Le cancer du poumon est l’un des cancers les plus fréquents dans le monde et reste le plus meurtrier actuellement en terme d’incidence absolue. Les traitements employés chez les patients atteints d’un cancer du poumon consistent en une combinaison de chirurgie, de radiothérapie et de chimiothérapie. Alors qu’il y a quelques années, les guidelines de traitement étaient principalement basées sur le stade clinique de la maladie, le développement de nouvelles thérapies a mené à une classification plus appropriée des cancers du poumon. Cette nouvelle classification se base, en plus du stade clinique de la maladie, sur l’expression de différents biomarqueurs exprimés chez des sous-populations bien définies de patients. Ces biomarqueurs sont par exemple la mutation d’un gène ou l’expression d’une protéine. Au cours de ces dix dernières années, la recherche a été très active dans ce domaine avec l’arrivée de nouveaux traitements plus spécifiques pour ces sous-populations de patients. Des exemples concrets de ces nouvelles thérapies sont les chimiothérapies dites ciblées et l’immunothérapie. L’arrivée de tels traitements a parmi d’augmenter significativement le pronostic de la maladie et également de réduire considérablement les graves effets secondaires des chimiothérapies conventionnelles. Toutefois, le bénéfice en termes de survie reste modéré. Le taux de survie des patients à cinq ans est actuellement de 15%. Il y a donc toujours un besoin urgent de mettre au point de nouvelles stratégie de traitement.La chimiothérapie inhalée constitue une perspective de traitement adjuvant du cancer du poumon très intéressante, comparée à la chimiothérapie conventionnelle. En effet, elle permettrait d’administrer des doses d’anticancéreux plus importantes directement au niveau du site tumoral tout en limitant l’exposition systémique du médicament dans l’organisme, et donc, les toxicités importantes s’y rapportant. Toutefois, aucun médicament suivant cette approche n’est actuellement disponible sur le marché et ce, malgré quelques études cliniques de Phase I/II. Cela peut principalement s’expliquer par (i) l’incapacité d’administrer des doses inhalées efficaces d’agent anticancéreux avec les dispositifs d’inhalation utilisés (les nébuliseurs), (ii) les inquiétudes quant à une possible augmentation des toxicités pulmonaires des agents anticancéreux administrés par inhalation, (iii) les moyens devant être mis en place afin d’assurer la non-contamination de l’environnement et du personnel soignant lors d’une séance d’inhalation. Basée sur de nouvelles technologies pharmaceutiques (l’inhalation sous forme de poudre sèche, les nanomédecines, les thérapies ciblées, etc.) et sur une meilleure connaissance de la biologie des cancers, la stratégie scientifique que nous proposons pourrait permettre d’apporter une solution aux problématiques précitées. Ce travail décrit le développement de nouvelles formulations de poudre sèche pour inhalation (« dry powder for inhalation », DPI) à base de nanovecteurs ciblés contre le récepteur au folate (« folate receptor », FR) pour le traitement sélectif de cancers du poumon FR-positifs. Ces formulations permettraient le ciblage (i) du site tumoral par l’utilisation de l’administration pulmonaire et (ii) spécifique des cellules cancéreuses du poumon par les nanovecteurs ciblés. Trois parties constituent ce travail.Dans la première partie, deux nouveaux excipients folatés (c.à.d. sur lesquels ont été greffés des groupements folates) ont été synthétisés en trois étapes principales par une méthode de synthèse faisant appel à des dérivés de carbodiimide. Ces excipients comportent trois types de composants majeures relatifs à leur fonction :un ligand, le groupement folate, pour le ciblage des FRs ;un composé de charge, un polysaccharide, capable d’interagir avec l’agent anticancéreux ou une structure contenant celui-ci ;et un spacer, le poly(éthylène glycol), afin d’assurer une bonne flexibilité du folate et ainsi permettre une bonne interaction avec le FR. Ces nouveaux excipients folatés ont été caractérisés par RMN du proton, par spectrométrie de masse et par analyse thermique. L’excipient F-PEG-HMD (« folate-poly(ethylene glycol)-hydrophobically-modified dextran ») était capable de former des micelles caractérisées par une distribution de taille particulaire bimodale dans l’eau, avec un diamètre moyen d’environ 80 nm. F-PEG-HMD était caractérisé par une concentration micellaire critique de 4 x 10-7 M. L’excipient F-PEG-HTCC (« Folate-poly(ethylene glycol)-(N-[(2-hydroxy- 3-trimethylammonium)propyl] chitosan ») présentait des charges positives permettant de se solubiliser en milieu aqueux, indépendamment du pH.Dans la deuxième partie du travail, des formulations DPI ont été développées à base de l’agent anticancéreux témozolomide (TMZ). Celui-ci a été choisi comme premier modèle de principe actif pour son mécanisme d’action particulier qui lui confère une activité dans les cancers apopto-résistants, comme c’est le cas de beaucoup de cancers du poumon. De plus, l’administration d’une formulation de TMZ sous forme de nanovecteur permettrait de considérablement augmenter son activité en augmentant, par exemple, sa stabilité in vivo, ou encore son incorporation intracellulaire spécifique dans les cellules cancéreuses. Toutefois, le TMZ est caractérisé par des propriétés physicochimiques ne permettant que très difficilement son encapsulation dans des nanovecteurs. Le TMZ est une petite molécule, faiblement soluble dans l’eau sans toutefois être lipophile. Comme type de nanovecteur, les micelles polymériques pourraient présenter un bon profil pour encapsuler le TMZ. Des micelles composées de F-PEG-HMD et de TMZ ont été préparées par solubilisation de ces deux composés en présence. La solubilité dans l’eau du TMZ a pu ainsi être doublée en présence de F-PEG-HMD, ce qui pourrait mener à des concentrations de TMZ augmentées au sein du site tumoral. Les micelles polymériques présentaient un diamètre moyen de 50-60 nm, en fonction de la concentration en F-PEG-HMD utilisée. Les formulations DPI ont été préparées par spray-drying des micelles en présence de mannitol et de leucine. Le TMZ est resté stable durant l’étape de spray-drying, ainsi confirmé par des propriétés antiprolifératives in vitro des formulations DPI semblables à une solution de TMZ. Deux des formulations DPI développées présentaient de bonnes propriétés aérodynamiques, avec des fractions en particule fine jusqu’à 50%, et étaient capable de libérer les micelles polymériques rapidement en milieu aqueux. Toutefois, les taux d’encapsulation obtenus étaient relativement bas (inférieurs à 10%). Le travail s’est donc poursuivi avec un autre agent anticancéreux, le paclitaxel.Dans la troisième partie du travail, des formulations DPI à base de nanovecteurs chargés en paclitaxel (PTX). Le PTX a été choisi comme deuxième modèle d’agent anticancéreux car il s’agit d’une des molécules les plus couramment utilisées dans le traitement du cancer du poumon, et ce malgré les graves effets secondaires systémiques engendrés par l’administration intraveineuse de ce médicament. L’utilisation de la voie pulmonaire pourrait permettre d’optimiser les traitements à base de PTX, et ainsi, la qualité de vie des patients (réductions conséquentes des graves effets secondaires systémiques et meilleure réponse thérapeutique). Deux types de nanovecteurs ont été préparés avec des taux d’encapsulation en PTX d’approximativement 100%. Des micelles polymériques à base de F-PEG-HMD et de PTX ont été préparées par une méthode de dialyse avec un diamètre moyen de 50 nm et un potentiel zêta d’environ -4 mV dans le PBS. Des nanoparticules lipidiques solides (« solid lipid nanoparticle », SLN) chargées en PTX ont été préparées par une méthode de nanoprécipitation et les SLNs ont ensuite été enrobées par F-PEG-HTCC. La présence de l’enrobage a été confirmée par la taille et la charge des particules (diamètre moyen de 160 nm à 230 nm et potentiel zêta de -20 mV à + 30 mV, avant et après enrobage, respectivement). Les nanovecteurs étaient capables d’être incorporés, in vitro, dans les cellules HeLa et M109-HiFR, deux lignées de cellules cancéreuses exprimant le FR, et in vivo, après administration par inhalation sur un modèle orthotopique de cancer pulmonaire murin Ce modèle, le modèle M109, a été développé dans le cadre de ce travail à partir de la lignée M109-HiFR. Après administration par inhalation, les SLNs restaient enrobées dans les tissus pulmonaires et tumoraux. Les nanovecteurs ont montré une activité antiproliférative in vitro sur les deux lignées précitées. De plus, cette activité était significativement plus grande avec les SLNs enrobées chargées en PTX qu’avec la formulation commerciale contenant le paclitaxel, le Taxol®, avec des concentrations inhibitrices médianes de 60 et 340 nM, respectivement. L’activité anti-cancéreuse in vivo des SLNs enrobées, qui présentaient un meilleur profil que les micelles polymériques pour être étudiées in vivo (plus haute teneur en PTX, plus grande activité antiproliférative, et meilleure profil de libération du PTX in vitro), a été évaluée sur le modèle M109. Les SLNs enrobées, administrées par inhalation, seules ou en association avec le Taxol par intraveineuse, ont été comparées au Taxol®, administré par inhalation, par intraveineuse ou les deux, à la même dose de PTX totale. Les traitements à base des SLNs enrobées, en particulier en association avec le Taxol® en intraveineuse, ont menés un allongement significatif de la survie des souris M109, par rapport au Taxol en intraveineuse seul (survie médiane de 38 et 27 jours, respectivement). De plus, la mort de la dernière souris M109 a été observé au jour 61 pour le traitement SLN/Taxol en association, comparé au jour 33 pour le Taxol en intraveineuse, seul, à la même dose totale en PTX (10-8-8-8 mg/kg), et au jour 29 pour le contrôle négatif (c.à.d. les souris n’ayant pas reçu de traitement). Des études supplémentaires sont toutefois requises pour conclure une potentielle augmentation de l’activité anticancéreuse des SLNs inhalées par rapport au Taxol®. En effet, les doses de PTX en inhalation étaient trop grandes pour le modèle M109 menant à la mort d’une partie non négligeable des souris M109. Nous pouvons toutefois conclure que le traitement à base des SLNs inhalées en association avec le Taxol® en intraveineuse semble prometteur pour la suite du projet. Des formulations DPI ont ensuite été produites à partir des nanovecteurs chargés en PTX par spray-drying. Les formulations obtenues présentaient une large déposition in vitro dans les poumons, avec des fractions en particule fine allant jusqu’à 50% et de bonnes propriétés de libération des nanovecteurs en milieu aqueux. Quel que soit le principe actif ou le nanovecteur utilisé, les formulations DPI développées ont montré une large déposition pulmonaire in vitro dans les voies aériennes inférieures, où les adénocarcinomes pulmonaires sont le plus souvent trouvés. De plus, les formulations ne contenant que les excipients étaient bien tolérées in vivo après inhalation chez la souris saine. Cela a été vérifié par analyse des fluides bronchoalvéolaires en termes de concentration totale en protéine, de population de cellules, et de concentration en cytokines IL-1β, IL-6, and TNF-α. Ce travail montre dès lors également que les formulations DPI pourraient constituer un système de délivrance de médicament intéressant pour amener des nanovecteurs dans le tractus respiratoire où la tumeur réside. Toutefois, alors que de nombreuses caractéristiques intéressantes des formulations ont été démontrées (la tolérance des excipients, les profils de libération du PTX obtenus, l’incorporation intracellulaire des nanovecteur ainsi que leur bonne distribution dans du tissu tumoral in vivo et leur activité anticancéreuse, etc.), l’implication des FRs pour expliquer ces caractéristiques n’a pas pu être établie clairement. / Lung cancer is one of the most frequent cancers in the world, and remains the most deadly. Lung cancer therapy involves the combination of surgery, radiotherapy and chemotherapy. Whereas the treatment guidelines used to be related mainly to the stage of the disease, more recent treatments have introduced the concept of treating lung cancers according not only to the stage, but also to the specific characteristics of the tumors, i.e. a gene mutation, expression of a protein, etc. In the last decade, scientific and clinical research has been very active in this field, with recurrent introduction of new treatments, including new chemotherapies (e.g. targeted chemotherapies and immunotherapies). Many of these new treatments certainly induce better therapeutic responses and a sharp reduction in the adverse effects of conventional chemotherapies for well-defined subpopulations of patients. However, the benefit in terms of survival rates is only moderate. The five-year survival rate is currently ~15%. There is therefore no doubt that new treatment approaches and strategies are needed. One interesting approach is aerosolized chemotherapy. The pulmonary delivery of anti-cancer drugs could potentially be an interesting alternative to conventional adjuvant chemotherapy in lung cancer treatment, for many reasons. Among them, it could enhance the therapeutic ratio significantly by decreasing systemic severe toxicities and increasing anti-tumour efficacy. However, despite interesting clinical trial reports, all the strategies describing an aerosolized anti-cancer treatment have failed to bring new medicine on the market so far. The failures have been related mainly to (i) the inability to deliver proper and efficient drug doses in the lungs with the inhalation devices used in clinical trials (i.e. nebulizers), (ii) concerns about potential increase in lung toxicities engendered by these anti-cancer drug-based aerosols, and (iii) the requirement for adapted facilities to perform the inhalation procedure safely. Based on new pharmaceutical technologies (i.e. dry powder for inhalation (DPI) technology, nanomedicine, drug targeting, etc.) and on a better knowledge of cancer biology, a plausible and feasible answer to the aforementioned causes of failure was proposed. In this work, new nanomedicine-based DPI formulations were designed and developed for proposal as adjuvant chemotherapy for lung cancer treatment, especially for folate receptor (FR)-positive adenocarcinomas. These formulations would potentiate chemotherapy by means of a dual-targeting approach, i.e. the targeting of (i) lung tumor site(s) with pulmonary delivery and (ii) lung cancer cells with FR-targeted nanocarriers. To set up this approach, the work included three parts.In the first part, two new folate-grafted excipients were synthesized using carbodiimide-mediated chemistry in three main steps. These excipients consisted of three main components with a defined function: a ligand bringing selectivity, i.e. folate groups; a loading compound able to interact non-covalently with the anti-cancer drug or a drug delivery system, i.e. polysaccharides; and a spacer ensuring good flexibility of the ligand to allow its binding to the target, i.e. poly(ethylene glycol). The excipients were characterized by 1H-NMR, mass spectrometry and thermal analysis. Folate-polyethylene glycol-hydrophobically-modified dextran (F-PEG-HMD), a new folate-grafted self-assembling copolymer, presented a critical micellar concentration in water of 4 x 10-7 M. F-PEG-HMD micelles were characterized by a trimodal particle size distribution with a Z-average diameter of about 80 nm in water. Folate-polyethylene glycol-(N-[(2-hydroxy- 3-trimethylammonium)propyl] chitosan) (F-PEG-HTCC) presented positive charges and was easily dissolved in water, regardless of the pH.In the second part, dry powders were developed with the anti-cancer drug temozolomide (TMZ). TMZ was chosen as the first anti-cancer drug model due to its interesting anti-cancer activity in poor prognosis, apopto-resistant cancers, as is the case for many lung cancers. In addition, TMZ delivery via a nanocarrier might present many advantages such as prolonged lifetime and specific improved intracellular delivery into cancer cells. However, TMZ is characterized by poor properties for encapsulation into nanocarriers. It presents poor water solubility and low lipophilicity. Because of these properties, polymeric micelles presented the best profile for entrapping TMZ. TMZ-loaded F-PEG-HMD micelles were prepared by co-dissolution of TMZ and F-PEG-HMD. TMZ solubility in water was increased in the presence of F-PEG-HMD (a two-fold increase in molar solubility) which could potentially lead to increased local concentrations in the tumor site. The TMZ-loaded F-PEG-HMD micelles were characterized by Z-average diameters in the range of 50-60 nm, depending on the F-PEG-HMD concentration used. The micelles were spray dried to produce dry powders. TMZ remained stable during all the formulation steps, confirmed by similar in vitro anti-proliferative properties for the DPI formulations and a TMZ solution. Two of the developed DPI formulations were characterized by good aerodynamic properties (with a fine particle fraction of up to 50%) and were able to release the F-PEG-HMD micelles quickly in aqueous media. However, as presumed, poor entrapment efficiency values were obtained (less than 10%). A second anti-cancer compound was therefore chosen to pursue in the study, the lipophilic paclitaxel.In the third part, nanocarrier-loaded dry powders were developed with the poorly water-soluble anti-cancer drug paclitaxel (PTX) and the new folate-grafted excipients. PTX was chosen as a model drug because it is an effective anti-cancer drug currently used in lung cancer therapy and it causes severe systemic toxicities when delivered by the conventional intravenous route. Pulmonary delivery of PTX might therefore optimize treatment efficacy and/or quality of life in lung cancer patients. Two types of PTX-loaded nanocarrier were prepared with an encapsulation efficiency of approximatively 100%. PTX-loaded F-PEG-HMD micelles were prepared by a dialysis method. These had a Z-average diameter of about 50 nm and a zeta potential of about -4 mV in PBS. F-PEG-HTCC-coated solid lipid nanoparticles (SLNs) loaded with PTX were prepared in two main steps. PTX-loaded SLNs were first prepared using a nanoprecipitation method and the SLNs were then coated with F-PEG-HTCC. Efficient coating was confirmed by particle size and zeta potential (Z-average diameter of 160 nm to 230 nm and zeta potential of -20 mV to +30 mV before and after F-PEG-HTCC coating, respectively). The nanocarriers were able to enter HeLa and M109-HiFR, two FR-expressing cancer cell lines, in vitro, and in vivo after administration by inhalation to orthotopic M109-HiFR lung tumor grafted mice. This orthotopic model, i.e. the M109 model, was developed in the study. The SLNs remained coated with F-PEG-HTCC in lung tissues and tumors after inhalation. The PTX contained in the nanocarriers remained active against HeLa and M109-HiFR in vitro, as observed by means of the colorimetric MTT assays. Moreover, PTX-loaded SLNs were characterized by significantly higher anti-proliferative properties than Taxol®, with half-maximal inhibitory concentrations of 60 and 340 nM, respectively. Afterwards, the in vivo anti-cancer activity of the coated SLNs, which led to better profile than the polymeric micelles to be studied in vivo (i.e. higher PTX loading, higher anti-proliferative properties, and better release profile of PTX in vitro), was evaluated using the M109 model. The coated SLNs, administered by inhalation, alone or combined with intravenous Taxol®, were compared with Taxol®, administered by inhalation, IV or both, at the same PTX-relative doses. Interestingly, we observed much longer survivals for the SLN inhaled treatments, especially when combined with intravenous Taxol®, than for intravenous Taxol alone (median survivals of 38 and 27 days, respectively). Moreover, the last tumor-bearing mouse death occurred at day 61 for the SLN combined therapy, compared with day 33 for the intravenous therapy alone, at the same total PTX-relative dose (i.e. 10-8-8-8 mg/kg), and with day 29 for negative control (i.e. non-treated mice). However, further evaluations are needed to conclude that there is any improvement in terms of therapeutic response compared with intravenous Taxol®. Indeed, bias related to the fact that the aerosolized PTX doses were too high was included in the survival rate analysis and was revealed by unacceptable treatment-related deaths. Nevertheless, the combination of aerosolized, loaded SLNs and intravenous Taxol seemed to be an interesting strategy of treatment to follow. Dry powders embedding the PTX-loaded nanocarriers were developed by spray-drying. In vitro, good deposition profiles were obtained, with a fine particle fraction of up to 50% and good ability to re-disperse the nanocarriers in aqueous media.Whatever the drug or the nanocarrier adopted, the developed DPI formulations showed wide in vitro pulmonary deposition in the lower respiratory tract, where adenocarcinomas are more often found. Moreover, nanocarrier-based dry powders without drugs were well-tolerated in vivo, as assessed in healthy mice by determination of total protein content, cell count, and cytokine IL-1β, IL-6, and TNF-α concentration in bronchoalveolar lavage fluids. The present work therefore also shows that dry powders for inhalation could constitute an interesting drug delivery system able to release nanocarriers in the respiratory tract where the tumor is growing and spreading. However, in contrast to the undeniable improvements in terms of drug delivery system (e.g. safety of the excipients, drug release profile, the cell binding and uptake of the nanocarriers and their distribution into tumor in vivo, anti-cancer activity), no substantial effect linked to an implication of the FRs was observed to explain the aforesaid improvements. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Over 5000 flavonoids have been identified so far and many of these are known to have antineoplastic properties. The relationships between the targeting activities by these compounds on cancer cells and the specific features that determine their molecular structures are not completely elucidated. Here we report the differential cytotoxic effects of two unsubstituted ring B flavonoids that differ solely in the presence of a C2, C3 double bond in ring C, on human cancer cells of the lung (A549), pancreas (MIA PaCa-2, Panc28), colon (HCT 116, CaCo-2), Liver (HepG2), and breast (SKBr3). These compounds were extracted from Chromolaena leivensis (Hieron) a plant belonging to the genus Chromolaena reputed to have antitumor activities. 3, 5 dihydroxy-7-methoxyflavone induce apoptosis in cancer cells of the lung A549, pancreas MIA PaCa-2 and Panc28, and colon HCT116, but not on Caco-2; whereas 3,5 dihydroxy-7-methoxyflavanone display proliferative effects in A549, Panc 28, MIA PaCa, and HCT116 cells at low concentrations, and slight cytotoxicity only on CaCo-2, a cancer cell line with a higher differentiation status than other cells tested. At the concentrations studied (5-80µM) neither compound demonstrated activity against cancer cells of the liver (HepG2) or breast (SKBr3) as indicated by MTT cell viability assays. When used in combination with 3,5 dihydroxy-7-methoxyflavone in pancreatic cancer cells, the targeting preference of 3, 5 dihydroxy-7-methoxyflavanone is altered, and a significant increase in inhibition of cell viability is observed 48 hours after dosing. The presence or absence of the C2, C3 double bond in ring C, accounts for electrochemical and structural changes that dictate differential specificity towards cancer cells. 3,5 dihydroxy-7-methoxyflavone has a more planar structure, whereas the absence of the double bond in C2, C3 causes ring B to adopt a perpendicular orientation to the plane formed by rings A and C and the OH group at C3.

Lipid synthesis is required for cell growth and is subject to pharmacologic regulation. Keratinocyte growth factor (KGF) stimulates proliferation and lipogenesis in H292 cells, a pulmonary epithelial cancer cell line, but the signaling pathways are not known. KGF stimulated the expression of the transcription factors sterol-regulatory element binding protein-1 (SREBP-1), CCAAT/enhancer binding protein α (C/EBPα), and C/EBPδ and two key enzymes involved in lipogenesis, FAS and stearoyl coenzyme A desaturase-1 (SCD-1). We found that KGF induced rapid activation of Akt, p70 S6K, JNK, and extracellular signal-regulated (ERK). Induction of SREBP-1, SCD-1, and FAS by KGF was inhibited by the JNK inhibitor SP600125 and the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) inhibitor LY294002 but not by the ERK inhibitor PD98059. Using FAS and SCD-1-luciferase promoter constructs, we observed that KGF stimulated the transcription of these promoters and that exogenous cholesterol inhibited the induction. Mutation of the SREBP-1 binding site in the SCD-1 promoter abolished the effect of KGF on SCD-1 transcription. In addition, overexpression of active SREBP-1 directly stimulated SCD-1 and FAS. Conversely, adenovirus-mediated overexpression of a dominant negative form of SREBP-1 inhibited the KGF effect on FAS and SCD-1 expression. In summary, we conclude that KGF requires both PI3K and JNK signaling pathways to induce SREBP-1, which in turn induces SCD-1 and FAS expression in H292 cells.

Les cellules tumorales circulantes (CTC) représentent un large champ de recherche susceptible de fournir des informations tant cliniques que fondamentales. Les CTC proviennent de tumeurs primitives ou métastatiques et représentent une population hétérogène de cellules très rares dans le flux sanguin. Leur caractérisation moléculaire est un défi technologique qui requiert des méthodes très sensibles et spécifiques. Dans les cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC), les CTC ont un véritable intérêt car les biopsies tumorales ne permettent pas toujours de réaliser les analyses moléculaires nécessaires au choix du traitement. De plus, elles ne sont probablement pas représentatives de l’hétérogénéité tumorale.L’objectif de ma thèse a été de rechercher dans les CTC de patients atteints de CBNPC porteurs du remaniement de gène ALK, des anomalies génomiques connues pour être des biomarqueurs de sensibilité et de résistance aux thérapies ciblant cet oncogéne, ainsi qu’à caractériser les CTC porteuses de ces anomalies. La première partie du projet a consisté au développement d’une méthode d’hybridation in situ de l’ADN (fluorescent in situ hybridization, FISH) adaptée à un système d’enrichissement des CTC par filtration, la FA-FISH (filter adapted FISH) (brevet PCT/FR2011/052688). Nous avons ensuite développé une approche de microscopie semi-automatisée permettant la digitalisation et l’analyse de ces CTC enrichies par filtration (Pailler, BMC Cancer, 2016). Dans la seconde partie du projet, nous avons mis en œuvre cette méthode et montré pour la première fois qu’il est possible d’identifier le remaniement de gène ALK dans les CTC de patients porteurs de ce réarrangement dans la tumeur (Pailler, J Clin Oncol, 2013). Les CTC remaniées présentent un unique réarrangement de type break-apart, y compris chez des patients présentant exclusivement une autre forme de réarrangement dans la tumeur, et un phénotype mésenchymateux. Cette observation nous a amené à émettre l’hypothèse que ces CTC ont acquis des propriétés migratoires et d’invasivité, et pourraient résulter d’une forte sélection clonale. Nous avons ensuite étendu cette observation aux patients porteurs du remaniement ROS1 et rapporté pour la première fois la détection de ce remaniement dans des CTC (Pailler, Ann Oncol, 2015). Dans la troisième partie du projet, nous avons émis l’hypothèse que certaines sous-populations de CTC anormales pour le gène ALK, mesurées avant et à deux mois de traitement par le crizotinib, pourraient prédire l’évolution clinique des patients traités. Dans une cohorte élargie de patients, nous avons montré que l’évolution sous crizotinib du nombre de CTC présentant exclusivement des gains de copies natives du gène ALK est un biomarqueur « surrogate » d’efficacité du traitement pouvant permettre d’identifier les patients qui ont un risque élevé de progresser rapidement (Pailler, soumis). Finalement, dans la quatrième partie du projet, nous avons recherché dans des CTC des mutations de résistance aux inhibiteurs de ALK. Nous avons mis au point des technologies permettant de caractériser phénotypiquement, isoler et analyser moléculairement (séquençages ciblés et d’exomes) des CTC à l’échelle de cellule unique. Les expériences sur lignées cellulaires ont permis de valider les approches et les analyses d’échantillons de patients sont en cours.Dans ce travail, nous montrons qu’il est possible de caractériser des anomalies génomiques dans les CTC de patients porteurs du remaniement ALK à différentes étapes de leur maladie, et ainsi d’identifier des biomarqueurs de sensibilité et d’efficacité à une thérapie ciblée. Ce travail ouvre des perspectives sur la personnalisation des traitements qui pourraient reposer sur l’analyse génomique non invasive des CTC. Il apporte en outre des éléments nouveaux sur les caractéristiques biologiques des CTC chez ces patients, certaines étapes du processus métastatique et la diversité génomique de ces cancers. / Circulating tumor cells (CTCs) are a broad field of research which may provide both clinical and basic information. CTCs migrate from primitive or metastatic tumors and represent a heterogeneous population of very rare cells in the blood stream. The molecular characterization of CTCs is a technical challenge requiring highly sensitive and specific methods. Because tumor biopsies are invasive and in some cases associated with risk in non-small-cell lung cancer (NSCLC), CTCs may offer an attractive option to analyze tumor genomic alterations and detect molecular biomarkers. CTCs could provide a more comprehensive picture of the tumor content than single tumor biopsies.The aim of my thesis was to characterize genomic abnormalities in CTCs from ALK-rearranged NSCLC patients and identified biomarkers of sensitivity and resistance to targeted therapies. The first part of the project consisted in the development of a fluorescent in situ hybridization (FISH) method adapted to CTCs enriched by filtration, the FA-FISH (filter-adapted-FISH) (patent PCT/FR2011/052688). Then, we developed a method for the semi-automated microscopy of filtration enriched CTCs (Pailler, BMC Cancer, 2016). In the second part of my project, using this method, we provided the first proof-of-concept that ALK-rearrangement can be detected in CTCs of patients with ALK-rearranged NSCLC (Pailler, J Clin Oncol, 2013). We showed that CTCs from these patients harbor a unique ALK break-apart rearrangement, including patients presenting another form of rearrangement in the biopsy, and a mesenchymal phenotype. This suggests that these CTCs may arise from a clonal selection of tumor cells that have acquired invasive and migratory properties and possibly the potential to drive metastatic progression. Then, we characterized CTCs from patients with ROS1-rearranged NSCLC and reported for the first time the detection of ROS1-rearrangement in CTCs (Pailler, Ann Oncol, 2015). In the third part of the project, we evaluated whether CTCs with abnormal ALK-FISH patterns monitored under crizotinib (baseline and early sampling at 2 months) may inform on treatment benefit in a cohort of ALK-rearranged patients treated by crizotinib. In an extended cohort of patients, the dynamic change in the numbers of CTCs with a gain of ALK-native copies was associated with the progression-free survival and thus may be a surrogate biomarker for crizotinib efficacy (Pailler, submitted). These results show that the molecular analysis of CTCs performed under treatment could help to stratify patients at risk of early resistance to crizotinib. Finally, in the last part of my project, we sought to evaluate whether CTCs could be used for identifying resistance mutations to ALK inhibitors. We developed technologies to characterize, isolate and molecularly (targeted sequencing and exome sequencing) analyze CTCs at the single cell level. Experiments on cell lines allowed to validate these technical processes; Experiments on patient samples are ongoing.In this work, we characterize genomic abnormalities present in CTCs from ALK-rearranged patients at different stages of the disease and identify biomarkers of sensitivity and efficacy to targeted therapies. Our results provide new perspectives on the potential of CTCs for personalizing treatments in NSCLC patients. Furthermore, our findings may offer new insights on the biological characteristics of CTCs in ALK-rearranged patients, their overall role in the metastatic progression and the genomic diversity of these cancers.

Bakgrund: Lungcancer är en av de dödligaste cancersjukdomarna. Fysisk aktivitet är en viktig del hos patienter med avancerad lungcancer eftersom fysisk aktivitet kan lindra symtom som uppstår efter en lungcancerbehandling. Syfte: Var att belysa faktorer som påverkar fysisk aktivitet hos patienter med avancerad lungcancer efter genomgången lungcancerbehandling. Metod: Studien är genomförd som en allmän systematisk litteraturstudie och baseras på sju resultatartiklar som har genomgått en granskning för att kunna fastställa ett resultat. Artiklarna var refereegranskade och publicerade mellan 2011–2021. Resultat: Brist på motivation är en bidragande faktor till varför fysisk aktivitet minskar hos patienter med avancerad lungcancer. Motivationen saknas på grund av de olika symtom och biverkningar som uppkommer efter en lungcancerbehandling. För att stärka motivationen krävs det stöd från sjuksköterskan eller utföra fysisk aktivitet tillsammans med vänner och familj. Gruppträning med andra människor som är i en liknande situation har visat sig vara hjälpsamt. Patienter som har avancerad lungcancer och som kan vara fysiskt aktiva i sin vardag upplever mer hopp inför framtiden. Trots att patienterna lider av avancerad lungcancer så känner de ändå hopp inför framtiden. Konklusion: Det som framkom i denna litteraturstudie var att fysisk aktivitet kan hjälpa till öka välbefinnandet och lindra lidande. Stöd från sjuksköterskan har visat sig vara hjälpsamt för patienter med en lungcancerdiagnos. / Background: Lung cancer is a cancer disease known to have a high mortality rate. Physical activity have a vital part in decreasing the symptoms of advanced lung cancer that occurs in connection with lung cancer treatment. Aim: To illustrate factors that effect physical activity in patients with advanced lung cancer after treatment. Method: This is a general literature review covering seven peer-reviewed journal articles published between 2011-2021. The articles chosen have been reviewed in order to establish a result. Result: Lack of motivation is a contributing factor to why physical activity decreases in patients with advanced lung cancer. The absence of motivation is caused by symptoms and reactions that occurs in connection with the lung cancer treatment. The nurse can help increase motivation by empowering the patient to improve the level of exercise. Friends and family can encourage and offer support. Group training with other people who are in a similar situation has proven to be helpful. Patients who have advanced lung cancer and who can be physically active in their everyday lives experience more hope for the future. Conclusion: What emerged in this literature study was that physical activity can increase comfort and ease suffering. Support from the nurse has proven to be helpful for patients with a lung cancer diagnosis.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21447号 / 医博第4414号 / 新制||医||1032(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 武藤 学, 教授 平井 豊博, 教授 岩田 想 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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Introduction: As the number of minimally invasive technologies increases in the field of thoracic surgery, so have the number of learning curve analyses performed for these innovations. Variation in learning curve methodology makes between-study comparisons and evidence syntheses difficult. Furthermore, poorly described and reported learning curve analyses make the results difficult to apply to different clinical settings. The objective of this systematic review is to characterize the variability in the methods used to construct and describe learning curves, with the goal of identifying shortcomings and potential areas for improvement in this line of research. Methods: A search of Ovid Medline, Ovid Embase, EBSCO CINAHL, and Web of Science was performed. Studies of learning curves of anatomical lung resection operations in adult patients published in the English language were eligible for inclusion. Two reviewers independently assessed studies for eligibility, and extracted relevant data. Results: The search yielded 56 articles eligible for inclusion in the present review. A variety of methods were used to construct the learning curve, with chronological grouping of cases being the most commonly used technique in 22 (39.29%) studies, followed by the cumulative sum method, employed in 21 (37.50%) studies. A total of 15 unique metrics were used for learning curve analyses; operative time was the most common metric, used in 39 (69.64%) studies. A large proportion of studies failed to provide details on learning curve parameters such as competency thresholds, surgeon’s prior experience, case complexity, and learning curve definition. Considerable heterogeneity was found in the methods and reporting standards of learning curve evaluations in minimally invasive thoracic surgery. Conflicts of Interest: None. Funding Source: Boris Family Centre for Robotic Surgery. / Thesis / Master of Science (MSc)

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24508号 / 医博第4950号 / 新制||医||1064(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 平井 豊博, 教授 武藤 学, 教授 中島 貴子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Cancer is a complex disease with diverse genetic changes that pose significant treatment challenges due to its heterogeneity. Identifying driver modules, which are crucial for cancer progression, has been aided by artificial intelligence (AI) techniques. However, existing approaches lack specificity, particularly for cancer types like lung cancer. This thesis addresses this gap by proposing a method that combines a gene-gene interaction network construction with AI-based clustering to identify distinct driver modules specific to lung cancer. The research aims to enhance our understanding of the disease by leveraging publicly available databases and large datasets using design science methodology. By mapping biological processes to genes and constructing a weighted gene-gene interaction network, correlations within gene clusters are identified. A clustering algorithm is applied to derive potential cancer-driver modules and pinpoint biologically relevant modules that contribute to the development of lung cancer. The results demonstrate the effectiveness and robustness of the clustering approach, with 110 unique and non-overlapping clusters identified, ranging in size from 4 to 10. These clusters surpass the evaluation requirements and exhibit significant relevance to critical pathways. The findings challenge previous assumptions about gene clusters and their significance in lung cancer, providing insights into the molecular underpinnings of the disease. The identified driver modules hold promise for influencing future approaches to diagnosis, prognosis, and treatment in the management of lung cancer. By expanding our understanding of the disease, this research paves the way for further investigations and potential clinical advancements.