a été étudiée au travers d'un cas clinique et des expériences ex vivo ont été réalisées pour définir les paramètres de perméabilité et proposer un algorithme de prédiction de la quantité d'aluminium absorbée dans l'organisme après irrigation intravésicale à l'alun de potassium. Cet algorithme dépend du poids du patient, de la durée de l'irrigation et du volume de la solution utilisée en irrigation vésicale. Des études de perméation ont aussi été réalisées pour le chlorhydrate de lidocaïne, l'hemisuccinate de méthylprednisolone, la mitomycine C et le BCG afin de sécuriser l'emploi de ces thérapeutiques par voie intravésicale. Les études réalisées permettent de prédire, selon les caractères physico-chimiques des molécules, la pénétration dans la membrane vésicale. Une nouvelle formulation galénique réalisée à base d'un gel thermosensible a été étudiée pour optimiser les thérapeutiques intravésicales. Des études de perméation ont été faites avec la nouvelle formulation galénique. Pour finir, une culture de cellules cancéreuses urothéliales a été mise au point et un test de viabilité a été réalisé pour la mitomycine C et le BCG

Objectifs: Les données provenant des centres de soins tertiaires suggèrent que le taux de mortalité péri-opératoire (MPO) après cystectomie notés pour les patients âgés (septuagénaires et octogénaires) n’excède pas celle des patients plus jeunes. Toutefois, les données provenant de la communauté démontrent un phénomène inverse. Spécifiquement, la MPO est plus élevés chez les ainés. Dans cette thèse nous allons présenter une réévaluation contemporaine du taux de MPO après cystectomie. Méthodes: Entre 1988 et 2006, 12722 cystectomies radicales pour le carcinome urothéliale de la vessie ont été enregistrées dans la banque de données SEER. Le taux de MPO a été évalué dans les analyses de régression logistique univariées et multivariées à 90 jours après cystectomie radicale. Les covariables incluaient: le sexe, l’ethnie, l’année de chirurgie, la région d’origine du patient ainsi que le grade et le stade de la tumeur. Résultats: Parmi tous les patients, 4480 étaient des septuagénaires (35.2%) et 1439 étaient des octogénaires (11.3%). Le taux de MPO à 90 jours était de 4% pour la cohorte entière vs. 2% pour les patients moins de 69 ans vs. 5.4% pour les septuagénaires vs. 9.2% pour les octogénaires. Dans les analyses de régression logistiques multivariées, les septuagénaires (OR=2.80; <0.001) et les octogénaires (OR=5.02; <0.001) avaient reçu un taux de MPO plus augmenté que les patients moins de 70 ans après une cystectomie radicale. Conclusion: Cette analyse épidémiologique basée sur les donnés le plus contemporaines démontre que l’âge avancée représente un facteur de risque pour un taux de MPO plus élevé. / Objective Data from tertiary care centers suggest that the perioperative mortality (POM) after radical cystectomy (RC) is not different in septuagenarian or octogenarian patients, compared to younger individuals. Conversely, population-based data state otherwise. We revisited this topic in a large contemporary population-based cohort. Methods Between 1988 and 2006, 12722 radical cystectomies were performed for urothelial carcinoma of the urinary bladder (UCUB) in 17 Surveillance, Epidemiology and End Results (SEER) registries. Of those 4480 were aged 70-79 and 1439 were 80 years and older. Univariable and multivariable logistic regression models tested 90-day mortality (90dM) after radical cystectomy. Covariates consisted of gender, race, year of surgery, SEER registry, histological grade and stage. Results Of all 12722 patients, 4480 (35.2%) were septuagenarian and 1439 (11.3%) were octogenarian. The overall 90dM rate was 4% for the entire population, 2% for patients aged 69 years or younger, 5.4% for septuagenarian patients and 9.2% for octogenarian patients. In multivariable logistic regression analyses, septuagenarian (OR= 2.80; <0.001) and octogenarian (OR= 5.02; <0.001) age increased the risk of 90dM after RC. Conclusions In this population-based analysis, POM was between 3 and 5-fold higher respectively in septuagenarian and octogenarian patients which is higher in tertiary care centers. This information needs to be included in informed consent considerations, specifically if RC will not be performed at a tertiary care center.

Les pathologies vésicales sont nombreuses et nécessitent la plupart du temps un traitement médicamenteux. Il peut alors être administré par voie intravésicale, augmentant son efficience et limitant les effets indésirables systémiques. Nous nous sommes intéressés à quatre thérapeutiques : l’alun de potassium, le chlorhydrate de lidocaïne, l’hemisuccinate de méthylprednisolone, la mitomycine C et le bacille de Calmette et Guérin (BCG) en application locale directement dans la vessie. La perméabilité de l’aluminium à travers la vessie a été étudiée au travers d’un cas clinique et des expériences ex vivo ont été réalisées pour définir les paramètres de perméabilité et proposer un algorithme de prédiction de la quantité d’aluminium absorbée dans l’organisme après irrigation intravésicale à l’alun de potassium. Cet algorithme dépend du poids du patient, de la durée de l’irrigation et du volume de la solution utilisée en irrigation vésicale. Des études de perméation ont aussi été réalisées pour le chlorhydrate de lidocaïne, l’hemisuccinate de méthylprednisolone, la mitomycine C et le BCG afin de sécuriser l’emploi de ces thérapeutiques par voie intravésicale. Les études réalisées permettent de prédire, selon les caractères physico-chimiques des molécules, la pénétration dans la membrane vésicale. Une nouvelle formulation galénique réalisée à base d’un gel thermosensible a été étudiée pour optimiser les thérapeutiques intravésicales. Des études de perméation ont été faites avec la nouvelle formulation galénique. Pour finir, une culture de cellules cancéreuses urothéliales a été mise au point et un test de viabilité a été réalisé pour la mitomycine C et le BCG / Bladder diseases are numerous and mostly require medication. Drugs can be administered by intravesical route, thereby increasing efficiency and reducing systemic side effects. We are interested in four drugs: potassium alum, lidocaine hydrochloride, methylprednisolone hemisuccinate, mitomycin C and bacillus Calmette- Guérin (BCG). Mathematical modelling of drug transport through bladder wall is proposed considering scarce literature on this route of administration. The permeability of aluminum through bladder wall was studied through a clinical case and ex vivo experiments were performed to propose a simplified algorithm for the calculation of aluminium dose absorbed in patient with impaired renal function as function of volume of 1% alum solution in the bladder, duration of intravesical irrigation and patient body weight. Permeation studies were also conducted for lidocaine hydrochloride, methylprednisolone hemisuccinate, mitomycin C and BCG to secure intravesical administration of these drugs. Practical outcome of this study could drive compounding optimisation towards improvement of safety and efficacy in patient undergoing intravesical administration. A new pharmaceutical formulation including hrydrogel has been studied in an attempt to improve treatment administered by intravesical route. Permeation studies were made with the new formulation. Finally, an urothelial cancer cells culture has been developed and a viability test was performed with mitomycin C and BCG

Le cancer de la vessie est le deuxième cancer urologique après le cancer de la prostate. Le développement de nouveaux agents anticancéreux est nécessaire pour le traitement de cette maladie complexe, car, en dépit d'un large éventail de traitements, aucune augmentation de la survie des patients n'a été observée. - Les effets du GW501516, un agoniste de PPARbeta/delta, n'ont jamais été explorés dans des cellules cancéreuses de la vessie. Nous montrons qu'un traitement par 25 µM de GW501516, pendant 24 h, induit la mort cellulaire par apoptose de cellules dérivées d'un carcinome urothélial invasif mais pas de cellules dérivées d'un cancer urothélial "de bon pronostic". Une stimulation de courte durée par 25 µM de GW501516 induit une augmentation du taux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui est associée à une phosphorylation de la protéine de survie Akt. L'apoptose induite par le GW501516 est concomitante à une diminution de l'expression d'une molécule d'adhérence, la cadhérine N qui est une protéine transmembranaire impliquée dans la progression tumorale. Pour la première fois dans un modèle de carcinome, nous montrons que la cadhérine N est la cible d'un clivage protéolytique, libérant des fragments solubles qui peuvent être biologiquement actifs. Le GW501516 module ce clivage à des temps qui précèdent la mort cellulaire. En effet, le GW501516 régule l'expression de protéases telles que ADAMIO à l'origine du clivage de la cadhérine N. - Les fragments de la cadhérine N pourraient intervenir dans les processus de survie ou de mort cellulaires. Par conséquent, cette étude novatrice ouvre le débat quant à la portée thérapeutique du GW501516 dans le traitement du cancer. / Bladder cancer is the most common cancer of the genitourinary tract worldwide and accounts for 5% of ail cancer deaths in human. Despite of a wide range of treatments, no substantial improvement in survival of patients with advanced-stage or metastatic disease has been achieved. The development of nove! effective chemotherapeutic agents is required for the treatment ofthis aggressive disease. Anticancer action of GW501516, an agonist of PPARbeta/delta, has never been investigated in bladder tumor cells. Our results indicated that a 24h treatment by 25 µM of GW501516 induced cell death through both extrinsic and intrinsic apoptotic pathways in T24 cells, derived from an undifferentiated high grade carcinoma but not in RT4 cells, derived from a low grade papillary tumor. GW501516 induced also an early up-regulation of ROS production which was associated with an increase ofphosphorylated Akt level, implicated in cell survival. Apoptosis induced by GW501516 is concomitant with a decrease of N-cadherin expression which is a cell adhesion molecule implicated in tumor progression. For the first time in carcinoma mode!, we showed that N-cadherin was cleaved by proteases, leading to the release of soluble fragments which could be biologically active. Our results indicated that GW501516 modulates N-cadherin cleavage before cell death through the regulation of protease expression such as ADAM l O. N-cadherin fragments could be implicated in cell survival or cell death. By inducing apoptosis of urothelial cancer ce lis and by modulating N-cadherin shedding, GW501516 could be a potential efficient chemotherapeutic drug for bladder cancer through endovesical instillations.

Le cancer de la vessie représente un vrai problème de santé publique, avec une surveillance et suivi clinique à long terme en raison de l’importance des fréquences de récidives. La chimiothérapie reste souvent inefficace. L’objectif de cette thèse est donc la recherche de marqueurs sérologiques et moléculaires à valeur pronostique dans le cancer de la vessie qui peuvent servir à prédire la maladie. D’abord, nous avons étudié trois facteurs de transcriptions des lymphocytes T activées qui sont T-bet, GATA-3 et Bcl-6. Nous avons montré une surexpression de T-bet chez les malades à stade invasif et de haut grade, cependant, la surexpression de GATA-3 et Bcl-6 a été corrélée au stade superficiel et de bas grade. La survie a été corrélée avec le groupe des malades sans histoires de récidive ou progression et avec la surexpression de Bcl-6 et GATA-3. Cependant les malades qui expriment fortement T-bet répondent mieux au BCG. Ensuite, nous avons visé la détection de FasL et TRAIL solubles dans le sérum des malades atteints du cancer vésicale. Nous avons montré une surexpression de sFasL et sTRAIL chez les malades à stade superficiel et de bas grade. Le rôle anti-tumoral de ces cytokines a été confirmé sur deux lignées du cancer de la vessie montrant que le traitement avec le sérum riche en sFasL ou en sTRAIL diminue la viabilité cellulaire in vitro. A la fin de cette thèse, nous avons testé l’activation p-Akt dans la tumeur vésicale. Nous avons montré une surexpression de p-Akt au sein des tumeurs comparées au tissu sain adjacent, et au sein des malades à stade invasif et de haut grade. Akt semble être un marqueur de progression tumorale dans le cancer de la vessie. / Bladder cancer is the first most common urogenital cancer in men in Tunisia, with a high recurrence rate. Patients with muscle-invasive disease develop metastasis. The need for expensive continuous surveillance. In this thesis we try to search some candidate biomarkers. Their use for cancer staging and personalization of therapy at the time of diagnosis in order to identify a better treatment could improve patient care. The aim of this first part of our study was to investigate the clinical significance of three immune cell-related transcription factors, T-bet, GATA-3 and Bcl-6 in Tunisian patients with bladder cancer. We found that T-bet level was significantly higher in invasive carcinoma with high- grade. However, T-bet is predictive of response to BCG. On the contrary, the expression of GATA-3 and Bcl-6 was significantly higher in non-invasive carcinoma with low grade. We furthermore studied the effect of activation of soluble FasL and TRAIL molecule in bladder cancer. We demonstrate that the mean serum level of sFasL was higher in patients than in normal donors. sFasL was only higher than in sera of healthy donors where patients had superficial stage and low- and medium-grade cancer. sTRAIL was significantly lower in sera from patients with invasive and high-grade bladder carcinoma than in controls. Finally, we demonstrate that p-Akt levels in patients with invasive carcinoma and high-grade bladder cancer were significantly elevated compared to patients with non-invasive and low grade bladder cancer. Altogether, our results suggest that Akt activation can provide useful prognostic information.