Molecular analysis of free circulating (fc)DNA has the potential to change the face of medicine, specifically in cancer diagnostics and in monitoring the efficacy of cancer treatments. In this study, a microfluidic device using AC electrokinetics is developed for rapid concentration and detection of fcDNA from blood. The device concentrates fcDNA using a combination of AC electrothermal flow and dielectrophoresis. The electrothermal fluid motion drives fcDNA towards the center of the electrode where dielectrophoretic trapping occurs. Once fcDNA is collected at the center, the concentration in the sample can be determined by fluorescent analysis using an intercalating dye binding to the double-stranded DNA. Effects of operating parameters are investigated to optimize the device's design. The electrokinetic device isolates high molecular weight DNA and can distinguish from low molecular weight DNA. Quantitative detection of fcDNA in physiologically relevant concentrations is demonstrated toward rapid diagnostics of cancer and monitoring of treatment efficacy.

Contexte : Le mélanome est un cancer agressif chez l’homme, développé aux dépens des mélanocytes. L’identification de la mutation BRAF conditionne la prescription d’une thérapie ciblée. L’objectif de ce travail a été de mettre au point dans les tissus tumoraux et dans le sang (cellules tumorales circulantes, ADN libre tumoral plasmatique) des approches technologiques de biologie moléculaire et d’immunohistochimie (IHC) pour identifier des biomarqueurs prédictifs d’une réponse ou de résistance thérapeutique. Nous montrons que l’IHC BRAF (clone VE1, Roche, Ventana) pourrait remplacer l’analyse en biologie moléculaire dans certaines indications, notamment sur un matériel tumoral de petite taille. Parallèlement, nous montrons que la présence de cellules mélanocytaires circulantes [détectées par cytomorphologie (Technique ISET)] chez des patients atteints de mélanome métastatique est un facteur prédictif indépendant de mauvais pronostic de la survie globale. Enfin, nous montrons que le système Biocartis Idylla™ (processus automatisé couplant l’extraction, le séquençage et l’analyse de l’ADN) est sensible et spécifique pour la détection plasmatique des mutations BRAF et NRAS et que cette technique pourrait être indiquée dans le suivi de la maladie résiduelle (apparition de résistance) après traitement des patients atteints de mélanomes métastatiques. Conclusion : L’identification des biomarqueurs tissulaires et sanguins (BRAF, NRAS et CTC) permettent : 1- Une optimisation des délais diagnostiques de la mutation BRAF/NRAS – 2) L’identification de facteurs de mauvais pronostic – 3) De détecter une récidive précoce et de suivre la maladie résiduelle après traitement / Background: Knowledge of the BRAFV600E status is mandatory in metastatic melanoma patients (MMP). Molecular biology is currently the gold standard method for status assessment. The aim of this work was to assess and compare several methods of molecular biology and immunohistochemistry (IHC) in tissue and blood (cell-free circulating tumor DNA, circulating tumor cell (CTC)) to identify predictive biomarkers of response or resistance to targeted treatment. Results: We showed that BRAFV600 IHC could be a substitute for molecular biology in the initial assessment of the BRAFV600E status in MPP. We also found that the presence of circulating tumor cell detetcted by a cytomorphological approach ISET (Isolation by Size of Epithelial Tumor Cell – Rarecells Diagnostics, Paris, France) in MMP is an independent predictor of shorter survival. Then, in a monocentric study conducted at the University of Nice Hospital, we evaluated a novel and fully automated CE-IVD PCR-based system (IdyllaTM, Biocartis, Mechelen, Belgium) for plasmatic BRAF and NRAS mutation detection. We showed that this technology is highly sensitive and specific and provide promising potential to assess tumor progression, identify targets for therapy, and evaluate clinical response to treatment. In conclusion, identification of tissue and blood biomarkers with these technologies allow a quick turnaround-time to BRAF/NRAS diagnosis and improve monitoring of treatment response and development of resistance in metastatic melanoma patients

La Néoplasie Endocrinienne Multiple de type 1 (NEM1) est une maladie génétique qui associe hyperparathyroïdie primaire, tumeurs neuroendocrines digestives et adénomes hypophysaires. Elle est due à des mutations non récurrentes du gène MEN1, parfois difficile à classer. Nous avons rassemblé et analysé les données cliniques et génétiques de 1676 patients français porteurs d’une variation de MEN1 des 4 laboratoires experts du groupe TENGEN. De ce travail, nous avons alimenté une base de données de variants (UMD MEN1) et établir le profil mutationnel de MEN1 en France. Dans une seconde partie, nous avons établi des recommandations pour la classification des variants faux sens de MEN1 en adaptant les Guidelines de l’ACMG-AMP (American College of Medical Genetics).Le Syndrome de McCune-Albright (SMA) est du à des mutations postzygotiques activatrices récurrentes du gène GNAS, responsables d’un mosaïcisme somatique, souvent indétectables dans le sang. En utilisant une technique de PCR quantitative ultrasensible, le taux de détection des mutations R201C et R201H est de 50% dans le sang de 16 patients présentant 1 à 3 lésions majeures du SMA. Pour la 1ere fois, nous avons retrouvé ces mutations dans l’ADN circulant de 3/4 patients testés.Ces mutations sont retrouvées aussi dans 30 à 40% des adénomes somatotropes. Le locus GNAS est soumis à empreinte parentale, responsable d’une expression mono-allélique de GNAS dans certains tissus comme l’hypophyse. Dans une série de 57 adénomes somatotropes nous avons montré une perturbation de l’empreinte de GNAS, associée à une relâche de l’empreinte mais n’entraînait pas d’augmentation de l’expression du gène GNAS. / The Multiple Endocrine Neoplasia 1 (MEN1) is due to MEN1 mutations and characterized by a broad spectrum of lesions including hyperparathyroidism, pituitary adenomas and neuroendocrine tumors. Missense variants are frequent and could lead wrong interpretation. We collected and analyzed all the 370 variants of 1676 patients sequenced for ten years by the TENGEN network (French oncogenetics of neuroendocrine tumors). We registered them in the UMD MEN1 database. Then, consensus was reached to validate adjustments to the ACMG-AMP guidelines for MEN1 locus-specific interpretation of missense variants. The McCune-Albright syndrome (MAS) is a rare pediatric mosaic genetic disorder. MAS results from recurrent post-zygotic GNAS mutations, not detectable in blood DNA by Sanger. We develop an ultrasensitive quantitative PCR using digital droplet PCR™ (ddPCR™) in order to target the R201C and R201H GNAS mutations. After a validation study, we clinically evaluated ddPCR™ in the whole blood DNA or circulating cell-free DNA (ccfDNA) of patients presented with at least 1 MAS lesion. First we detected in ccfDNA the mosaic somatic GNAS mutant. The ddPCR™ showed a mutation detection rate of 50% in blood DNA of the 16 included patients and 3/4 in ccfDNA.GNAS mutations are also reported in 30 to 40% of somatotroph tumors. GNAS is encoded by an imprinted locus, responsible for a mono-allelic expression in pituitary. We explored the GNAS locus methylation status of 57 somatotroph adenomas and showed disturbance. We studied the impact on GNAS, SST2R and AIP expression of this disturbance. We showed an imprinting relaxation not associated with an increased expression of GNAS.