Associer les thérapies ciblées et la chimiothérapie cytotoxique constitue un axe thérapeutique extrêmement prometteur en oncologie clinique. La combinaison des fluoropyridines orales de dernière génération (capécitabine) aux inhibiteurs de tyrosine kinase (erlotinib, lapatinib)a ainsi été proposée dans divers contextes cliniques, avec une efficacité variable, allant de l'échec (pancréas) à la réponse thérapeutique (sein). L'objectif de ce travail de recherche est de dégager, sur des modèles expérimentaux non-cliniques, un rationnel pharmacologique d'utilisation de la capécitabine avec divers TKI. Ce travail se focalise notamment sur l'étude de la modulation des déterminants de réponse aux drogues dans les modèles pancréatiques(association capecitabine + erlotinib) et mammaires (capecitabine + lapatinib). Nous avons ainsi pu montrer les effets délétères de l'association erlotinib-capecitabine dans les modèles pancréatiques chimio-résistants, liés d'une part à un effet represseur de l'expression du récepteur à l'EGF par la capécitabine, combiné à une sécrétion exocrine de VEGF en réponse aux diverses séquences d'association testées. Ces effets se sont soldés par l'obtention de réponses antagonistes aux drogues combinées, comparativement aux monothérapies respectives. Nos données suggèrent que quelle que soit la séquence d'utilisation envisagée,capecitabine et erlotinib ne devraient jamais faire l'objet d'association. A contrario, l'étude de l'association lapatinib-capecitabine sur diverses lignées mammaires a permis de mettre en évidence un effet positif allant de la supra-additivité à la synergie. Nos données suggèrent que c'est d'une part par une dérégulation de la thymidylate syntahse par le lapatinib qu'une plus grande efficacité anti-proliférative est obtenue. Par ailleurs, une meilleure inhibition de la voie p-AKT après exposition à la capécitabine des cellules traitées par le lapatinib pourraitde surcroît expliquer la synergie observée. Nos données suggèrent qu'une utilisation concomitante de ces deux molécules devrait garantir un gain d'efficacité optimal. La synergie de l'association a été conservée sur un modèle de souris porteuses de tumeurs mammaires ectotopiques et traitées de façon concomitante, avec un net ralentissement de la croissance tumorale comparativement aux animaux traités par monothérapie, sans augmentation de la toxicité médicamenteuse.En conclusion, nos données illustrent le fait que les associations thérapiesciblées/antimétabolites doivent faire l'objet systématiquement d'un travail préalable de recherche des déterminants oncopharmacologiques d'efficacité afin d'anticiper le gain d'efficacité qu'on est en droit d'en tirer, et d'identifier au mieux les modalités d'association de ces drogues. / Optimizing cancer treatments remains an on going task. The rise over the last decade of a new class of anticancer agents (the so-called “targeted therapies”) has fuelled agreat hope in the search for achieving better response with lower toxicities. To date,the actual efficacy of targeted therapies used alone looks in some respect below the initial expectations, and associating them with classic cytotoxic drugs represents therefore a new promising combinational strategy in clinical oncology. However, littleis known on the pharmacologic rationale for combing these drugs, and identifying molecular determinants could help to rationalize the way the drugs should beassociated. Anti-EGFR erlotinib (Tarceva®) has been approved for the treatment of patients with metastatic pancreatic cancer, in combination with a standard chemotherapy, gemcitabine, both in the USA and in Europe. Its combination with capecitabine has recently been tested in patients with gemcitabine-refractorypancreatic tumours, with limited success. Lapatinib (Tykerb®) is an innovative small molecule with unique dual-TK inhibitory action against both HER1 and HER2.Lapatinib showed clinical efficacy in various models and has heightened the expectation for new breast cancer therapies. Associating lapatinib with capecitabine(Xeloda®) has been recently approved for the treatment of patients with HER2+metastatic breast cancer, after failure of trastuzumab treatment, both in the USA andin Europe as well. The aim of our work was to study, either in vitro or in tumor bearing animals, the effects of these drugs used either alone or in combination. In this preclinical study, we studied the molecular determinants of this new targeted therapies + antimetabolite association on various, representative human pancreatic and breast cancer cell lines. Efficacy and apoptosis experiments were performed after concomitant and various sequential combinations, along with study ofresponse/resistance determinants such as dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD),thymidylate synthase (TS), thymidine phosphorylase (TP), Bax, Bcl-2, P21 andHER1/2 signaling pathway. Determination of Chou & Talalay combination indices (CI)allowed us to determine whether the tested associations led to synergism, additivity or antagonism. The best sequences found were transposed to tumor-bearing animal model for in vivo confirmation of the efficacy observed in vitro. Lapatinib andcapecitabine showed additive to moderate synergistic effects in our breast cancer celllines. Further experiments were performed to identify the mechanisms underlyingthis efficacy. We first found that lapatinib down-regulates thymidylate synthase (-30%) but did not have any effect on dihydropyrimidine dehydrogenase levels, thussuggesting theoretically a better cytotoxic effect of capecitabine within tumor cellspreliminary exposed to Lapatinib. Besides, capecitabine, when added to lapatinib,strongly down-regulates P-AKT and p-P42/44, thus allowing a deeper inhibition of the downstream signaling pathway after inhibition of HER1 and HER2. Muchinterestingly, we showed as well an increase of the Bax/Bcl2 ratio in cells exposed toboth drugs, leading to the enhancement of apoptosis induction and cell death. Thisfinding is fully consistent with the fact that the association of lapatinib andcapecitabine led to an increase of the P21 protein expression and consequently tothe arrest of cell cycle indeed. Besides, in pancreatic cancer cell lines, wedemonstrated that erlotinib up-regulated thymidine phosphorylase (+50%) anddown-regulated dihydropyrimidine dehydrogenase (-55%), thus suggestingtheoretically a better activation of capecitabine within tumor cells preliminaryexposed to erlotinib. We checked as well that Bax, P27, p-AKT were fully functionalin our models. Nevertheless, when not antagonist, only moderate additive effectswere achieved. To understand these rather surprising results, further experimentswere performed to identify the putative causes of this lack of efficacy. We first foundthat capecitabine down-regulates EGFR (-35%) in capan-1 cells with no effect on itsdownstream signalisation pathway nor antiproliferative related effects, thussuggesting a possible loss of efficacy when cells were subsequently treated witherlotinib due to the diminution of its target. Much interestingly, we showed as well adramatic overexpression of both cytosolic (+100 up to +1900%) and extra-cellular(+100 up to 3500%) VEGF secretion in response to our treatments, leading possibly to a boost in cell proliferation. Taken together, this in vitro study suggests that themore-than-additive efficacy observed when associating lapatinib and capecitabine inbreast cancer is based upon TS modulation and down-regulation of HER1/2 signalingpathways, resulting in apoptosis and cell death eventually. In vivo experiments are ongoing to fully confirm these data. Concerning the erlotinib/capecitabineassociation in pancreatic cancers, we suggest that VEGF secretion could be a new,major mechanism of resistance to the erlotinib + capecitabine association inpancreatic cancers, and, possibly, to other targeted therapy + antimetabolitescombinations. To test this hypothesis, further experiments including the use of anti-VEGF bevacizumab will be undertaken.

Le traitement du mélanome métastatique est longtemps resté cantonné à quelques chimiothérapies cytotoxiques à efficacité limitée. Récemment, le développement des immunothérapies et des thérapies ciblées a constitué une avancée majeure dans la prise en charge du mélanome. La découverte de mutations oncogéniques sur les voies de signalisation de la cellule tumorale a permis de définir de nouvelles cibles pour le développement d’ inhibiteurs pharmacologiques. Parmi ces mutations, la mutation BRAF V600E est présente dans 50% des mélanomes. Une des molécules anti-BRAF développée est le vémurafenib. L’efficacité de cette molécule a permis l’allongement de la durée de survie des patients en situation métastatique de 6 à 8 mois. Malheureusement, malgré la réponse initiale, l’échappement est la règle. Les mécanismes moléculaires responsables de la résistance acquise aux inhibiteurs de BRAF sont multiples et conduisent à l’activation de nombreuses voies de signalisation pour suppléer l’inhibition de BRAF. Actuellement la prise en charge des patients résistants aux inhibiteurs de BRAF n’est pas codifiée et s’avère complexe étant donné la multiplicité des mécanismes d’échappement. Dans le cadre de cette nouvelle approche de médecine personnalisée, de nouveaux outils doivent être développés dans le but (i) de tester l’efficacité de nouvelles molécules et (i) de tenter de prédire l’efficacité/la résistance des différents traitements disponibles. L’un de ces outils sont les xénogreffes de tumeurs issues directement des patients (Patient Derived Tumor Xenograft ou PDTX) ou « avatars ». Mon travail a consisté à mettre en place ce type d’outil pour répondre aux questions suivantes : Les modèles animaux développés sont-ils un bon modèle préclinique translationnel ? Permettent-ils d’étudier les modes d’action des nouvelles thérapies ciblées et d’explorer leurs mécanismes de résistance ? Si tel est le cas, peuvent-ils prédire une réponse clinique ? Différents modèles murins de xénogreffes de mélanome ont été mis au point et exploités. Des cellules tumorales puis des fragments de tumeurs ont été greffées en sous-cutané chez la souris immunodéficiente SCID. Les tumeurs ont été caractérisées en histologie et en biologie moléculaire pour montrer leur stabilité dans le modèle. Après plusieurs passages dans différentes générations de souris, les tumeurs conservent leurs mutations particulières. Par ailleurs différents traitements ont été administrés et la réponse à différentes stratégies thérapeutiques a été évaluée. Ce modèle nous a permis de valider l’efficacité des thérapies ciblées antiBRAF (vémurafenib) mais aussi d’autres approches visant les particularités métaboliques du mélanome. Le modèle avatar a permis de tester in vivo une association thérapeutique innovante qui associe un accélérateur de la phosphorylation mitochondriale, le DCA, et une molécule pro-oxydante, l’elesclomol, confirmant l’effet synergique obtenu in vitro. Par ailleurs l’elesclomol a pu être testé in vivo sur une tumeur devenue résistante à l’inhibiteur de BRAF, le vemurafenib. En outre, le modèle avatar constitue un bon modèle préclinique permettant d’aider directement le clinicien dans ses choix thérapeutiques. En effet nous avons réalisé une PDTX tout au long de l’évolution métastatique d’une patiente. Cette PDTX a permis de tester l’efficacité du vemurafenib et de réintroduire ce traitement à la patiente qui a pu bénéficier d’une amélioration clinique notable. 7 autres PDTX de patients ont été développées permettant de renforcer le modèle et de suivre de manière personnalisée le traitement de ces patients.Grâce à ce travail, nous définissons la place que peuvent prendre les avatars dans la prise en charge actuelle du mélanome métastatique. Ces modèles donnent une réponse précoce quant à leur résistance et aux alternatives thérapeutiques de seconde ligne. / For a long time the standard treatment for metastatic melanoma has been confined to a few cytotoxic chemotherapies with limited efficacy. Recently, the development of immunotherapies and targeted therapies represents major headways in melanoma care management. The discovery of oncogenic mutations on the signaling pathways of the tumor cell allowed the definition of new targets for developing inhibitor drugs. Among these mutations, BRAF V600E is seen in 50% of all melanomas. Vemurafenib is one of the anti-BRAF molecules recently developed. It has shown its efficacy with metastatic patients showing a survival increased by 6 to 8 months. Unfortunately, in spite of the initial positive reaction, the development of a resistance mechanism is ineluctable. There are numerous molecular mechanisms responsible for the acquired resistance to BRAF inhibitors which activate numerous signaling pathways to make up for the BRAF inhibition. Today, there are no standards of care for patients who become resistant to BRAF inhibitors. In the framework of this new personalized care approach, new tools must be developed to (i) test the efficacy of new molecules and (ii) try to predict the efficacy/resistance of the various treatments available. One of these tools is the Patient Derived Tumor Xenograft or PDTX, i.e. xenografts from tumors directly harvested on patients.My work consisted in implementing this type of tool to try and bring an answer to the following questions: Are the developed animal models a good tool for preclinical cross-sectional studies? Can they help study the action modes of new targeted therapies and explore their resistance mechanisms? If this is the case, can they predict a clinical response? Various murine models of melanoma xenografts have been designed and used. Tumor cells and later on tumor fragments were grafted subcutaneously in immunosuppressed SCID mice. Tumors were characterized in histology and molecular biology to show the stability of the model. After several passages in various generations of mice, the tumors retain their specific mutations. Furthermore, various treatments have been administered and the answers to the various therapeutic strategies have been evaluated. This model allowed us to validate the efficacy of antiBRAF targeted therapies (vemurafenib) but also other approaches targeting the metabolic characteristics of melanoma. This avatar model enabled to test in vivo an innovating therapeutic combination, associating an accelerator of oxidative phosphorylation, DCA, to a pre-oxidative molecule, elesclomol, validating the synergic effect obtained in vitro. Furthermore, elesclomol was tested in vivo on a tumor which became resistant to BRAF, vemurafenib. Furthermore, PTDX is a good preclinical tool to guide clinicians in their therapeutic choices. In fact we were able to develop a PDTX during the entire metastatic progression of a patient. This PDTX enabled us to test the efficacy of vemurafenib and reintroduce the treatment to the patient, who showed noticeable clinical improvements. Seven other PDTX were developed in order to reinforce the model and follow, in a personalized manner, the treatment of these seven patients. Thanks to this work, we are able to define the role of avatars in the care management of metastatic melanoma. These models give an early answer regarding tumor resistance and alternative second-line therapies.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les gliomes sont les tumeurs cérébrales primitives les plus fréquentes de l'adulte. Le glioblastome (grade IV) en est la forme la plus agressive, caractérisé par sa résistance aux traitements actuels (chirurgie, chimiothérapie et radiothérapie). La mortalité de cette pathologie est quasi constante (survie médiane de 15 mois), ce qui justifie l'importance de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques. Le challenge est d'arriver à identifier des marqueurs spécifiques pour proposer un schéma thérapeutique alignant des stratégies de thérapies ciblées qui vont améliorer la prise en charge clinique, la survie globale et la survie sans progression des patients atteints de ces pathologies. Deux axes sont au centre des recherches fondamentales, translationnelles et cliniques. Le premier axe se définit autour du développement de molécules inhibitrices des voies de signalisation et le second autour du concept de cellules souches tumorales (CST) de glioblastomes (GBM) découvertes récemment dans le cerveau et qui révolutionnent la conception de la transformation tumorale.ASPM (Abnormal Spindle Like Microcéphaly Associated) est une cible candidate pertinente susceptible de participer au développement des gliomes (Horvath et al., 2007 ; Hagmann et al., 2008). Cette protéine régule la prolifération des neuroblastes, elle est fortement exprimée au stade embryonnaire, mais, reste faiblement exprimée dans le cerveau adulte. Par ailleurs, ASPM est impliquée dans divers processus de cancérisation (surexprimée dans les cancers du sein, du foie et du cerveau...), toute fois, le mécanisme responsable de cette dérégulation n'est pas encore bien caractérisé.Nos études menées sur une série de 169 gliomes humains, sélectionnés à partir de notre cohorte de patients, montrent que le gène ASPM est un marqueur de la progression vers la malignité, les grades les plus élevés exprimant le plus fortement ASPM. En outre, nous avons également montré que le niveau des transcrits d'ASPM est augmenté dans les récidives de gliomes et qu'en in vitro, ASPM contrôle la formation des gliomasphères (CST de GBM) avec une augmentation de l'expression de ses transcrits dans les cultures in vitro au fil des passages. En continuité de ces observations, nous avons alors développé un sh-miR-RNA spécifique d'ASPM permettant l'extinction post-transcriptionnelle de ce gène. Les résultats obtenus in vitro montrent que la perte d'expression d'ASPM conduit à un arrêt de la prolifération et aboutit à une mort cellulaire massive.Actuellement, des modèles de greffe de gliomasphères chez la souris (orthotopique) sont en cours de développement pour confirmer les effets observés in vitro et vérifier in vivo la validité de notre approche thérapeutique. En perspective, nous tenterons d'étudier les effets du silencing d'ASPM sur la voie de signalisation la plus dérégulée (pRB / E2F ou PI3K / AKT). Enfin, nous étudierons le rôle potentiel de cette protéine dans le contrôle du cycle cellulaire, et, in fine la mise en évidence de ses partenaires...

L’adénocarcinome canalaire pancréatique est une maladie agressive et dévastatrice qui est caractérisée par une progression rapide et une résistance aux traitements. Le développement de nouveaux vecteurs à fort potentiel de transfert de gène dans les cellules tumorales pourrait être un outil performant et innovant pour améliorer les traitements existants. Nous avons développé un système de ciblage des cellules tumorales pancréatiques via l’antigène de surface Mucine 4 en utilisant des vecteurs lentiviraux spécifiques permettant le transfert efficace du gène cytotoxique de la Thymidine Kinase (hsv-TK) directement dans des modèles de tumeurs. La transduction lentivirale de cellules tumorales pancréatiques a été possible dans des xénogreffes orthotopiques. Le transfert du gène TK suivi d’un traitement au ganciclovir a montré des résultats encourageants in vivo. L’approche thérapeutique présentée ici semble être plus sécurisé, plus spécifique et aussi efficace qu’un lentivirus à large tropisme pour le transfert de gène dans les tumeurs pancréatiques. La mise en évidence de nouvelles cibles moléculaires dont la dérégulation participe au développement et à l’agressivité des tumeurs pancréatiques pourraient être utilisées pour moduler favorablement les traitements thérapeutiques en cours. De plus, ces nouvelles cibles moléculaires pourraient également servir de facteur de détection précoce ou de marqueurs pronostiques de l’adénocarcinome pancréatique. L’implication des isoformes du récepteur FGFR3 dans les mécanismes moléculaires de l’adénocarcinome pancréatique a été évaluée pour la première fois. Un rôle opposé d’oncogène et de gène suppresseur de tumeur a été découvert pour le FGFR3 en fonction du contexte cellulaire. Des voies de signalisation différentes sont empruntées pour induire ces effets opposés dans les cellules tumorales pancréatiques. Cette nouvelle donnée devra être considérée pour des thérapies ciblées impliquant des inhibiteurs de tyrosine kinases qui, s’ils sont utilisés dans un mauvais contexte cellulaire, pourraient être plus dangereux que bénéfiques. / Pancreatic ductal adenocarcinoma is an aggressive and devastating disease, which is characterized by rapid progression and resistance to treatment. The development of new vectors with high potential of gene transfer in tumor cells could be an innovative and valuable tool. We have developed a strategy of pancreatic tumor cells targeting with the cell surface marker Mucin 4 using specific lentiviral vectors for the efficient transfer of the thymidine kiniase cytotoxic gene within the tumor. Lentiviral transduction of human pancreatic tumor cells was possible when cells were grafted orthotopically. The hsv-TK/GCV anti-cancer system showed promising results in vivo. The approach presented here appeared to be a safer, much more specific and an as efficient way to perform gene delivery in pancreatic tumors, in comparison with a broad tropism lentivirus. Discovering new molecular targets which modulation contributes to the development and aggressiveness of pancreatic tumors could favorably modulate the current therapies. Furthermore, these new molecular targets could also serve as factors of early detection or prognostic markers of pancreatic adenocarcinoma. The involvement of FGFR3 receptor in the molecular mechanisms of pancreatic adenocarcinoma was evaluated for the first time. Opposite roles of both oncogene and tumor suppressor gene have been discovered for FGFR3 depending on the cellular context. Importantly, molecular pathways supporting these effects are different. This new data should be considered for targeted therapies involving tyrosine kinase inhibitors. If used in the wrong cell context they could be more dangerous than beneficial

Les léiomyosarcomes sont des tumeurs malignes mésenchymateuses composées de cellules à différentiation musculaire lisse. Elles présentent des altérations génétiques complexes avec pertes et gains de chromosomes variables selon les tumeurs, sans anomalies moléculaires récurrentes permettant de définir une entité nosologique contrairement aux sarcomes associés à des translocations (sarcome d’Ewing), ou à des mutations (GIST). Les évènements moléculaires pilotant la tumeur restent inconnus et donc aucune thérapie ciblée n’est encore identifiée. L’objectif de ce travail était d’identifier par protéomique de nouvelles cibles potentielles dans les LMS. Nous avons identifié des kinases activées en analysant le profil d’expression et de phosphorylation des protéines de signalisation, sur une série de 13 tumeurs congelées. Parmi celles-ci, une surexpression de Tyro-3, PKCq, et MSH2 et une perte de phosphorylation de FAK Y397 ont été détectées dans les tumeurs comparées au tissu sain. Une classification hiérarchique non supervisée a montré deux groupes de LMS ayant des profils d’expression protéique distincts. Nous nous sommes intéressés à Tyro-3 dont la co-expression avec son ligand Gas6 a été exclusivement associée à la phosphorylation d’Akt dans 8 des 13 LMS. Ces corrélations ont été retrouvées dans les deux lignées SK-LMS-1 et CNIO AA. La déphosphorylation de FAK Y397 a été observée uniquement dans CNIO AA qui exprime fortement Gas6. L’ajout de Gas6 exogène à SK-LMS-1 induit la phospho-Akt, et la déphosphorylation de FAK Y397. La double extinction de l’expression des gènes de Tyro-3 et Axl dans CNIO AA réduit la viabilité des cellules, suggérant un rôle crucial de cette voie dans les LMS / Soft tissue and visceral leiomyosarcoma account for 15% of all sarcomas in adults. Molecular alterations in LMS are not well characterized, with often complex gains and losses of chromosome segments. We investigated the expression or phosphorylation of kinases and downstream signalling molecules in a series of fresh frozen LMS and cell lines with the aim to identify potential targets for targeted therapy. Four proteins were found differentially expressed including Tyro3, a receptor tyrosine kinase. The functional activity of Tyro3 was investigated in 2 LMS cell lines, SK-LMS-1 and CNIO AA. Four proteins and phosphoproteins were found differentially expressed in LMS samples as compared to NSM: an hypophosphorylation of FAK Y397 was observed in all samples while Tyro3, MSH2, and PKC theta were found overexpressed in LMS samples. Gas6, the ligand of Tyro3 was found expressed in 8 of the 13 samples, and the coexpression of Gas6 and Tyro3 was found exclusively associated with Akt phosphorylation. Both SK-LMS-1 and CNIO AA LMS cell lines were found to express Tyro3, while Gas6 expression was only observed in CNIO AA cells. P-Akt was expressed spontaneously in CNIO AA, but not in SKLMS-1, while the opposite figure was observed for phosphorylated FAK Y397. Exposure of SKLMS-1 to exogenous Gas6 induced P-Akt, and resulted in a reduction of FAK Y397 phosphorylation. Transfection of CNIO AA with siRNA directed against, Tyro3 and Axl genes induced a reduction of the expression of the specific proteins, and when combined, significantly reduced CNIO AA cell viability. Gas 6 a ligand of Tyro3 is expressed in a subset of LMS tumors and cell lines, and may exert autocrine activities in a subset of LMS

Les léiomyosarcomes sont des tumeurs malignes mésenchymateuses composées de cellules à différentiation musculaire lisse. Elles présentent des altérations génétiques complexes avec pertes et gains de chromosomes variables selon les tumeurs, sans anomalies moléculaires récurrentes permettant de définir une entité nosologique contrairement aux sarcomes associés à des translocations (sarcome d'Ewing), ou à des mutations (GIST). Les évènements moléculaires pilotant la tumeur restent inconnus et donc aucune thérapie ciblée n'est encore identifiée. L'objectif de ce travail était d'identifier par protéomique de nouvelles cibles potentielles dans les LMS. Nous avons identifié des kinases activées en analysant le profil d'expression et de phosphorylation des protéines de signalisation, sur une série de 13 tumeurs congelées. Parmi celles-ci, une surexpression de Tyro-3, PKCq, et MSH2 et une perte de phosphorylation de FAK Y397 ont été détectées dans les tumeurs comparées au tissu sain. Une classification hiérarchique non supervisée a montré deux groupes de LMS ayant des profils d'expression protéique distincts. Nous nous sommes intéressés à Tyro-3 dont la co-expression avec son ligand Gas6 a été exclusivement associée à la phosphorylation d'Akt dans 8 des 13 LMS. Ces corrélations ont été retrouvées dans les deux lignées SK-LMS-1 et CNIO AA. La déphosphorylation de FAK Y397 a été observée uniquement dans CNIO AA qui exprime fortement Gas6. L'ajout de Gas6 exogène à SK-LMS-1 induit la phospho-Akt, et la déphosphorylation de FAK Y397. La double extinction de l'expression des gènes de Tyro-3 et Axl dans CNIO AA réduit la viabilité des cellules, suggérant un rôle crucial de cette voie dans les LMS

Présentés pour la première fois en 1994, les transducteurs ultrasonores capacitifs micro- usinés, ou CMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers), représentent une technologie alternative aux matériaux piézoélectriques pour la transduction électroacoustique. En particulier, leur souplesse de conception et leur haut degré de miniaturisation en font des candidats privilégiés pour le développement de sondes mixtes complexes alliant thérapie et imagerie par ultrasons. C’est dans ce contexte que s’est inscrit ce travail de thèse, dédié au développement d’une première sonde CMUT mixte. Le document débute par une présentation générale de la technologie et du contexte du projet. Puis, le développement est présenté, en commençant par les étapes préliminaires de modélisation numérique jusqu’aux caractérisations les plus avancées du prototype fabriqué. Les résultats démontrent l’intérêt de la technologie pour les applications visées. / Presented for the first time in 1994, capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUT) are a promising alternative to the piezoelectric technology for electroacoustic transduction. Particularly, their intrinsic design flexibility and miniaturization capability are strong advantages for the manufacturing of high-end Ultrasound-guided Focused Ultrasound (USgFUS) probes. The work presented in this Ph.D. dissertation is devoted to the f irst development of a USgFUS CMUT probe. After a general introduction of the CMUT technology and the context of this research project, the development is reported starting from the preliminary numerical studies to the most advanced characterizations of the fabricated device. The first results demonstrate the benefits of this technology for the targeted applications.

La bonne prise en charge des tumeurs repose sur un diagnostic précoce et une thérapie ciblée efficace. Nousétudions dans ce projet trois outils théranostiques, différents par leur origine et par leurs caractéristiques, afin dedémontrer leur intérêt pour l’imagerie et la thérapie des tumeurs.Le premier est un outil biologique, les cellules souches mésenchymateuses humaines connues pour leur tropismenaturel pour les sites inflammatoires et/ou hypoxiques, qui devrait donc leur permettre d’atteindre les tumeurs.Le deuxième outil consiste en des nanoparticules fonctionnalisées ou non avec un ligand ciblant les cellulestumorales, délivrées sous forme de spray dans les poumons. Cette méthode présente l’avantage de développer unoutil peu invasif pouvant être administré chez un patient présentant un cancer du poumon disséminé.Le dernier est un outil synthétique, bien défini structurellement, synthétisable de manière reproductible, de petitetaille, qui, après une administration par voie systémique cible les cellules tumorales primaires ou métastasées.Mes travaux permettent de mettre en évidence que, bien que les cellules souches mésenchymateuses ne soientpas de bons vecteurs pour le diagnostic et pour véhiculer un agent vers la tumeur, elles permettent de normaliserla vascularisation tumorale et de réorganiser les flux sanguins au sein de la tumeur. Ceci présente un éventuelintérêt thérapeutique, bien que complexe à mettre en application, qui pourrait ouvrir la porte à un pré-traitement« normalisateur » de la vascularisation tumorale.L’étude sur les nanovecteurs aérosolisés montre qu’ils peuvent être utiles, non seulement pour le ciblage tumoralpassif mais également pour le ciblage actif lorsqu’ils sont greffés avec un anticorps monoclonal spécifique descellules tumorales puisqu’ils permettent de détecter des nodules tumoraux répartis dans les poumons. De plus, leCetuximab utilisé ici comme agent de ciblage acquiert des propriétés nouvelles lorsqu’il est présenté sur desnanoparticules et permettrait de diminuer la résistance des cellules tumorales au traitement.Enfin, la petite molécule synthsétique PoroCombo que nous développons à partir de nos travaux antérieurs sur levecteur RAFT-RGD semble être la plus appropriée des trois pour délivrer une drogue dans le cytoplasme descellules après injection par voie systémique. De plus, cette molécule présente une triple activité anti-tumoraleavec l’induction de la mort cellulaire ainsi qu’un effet anti-angiogénique et le possible déclenchement d’uneréaction immunitaire anti-tumorale.Les trois « biovecteurs » étudiés ouvrent la porte vers un grand nombre d’applications permettant d’améliorer laprise en charge des tumeurs. / A good tumor treatment relies on an early diagnosis and an efficient targeted therapy.Three theranostic tools are studied, each one having a different origin and different properties, in order to showtheir interest for tumor’s imaging and therapy.The first tool is a biologic one, human mesenchymal stem cells (MSC) having a natural tropism towardinflammatory and/or hypoxic sites, which should permit them to reach tumors.The second one is nanoparticles, functionnalized or not with an antibody targeting tumor cells, delivered by alung spray. By this method we develop a non-invasive tool to treat patients with a disseminated lung tumor.The last one is a synthetic small sized theranostic tool with a reproducible synthesis, which, after a systemicadministration, targets primary and metastatic tumor cells.By my work, I show that even if MSC are not good vectors for diagnosis and delivery of therapeutic agents tothe tumors’ sites, they normalize tumors’ vessels, improving blood flow inside the tumor. This property presentsa real therapeutic interest, by pre-treating tumors before using chemotherapy.The study of aerosolized nanovectors reveals their interest for passive tumor targeting and for an active onewhen grafted with a specific monoclonal antibody as they permit the detection of tumor nodules disseminated inthe lungs.More, the targeting agent Cetuximab acquires new properties when grafted on nanoparticles permitting todecrease tumor cells resistance to the treatment.Finally, the small synthetic molecule PoroCombo developed from our previous work on RAFT-RGD vectors,seems to be the most appropriated to deliver a molecule in the cell’s cytoplasm after a systemic administration.This molecule has three anti-tumor activities by inducing cell death, by inducing anti-angiogenic impact and bytriggering anti-tumor immune reaction.The three studied “biovectors” reveal large applications to improve tumors’ treatment.Key words:

Les protéines Sémaphorines et leurs récepteurs Plexines jouent un rôle primordial dans le réseau de signalisation cellulaire. Initialement découvertes pour leur rôle dans le guidage axonal, il fut rapidement mis en lumière qu'elles étaient également impliquées dans le développement du système cardiovasculaire, dans la tumorigénèse et le fonctionnement du système immunitaire, démontrant les multiples facettes de ces protéines. Parmi ces couples de ligands et de récepteurs, la Sémaphorine 3E et son récepteur Plexine D1 représentent des cibles d'intérêt pour les thérapies anti-cancéreuses. La Sémaphorine 3E est surexprimée dans de nombreux cancers et son expression est corrélée à la dissémination métastatique et à la progression tumorale. Ces travaux de thèse ont donc consisté en la caractérisation de ce couple en temps que nouvelle cible anti-tumorale et le développement d'une thérapie ciblée qui a montré des effets prometteurs dans les études pré-cliniques en combinaison avec d'autres thérapies innovantes / The Semaphorin proteins and their receptors Plexins play a primordial role in the cell signaling network. Initially discovered for their role in axonal guidance, it was soon identified that they also are implied in cardiovascular system development, tumorigenesis and immune system functioning, demonstrating the multiple facets of these proteins. Among these pairs of ligands and receptors, Semaphorin 3E and its receptor Plexin D1 represent targets of interest for anticancer therapies. Semaphorin 3E is overexpressed in many cancers and its expression is correlated with metastatic dissemination and tumor progression. This work consisted in characterizing Sema3E/PlxnD1 as new anti-tumor target and developing a targeted therapy. Combination between this therapy and other innovative drugs provided promising results in preclinical studies