Objectifs : Notre travail avait pour objectifs (i) d’évaluer le bénéfice dosimétrique et de prédire le bénéfice clinique d’une radiothérapie adaptative pour des cancers des voies aéro‐digestives supérieures, à la fois en termes de toxicité et de contrôle local, (ii) d’identifier les patients bons candidats à une stratégie de radiothérapie adaptative, et (iii) d’identifier le meilleur schéma de radiothérapie adaptative pour épargner les parotides. Matériels et méthodes : Le bénéfice dosimétrique a été évalué en utilisant les données de patients inclus dans une étude de phase III évaluant le bénéfice clinique d’une radiothérapie adaptative. La dose cumulée sans et avec radiothérapie adaptative a été estimée par des méthodes de recalage élastique. Une évaluation des différents algorithmes de recalage a été faite à la fois en termes de précision spatiale et d’impact sur la dose estimée. Des modèles de prédiction du risque de surdosage ont été développés en utilisant des modèles linéaires généralisées mixtes et une validation croisée par leave‐one‐out. L’évaluation de différents schémas de radiothérapie adaptative (en termes de fréquence et de nombre) a été réalisée en se basant sur l’épargne des parotides. La valeur prédictive de paramètres quantitatifs issus de la TEP a été évaluée à travers une revue systématique de la littérature. La valeur prédictive de paramètres intensité issue de la TEP a été analysée dans 2 cohortes indépendantes. Résultats : Nos travaux ont confirmé qu’en l’absence de radiothérapie adaptative pour des cancers des VADS, il existe un risque de surdosage des parotides de plus de 2 Gy pour les 2/3 des patients. Il s’y associe un risque de sous dosage de la tumeur de plus de 1 Gy pour 50 % des patients. Une radiothérapie adaptative permet de corriger à la fois le surdosage des parotides (bénéfice clinique estimée de 10 % de diminution du risque de xérostomie) et le sous dosage de la tumeur. Basés sur des paramètres issus de la planification et de la première semaine de traitement, des modèles de prédiction du risque de sur dosage des parotides ou de sous dosage de la tumeur ont été développés. Les paramètres TEP prédictifs du risque de récidive ont été identifiés. Un nomogramme a pu être développé et validé dans une 2nd cohorte de patients. Conclusion : Nos travaux confirment le bénéfice d’une radiothérapie adaptative pour épargner les parotides et maintenir la couverture tumorale. Ce bénéfice dosimétrique devrait permettre une diminution de la toxicité et une amélioration du contrôle local. Des paramètres anatomiques et dosimétriques simples permettent l’identification des patients à risque de surdosage des parotides ou de sous dosage de la tumeur. L’utilisation de la TEP permet d’identifier précocement les patients à haut risque de récidive, candidats potentiels à une intensification thérapeutique. Ces résultats justifient la poursuite des travaux sur une cohorte de patients plus importante, idéalement dans le cadre d’études cliniques de phase III. / Objectifs: The aims of this work were (i) to evaluate the dosimetric benefit and to predict the clinical benefit of adaptive radiotherapy for head and neck cancer, regarding both toxicities and local control, (ii) to identify patients whose good candidate for an adaptive strategy, and (iii) to identify the best adaptive strategy to spare the parotid glands. Materials and methods: The dosimetric benefit was assessed using data from a phase III study evaluating the clinical benefit of an adaptive radiotherapy. Cumulated dose with and without adaptive was estimated using deformable image registration. Different methods of deformable image registration were evaluated regarding both spatial and dose estimation accuracy. Predictive model of the risk of parotid gland overdose was computed using generalized linear mixed model and cross validation by leave‐one‐out. The dosimetric benefit of numerous replanning strategies, defined by various numbers and timing of replanning, with regard to parotid gland sparing, was quantified. We performed a systematic review to evaluate the predictive value of quantitative PET parameters. The predictive value of PET intensity parameters was assessed using two independent cohorts of patients. Résultats: Without adaptive radiotherapy, 65% of the patients had a PG overdose of more than 2 Gy and 50% of the patients had a tumor underdose of more than 1 Gy. Adaptive radiotherapy allows to correct both parotid gland overdose and tumor underdose. Based on parameters calculated at the planning and at the first week of treatment, predictive models of PG overdose and tumor underdose were computed. PET parameters correlated with overall survival were identified. Using two independent cohorts of patients, a nomogram to predict survival was build and externally validated. Conclusion: Our studies showed the benefit of adaptive radiotherapy to spare the parotid glands while increasing tumor coverage. These benefits should allow to decrease the toxicities while increasing local control. Early anatomical and dosimetric parameters allow identifying patients at risk of tumor underdose or parotid gland overdose. PET performed before the treatment allows identifying patients with a high‐risk of locoregional failure and death, potentially candidates for treatment. These results justify further studies on a larger cohort of patients, ideally in phase III clinical trials.

Les cancers tête et cou ou des voies aérodifestives supéreiures (VADS) représentent le sixième cancer le plus fréquent dans le monde entier. Le traitement des stades avancés de ces tumeurs est basé sur le traitement chirurgical combinée à la radiothérapie +/- à la chimiothérapie. Toutefois , la survie à 5 ans reste faible et le développement de nouvelles thérapies ciblées est nécessaire. Le F14512 combine un noyau épipodophyllotoxine de ciblage de la topoisomérase II avec un groupement spermine introduit afin de permettre de véhiculer la molécule par le STP. Ce groupement spermine facilite la captation sélective par les cellules tumorales par l'intermédiaire du système de transport de polyamine (STP) suractivé dans les cellules tumorales. Nous rapportons ici l'évaluation du F14512 sur des lignées cellulaires cancéreuses des VADS.Quatre lignées cellulaires représentatives de l'anatomie de la tête et du cou ont été utilisés : Il s'agissait des lignées Fadu ( pharynx ), SQ20B ( larynx ), CAL33 et CAL27 ( base de la langue ). L'activité du STP et la spécificité ont été évaluées par la cytométrie en flux et la microscopie confocale en utilisant une sonde fluorescente le F17073 contenant le même fragment spermine que le F14512. La cytotoxicité, seule ou en association avec des agents chimiothérapeutiques standards (cisplatine, 5FU), et les effets de radio-sensibilisation ont été étudiés par MTS et par des tests clonogéniques. L'activité du STP et l'efficacité du F14512 ont également été mesurés dans des conditions hypoxiques (1 % O2).Dans les quatre lignées testées, un STP actif a été mis en évidence permettant un transfert rapide et spécifique au noyau des composés couplés à un groupement spermine. Fait intéressant, le F14512 présente un effet cytotoxique 1,6 à 11 fois plus élevé que l'étoposide composé de référence (dépourvu de la chaîne de spermine). Il apparaît également plus cytotoxique que le 5FU et le cisplatine dans toutes les lignées cellulaires. Des expériences de compétition avec la spermine ont confirmé le rôle essentiel du STP dans la vectorisation et la cytotoxicité du F14512. Les conditions d'hypoxie n'avait presque pas d'impact sur la cytotoxicité des molécules. La combinaison du F14512 avec le cisplatine, mais pas le 5FU, s'est révélée être synergique et pour la première fois nous avons démontré le potentiel radio-sensibilisant significatif du F14512.Le groupement spermine du F14512 confère une action ciblée et une meilleure efficacité que l'étoposide sur des lignées cancéreuses des VADS. L'effet synergique observé en association avec le cisplatine et la radiothérapie apparait intéressant pour le développement potentiel de F14512 en cancérologie des VADS. / Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (HNSCC) is the sixth most common cancer worldwide. The treatment of advanced stages HNSCC is based on surgical treatment combined with radiotherapy and chemotherapy or concomitant chemo-radiotherapy. However, the 5-year survival remains poor for advanced stages HNSCC and the development of new targeted therapies is eagerly awaited. F14512 combines an epipodophyllotoxin core-targeting topoisomerase II with a spermine moiety introduced as a cell delivery vector. This spermine moiety facilitates selective uptake by tumor cells via the Polyamine Transport System (PTS) and reinforces topoisomerase II poisoning. Here we report the evaluation of F14512 toward HNSCC.Four cell lines representative of head and neck cancer localizations were used: Fadu (pharynx), SQ20B (larynx), CAL33 and CAL27 (base of the tongue). PTS activity and specificity were evaluated by confocal microscopy and flow cytometry using the fluorescent probe F17073 which contains the same spermine moiety as F14512. Cytotoxicity, alone or in association with standard chemotherapeutic agents (cisplatin, 5FU), and radio-sensitizing effects were investigated using MTS and clonogenic assays, respectively. F14512 efficiency and PTS activity were also measured under hypoxic conditions (1% O2).In all 4 tested HNSCC lines, an active PTS was evidenced providing a specific and rapid transfer of spermine-coupled compounds into cell nuclei. Interestingly, F14512 presents a 1.6 to 11 fold higher cytotoxic effect than the reference compound etoposide (lacking the spermine chain). It appears also more cytotoxic than 5FU and cisplatin in all cell lines. Competition experiments with spermine confirmed the essential role of the PTS in the cell uptake and cytotoxicity of F14512. Hypoxia had almost no impact on the drug cytotoxicity. The combination of F14512 with cisplatin, but not 5FU, was found to be synergistic and, for the first time, we demonstrated the significant radio-sensitizing potential of F14512. The spermine moiety of F14512 confers a targeted effect and a much better efficacy than etoposide in HNSCC lines. The synergistic effect observed in association with cisplatin and radiotherapy augurs well for the potential development of F14512 in HNSCC.

Overall survival of the metastatic forms of epithelial derived cancers, especially head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC), has not significantly improved even with the application of aggressive combined modality approaches incorporating radiation and chemotherapy. Cumulative evidence implicates the epidermal growth factor receptor (EGFR) as an important therapeutic target in HNSCC. We have previously demonstrated that the combination of lovastatin, a potent inhibitor of the mevalonate pathway, with EGFR tyrosine kinase inhibitors induced robust synergistic cytotoxicity. However, the use of high dose statins in our clinical trial was associated with significant toxicities including higher than anticipated rate of muscle pathologies. Our goal was to uncover novel downstream targets of the mevalonate pathway that may enhance the efficacy or limit toxicities of this novel combination therapeutic approach. In this study we have demonstrated that GGTI-298, an inhibitor of protein geranylgeranylation, through its ability to disrupt the actin cytoskeleton, inhibits EGFR dimerization and cellular trafficking. This novel mechanism targeting the EGFR has clinical implications as GGTI-298 in combination with tarceva, a clinically relevant EGFR inhibitor, showed enhanced cytotoxicity and inhibitory effects on EGFR activation and its downstream signaling.

Le cetuximab (CTX) est un anticorps monoclonal anti-EGFR indiqué dans les cancers ORL dont les modalités de prescription pourraient être améliorées. Après chimiothérapie d’induction (étude Tremplin), en comparaison au cisplatine, il était moins toxique mais sans améliorer la préservation laryngée. À la première injection, le CTX peut déclencher un choc anaphylactique lié à la préexistence d’IgE anti-αGal. Des tests prédictifs détectant ces IgE ont été développés et réalisés chez 41 patients avec une sensibilité et une valeur prédictive négative de 100%. La relation entre concentrations sériques et efficacité/toxicité a été étudiée chez 34 patients. La pharmacocinétique a été décrite à l’aide d’un modèle combinant des mécanismes d’élimination non saturable (CL) et saturable (k0). La clairance globale du CTX, reflet de l’exposition des patients, était reliée aux survies sans progression et globale (SG). Le grade de radiodermite était associé à la SG. Une simulation pharmacocinétique suggère, qu’en comparaison à l’injection standard de CTX, une injection toutes les trois semaines entrainera des AUC proches mais des concentrations résiduelles différentes. / Cetuximab (CTX) is an anti-EGFR monoclonal antibody approved in head and neck cancer, which prescription modalities may be improved. After induction chemotherapy (Tremplin study), compared to cisplatin, CTX was less toxic but did not improve larynx preservation. During first infusion, CTX can induce an anaphylaxis reaction due to the presence of preexisting anti-αGal IgE. Predictive assays detecting these IgE were developed and tested in 41 patients, with sensitivity and negative predictive values of 100%. Relationship between serum concentrations and efficacy/toxicity was studied in 34 patients. CTX pharmacokinetics was described using a model combining non-saturable (CL) and saturable (k0) eliminations. Global clearance, which reflects patient exposure, was related to progression free and overall (OS) survivals. Severe radiation dermatitis was also associated with OS. A pharmacokinetic simulation suggests that, in comparison to standard CTX infusion, an infusion every three weeks will lead to similar AUC but to different residual concentrations.

Head and neck cancers (HNSCC) are highly heterogeneous disease, results from two major carcinogens - tobacco and/or alcohol, or HR HPV infection. This thesis was based on 60 biopsies of head and neck tumours embedded into paraffin after histological verification. HPV infection, including particular types was monitored in different HNSCC regions by multiplex qPCR. Subsequent IHC demonstrated expression of p16INK4A and p53 as a possible diagnostic biomarker. Based on the information, patients with HNSCC can benefit from antiEGFR therapy by Cetuximab, but so far without defined predictors, the analysis of point mutations of Ras gene family (Kras, Nras) and Braf gene was performed. These mutations were monitored as potential predictive biomarkers, in correlation with gender, age and other risk factors. For all statistical processing the Chi-x2 test was used. Key words: Head and neck cancers, biopsy, HPV types, PCR, p16INK4A, p53, molecular predictors, Kras, Nras, Braf

Overall survival of the metastatic forms of epithelial derived cancers, especially head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC), has not significantly improved even with the application of aggressive combined modality approaches incorporating radiation and chemotherapy. Cumulative evidence implicates the epidermal growth factor receptor (EGFR) as an important therapeutic target in HNSCC. We have previously demonstrated that the combination of lovastatin, a potent inhibitor of the mevalonate pathway, with EGFR tyrosine kinase inhibitors induced robust synergistic cytotoxicity. However, the use of high dose statins in our clinical trial was associated with significant toxicities including higher than anticipated rate of muscle pathologies. Our goal was to uncover novel downstream targets of the mevalonate pathway that may enhance the efficacy or limit toxicities of this novel combination therapeutic approach. In this study we have demonstrated that GGTI-298, an inhibitor of protein geranylgeranylation, through its ability to disrupt the actin cytoskeleton, inhibits EGFR dimerization and cellular trafficking. This novel mechanism targeting the EGFR has clinical implications as GGTI-298 in combination with tarceva, a clinically relevant EGFR inhibitor, showed enhanced cytotoxicity and inhibitory effects on EGFR activation and its downstream signaling.

The incidence of human papillomavirus (HPV) -associated oropharyngeal tumors is steadily increasing therefore, information about the prevalence of oral HPV and its risk factors is very important for future screening and early diagnosis of the disease. This thesis addresses three topics. The first topic is to evaluate the prevalence of oral HPV in a healthy population and to investigate risk factors for oral HPV infection, given that these data are almost completely absent in Central Europe. A statistically significantly higher rate of positivity (8.8%) of oral HPV infection was found in the group of older unvaccinated probands than in younger partially vaccinated volunteers (2.0%). The seropositivity rate of anamnestic HPV antibodies was comparable in both groups. None of the analyzed risk factors were significantly associated with oral HPV positivity. The second topic of the thesis is the dynamics of HPV specific antibodies in patients with head and neck cancer and their prognostic significance. In patients with cervical cancer, a decrease in HPV E6 / E7-specific antibodies is associated with a better prognosis. Another goal of the dissertation was to assess the importance of anamnestic antibodies and antibodies against oncoproteins E6 and E7 in long-term follow-up 2-14 years after the end of...

Head and neck cancers (HNSCC) are highly heterogeneous disease, results from two major carcinogens - tobacco and/or alcohol, or HR HPV infection. This thesis was based on 60 biopsies of head and neck tumours embedded into paraffin after histological verification. HPV infection, including particular types was monitored in different HNSCC regions by multiplex qPCR. Subsequent IHC demonstrated expression of p16INK4A and p53 as a possible diagnostic biomarker. Based on the information, patients with HNSCC can benefit from antiEGFR therapy by Cetuximab, but so far without defined predictors, the analysis of point mutations of Ras gene family (Kras, Nras) and Braf gene was performed. These mutations were monitored as potential predictive biomarkers, in correlation with gender, age and other risk factors. For all statistical processing the Chi-x2 test was used. Key words: Head and neck cancers, biopsy, HPV types, PCR, p16INK4A, p53, molecular predictors, Kras, Nras, Braf

Les cancers des voies aérodigestives supérieures (VADS) représentent la 5e cause de cancer en France. Ils sont fréquemment découverts à un stade avancé, et leur mauvais pronostic a conduit à l’élaboration de traitements intensifiés. De nombreux essais randomisés ont évalué l’apport de la chimiothérapie et de modifications du fractionnement de la radiothérapie. Leurs résultats ont été synthétisés dans deux méta-analyses sur données individuelles coordonnées par l’Institut Gustave Roussy. Cependant ces méta-analyses génèrent des questions cliniques et méthodologiques, qui constituent le socle de cette thèse. Ainsi nous avons exploré par différents moyens l’étude de l’interaction entre des covariables de niveau individuel, le site tumoral, et l’effet du traitement. Nous avons adapté la méthodologie des méta-analyses en réseau pour les données de survie afin réaliser une analyse globale de l’ensemble de ces essais randomisés et classer les traitements selon leur efficacité sur la survie. Certains de ces traitements n’avaient pas fait l’objet de comparaison directe, et nos résultats se sont vérifiés dans des essais publiés ultérieurement. Nous avons passé en revue les avantages et les limites de la méta-analyse en réseau. Nous avons enfin engagé la mise à jour de ce corpus de méta-analyses pour produire des résultats en accord avec les pratiques actuelles, avec un suivi long, et en explorant des problématiques variées, telles que l’efficacité, la toxicité et l’adhérence au protocole thérapeutique. Les résultats finaux de la méta-analyse sur la chimiothérapie d’induction avec taxanes sont présentés dans cette thèse. / Head and neck cancers represent the fifth cause of death from cancer in France. They are often diagnosed at an advanced stage. The poor prognosis of these diseases has led to the introduction of intensified treatments. Numerous randomized trials have evaluated the benefits of the addition of chemotherapy to locoregional treatment and of the modification of radiotherapy fractionation. The results of these trials have been synthesized in two individual patient data meta-analyses coordinated by the Meta-Analysis Unit of Gustave Roussy Cancer Center. However these meta-analyses bring up clinical and methodological questions, some of which are dealt with in this thesis. First we have studied by different means the interaction between patient level covariate, tumor site and treatment effect. We have also adapted the methodology of network meta-analyses to survival data to perform a global analysis of the entire meta-analysis database, and to rank treatments according to their efficacy, including some treatments that had not been directly compared. Some of these results were eventually confirmed by subsequently published randomized trials. We have reviewed the advantages and limits of network meta-analysis. We have also launched the update of all these meta-analyses in order to produce results consistent with actual clinical practice, update patient follow-up, and collect additional data regarding treatment efficacy, toxicity and compliance. The final results of the taxane induction meta-analysis are presented in this manuscript.