Pour les patients diagnostiqués avec un cancer au stade précoce, les décisions de traitement dépendent de l’évaluation du risque de rechute métastatique. Les outils de pronostic actuels sont fondés sur des approches purement statistiques, sans intégrer les connaissances disponibles sur les processus biologiques à l’oeuvre. L’objectif de cette thèse est de développer des modèles prédictifs du processus métastatique en utilisant une approche de modélisation mécaniste et la modélisation à effets mixtes. Dans la première partie, nous étendons un modèle mathématique du processus métastatique pour décrire la croissance de la tumeur primaire et de la masse métastatique totale chez des souris traitées avec le sunitinib (un inhibiteur de tyrosine kinase ayant une action anti-angiogénique) administré comme traitement néoadjuvant (i.e. avant exérèse de la tumeur primaire). Le modèle est utilisé pour tester des hypothèses expliquant les effets différentiels du sunitinib sur la tumeur primaire et les métastases. Des algorithmes d’apprentissage statistique sont utilisés pour évaluer la valeur prédictive des biomarqueurs sur les paramètres du modèle.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous développons un modèle mécaniste pour la prédiction du temps de rechute métastatique et le validons sur des données cliniques des patientes atteintes d’un cancer du sein localisé. Ce modèle offre des prédictions personnalisées des métastases invisibles au moment du diagnostic, ainsi que des simulations de la croissance métastatique future, et il pourrait être utilisé comme un outil de prédiction individuelle pour aider à la gestion des patientes atteintes de cancer du sein. / For patients diagnosed with early-stage cancer, treatment decisions depend on the evaluation of the risk of metastatic relapse. Current prognostic tools are based on purely statistical approaches that relate predictor variables to the outcome, without integrating any available knowledge of the underlying biological processes. The purpose of this thesis is to develop predictive models of the metastatic process using an established mechanistic modelling approach and the statistical mixed-effects modelling framework.In the first part, we extend the mathematical metastatic model to describe primary tumour and metastatic dynamics in response to neoadjuvant sunitinib in clinically relevant mouse models of spontaneous metastatic breast and kidney cancers. The calibrated model is then used to test possible hypothesis for the differential effects of sunitinib on primary tumour and metastases, and machine learning algorithms are applied to assess the predictive power of biomarkers on the model parameters.In the second part of this thesis, we develop a mechanistic model for the prediction of the time to metastatic relapse and validate it on a clinical dataset of breast cancer patients. This model offers personalised predictions of the invisible metastatic burden at the time of diagnosis, as well as forward simulations of metastatic growth, and it could be used as a personalised prediction tool to assist in the routine management of breast cancer patients.

Cancer metastasis accounts for approximately 90% of all cancer-related deaths; however, the underlying mechanisms remain largely unknown. It has been known proteins that control F-actin dynamics are crucial for cancer metastasis. In this study, we revealed how an F-actin binding protein, Switch-associated protein 70 (SWAP-70), contributes to breast cancer metastasis. Moreover, immunotherapy is a promising approach to treat metastatic cancer cells by enhancing the function of the host immune system against cancer. Our lab has conducted extensive studies on how SWAP-70 regulates the function of several immune cell types, including dendritic cells (DCs), B cells, and mast cells. These cells have been reported to contribute to tumor immunity. Thus, we hypothesized that SWAP-70 plays a role in tumor immunity. To characterize the function of SWAP-70 in metastasis, we generated 4T1, mouse breast cancer, SWAP-70 knockout (KO) cells using Crispr/Cas9 technology. A syngeneic orthotopic model was used to recapitulate clinical disease progression, and the results showed that SWAP-70 led to significant metastasis to the lungs and bones in immunocompetent mice. Several functional assays have revealed that SWAP-70 promotes anchorage-independent growth, cell migration, invasion, and adhesion in 4T1 cells. Biophysical measurements showed that SWAP-70 contributes to cellular mechanics. To investigate how SWAP-70 in host cells affects tumor immunity, SWAP-70 deficient mice were injected with E0771 mouse breast cancer cells to study tumorigenicity. SWAP-70 deficient mice showed delayed primary tumor growth and less distant metastasis. Isolated SWAP-70−/− DCs were impaired in generating CD8 T cell responses pulsed with soluble OVA protein, but not with OVA peptide, suggesting that the antigen uptake, processing, and presentation process in SWAP-70−/− DCs may be diminished. Taken together, our findings describe the potential mechanisms by which the loss of SWAP-70 hinders cancer metastasis and provide several insights into how targeting SWAP-70 could be a potential therapeutic approach to target cancer.

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Pre-surgical diffusion weighted imaging (DWI) is increasingly important in the context of thyroid cancer for identification of the optimal treatment strategy. It has exemplarily been shown that DWI at 3T can distinguish undifferentiated from well-differentiated thyroid carcinoma, which has decisive implications for the magnitude of surgery. This study used DWI histogram analysis of whole tumor apparent diffusion coefficient (ADC) maps. The primary aim was to discriminate thyroid carcinomas which had already gained the capacity to metastasize lymphatically from those not yet being able to spread via the lymphatic system. The secondary aim was to reflect prognostically important tumor-biological features like cellularity and proliferative activity with ADC histogram analysis. Fifteen patients with follicular-cell derived thyroid cancer were enrolled. Lymph node status, extent of infiltration of surrounding tissue, and Ki-67 and p53 expression were assessed in these patients. DWI was obtained in a 3T system using b values of 0, 400, and 800 s/mm2 . Whole tumor ADC volumes were analyzed using a histogram-based approach. Several ADC parameters showed significant correlations with immunohistopathological parameters. Most importantly, ADC histogram skewness and ADC histogram kurtosis were able to differentiate between nodal negative and nodal positive thyroid carcinoma. Conclusions: histogram analysis of whole ADC tumor volumes has the potential to provide valuable information on tumor biology in thyroid carcinoma. However, further studies are warranted.

Cancer metastasis, the spread of cancer from the primary site to distant regions in the body, is the major cause of cancer mortality, accounting for almost 90% of cancer related deaths. During metastasis, cancer cells from the primary tumor initially probe the surrounding fibrous tumor microenvironment (TME) prior to detaching and subsequently migrating towards the blood vessels for further dissemination. It has widely been acknowledged that the biophysical cues provided by the fibrous TME greatly facilitate the metastatic cascade. Consequently, there has been a tremendous wealth of work devoted towards elucidating different modes of cancer cell migration. However, our knowledge of how cancer cells at the primary tumor site initially sense their fibrous surroundings prior to making the decision to detach and migrate remains in infancy. In part, this is due to the lack of a fibrous in vitro platform that allows for precise, repeatable manipulation of fiber characteristics. In this study, we use the non-electrospinning, Spinneret based Tunable Engineered Parameters (STEP) technique to manufacture suspended nanofiber networks with exquisite control on fiber dimensions and network architecture and use these networks to investigate how single cancer cells biophysically sense fibers mimicking in vivo dimensions. Using high spatiotemporal resolution imaging (63x magnification/1-second imaging interval), we report for the first time, that cancer cells sense individual fibers by coiling (i.e. wrapping around the fiber axis) at the tip of a cell protrusion. We find that coiling dynamics are mediated by both the fiber curvature and the metastatic capacity of the cancer cells with less aggressive cancer cells showing diminished coiling. Based on these results, we explore the possibility of using coiling in conjunction with other key biophysical metrics such as cell migration dynamics and forces exerted in the development of a genetic marker independent, biophysical predictive tool for disease progression. Finally, we identify the membrane curvature sensing Insulin Receptor tyrosine kinase Substrate protein of 53 kDa (IRSp53) as a key regulator of protrusive activity with IRSp53 knockout (KO) cells exhibiting significantly slower protrusion dynamics and diminished coil width compared to their wild-type (WT) counterparts. We demonstrate that the hindered protrusive activity ultimately translates to impaired contractility, alteration in the nucleus shape and slower migration dynamics, thus highlighting the unique role of IRSp53 as a signal transducer – linking the protrusive activity at the cell membrane to changes in cytoskeletal contractility. Overall, these findings offer novel perspectives to our understanding of how cancer cells biophysically sense their fibrous surroundings. The results from this study could ultimately pave the way for elucidating the precise fiber configurations that either facilitate or hinder cancer cell invasion, allowing for the development of new therapeutics in the long term that could inhibit the metastatic cascade at a relatively nascent stage and yield a more promising prognosis in the perennial fight against cancer. / Doctor of Philosophy / Cancer is a leading cause of death worldwide. Almost ninety percent of cancer related deaths arise from the spreading of cancer cells from the primary tumor site to secondary sites in the body – a processed termed as metastasis. The environment surrounding a tumor (tumor microenvironment) is highly fibrous in nature and can assist in the metastatic process by providing biophysical cues to the cells at the tumor boundary. These cells sense the presence of the surrounding fibers by extending "arms" termed as protrusions, and then eventually detach from the primary tumor and start migrating through the fibrous microenvironment. While numerous studies have investigated the various modes of cell migration in fibrous environments, there is very little information regarding how cancer cells use protrusions to initially sense the fibers prior to detaching. In this study, we used the Spinneret based Tunable Engineered Parameters (STEP) technique to manufacture suspended nanofiber networks with robust control on fiber diameter and network architecture and use these networks to systematically investigate how single cancer cells biophysically sense fibers that mimic in vivo dimensions. We discovered that cancer cells sense individual fibers by "wrapping-around" the axis of the fiber at the tip of the protrusion – a phenomenon we refer to as coiling. We found both the fiber diameter as well as the invasive capacity of cells can influence the coiling mechanics. Based on these results, we explored the use of coiling in conjunction with other key biophysical metrics such as the cell migration speed and how much force a cell can exert to develop a biophysical predictor for cancer cell aggressiveness. Finally, given that cells sense the fiber curvature by coiling, we explored the role of a key curvature sensing protein Insulin Receptor tyrosine kinase Substrate protein of 53 kDa (IRSp53) in mediating coiling activity and found that knocking out (KO) IRSp53 results in reduced coiling and slower protrusions compared to wild-type (WT) cells. Furthermore, IRSp53 KO cells showed impaired contractility which led to an alteration in the nucleus shape and slower migration dynamics thus highlighting the role of IRSp53 in linking changes at the cell membrane to the underlying cell cytoskeleton. The results from this study could ultimately help us understand what type of fiber conditions around a primary tumor would either help or delay the emergence of the tumor boundary cells and thus allow for the development of therapeutics that could significantly slow down the metastatic process at a relatively early stage.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le cancer du poumon est la première cause de mortalité parmi les cancers en Amérique du Nord; le tabagisme en est la principale cause. La chimiothérapie conventionnelle n'est pas très efficace chez les patients avec une maladie métastatique ( stage IV). Les nouveaux agents antinéoplasiques investigués n'augmentent la survie.que modestement. II y a donc un besoin urgent d'élaborer de nouvelles approches thérapeutiques pour ce cancer. Pendant la tumorigénèse, le nombre de lésions génétiques augmente, principalement dans les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeur. Pour abolir la fonction d'un gène suppresseur de tumeur, il faut deux événements: une mutation dans une allèle et la perte d'hétérozygosité dans l'autre allèle. De récents résultats ont démontré que l'hyperméthylation, une altération épigénétique, est un mécanisme alternatif qui peut inactiver les gènes suppresseurs de tumeur. L'hyperméthylation joue un rôle important dans l'initiation et la progression d'une tumeur. Plusieurs gènes suppresseurs de tumeur sont hyperméthylés dans leur région promotrice. Cette hyperméthylation de la région promotrice est associée à la répression transcriptionnelle de ces gènes. De plus, la 5-Aza-2' -déoxycytidine (5-AZA-CdR), un médicament expérimental, peut activer l'expression de gènes suppresseurs de tumeur en inhibant la méthylation de l' ADN. L'efficacité de ce médicament chez les patients atteints de leucémie aiguë, en rechute suite à un traitement conventionnel, a déjà été démontrée. Son efficacité a aussi été observée chez les patients ayant un syndrome myélodysplasique qui est un syndrome préleucémique. Notre laboratoire a obtenu de bons résultats avec la 5-AZA-CdR dans une étude de phase I chez les patients atteints du cancer pulmonaire métastatique. Dans ce projet, nous avons étudié l'activité antinéoplasique de la 5-AZA-CdR et l'état de méthylation du récepteur f3 de l'acide rétinoique (RARf3 ), qui est un gène suppresseur de tumeur. Dans le cancer pulmonaire non à petites cellules (NSCLC), la délétion chromosomique affectant la région 3p24, où le gène RARP est situé, est fréquente. La mutation du gène RARP est cependant rare. Le gène RARP n'est pas exprimé dans la majorité des lignées cellulaires tumorales NSCLC et dans des tumeurs pulmonaires primaires. L 'hyperméthylation de la région promotrice du gène RARP pourrait être un mécanisme alternatif aux délétions et aux mutations dans l'inactivation de ce gène suppresseur de tumeur. Le premier objectif de ce projet était d'évaluer l'activité antinéoplasique in vitro de la 5-AZA-CdR et de l'acide rétinoique (RA) dans deux lignées cellulaires tumorales NSCLC, soient Calu-1 et A549. La 5-AZA-CdR est un agent cytotoxique puissant pour ces lignées cellulaires tumorales. Une concentration de 5-AZA-CdR de 100 ng/ml administrée pendant 48 h a produit plus de 90% de mort cellulaire ( ou de perte de clonogénicité). Cette perte de clonogénicité a augmenté avec la dose et la durée du traitement. Dans la lignée cellulaire Calu-1, où le RARP est méthylé, la combinaison de la 5-AZA-CdR à 10 ng/ml et de l'acide rétinoique à 0.1 et 1 µM a permis d'obtenir une interaction antinéoplasique synergique au niveau du potentiel clonogénique des cellules tumorales pulmonaires Calu-1. Cette combinaison a aussi permis d'obtenir une interaction antinéoplasique additive au niveau du potentiel clonogénique chez les cellules tumorales A549, une lignée cellulaire où le gène RARP n'est pas méthylé. Le deuxième objectif était de déterminer l'état de méthylation du gène RARP dans les biopsies de cancer pulmonaire humain et dans les tissus normaux adjacents. La méthode employée était le PCR spécifique à la méthylation (MSP), avec des amorces spécifiques pour la méthylation et pour la non-méthylation du gène RARP. Les résultats ont montré que la région promotrice du gène RARP était hyperméthylée dans 28% des biopsies de cancer pulmonaire. La plupart des tissus normaux adjacents n'étaient pas méthylés dans la région promotrice du RARf3. Le troisième objectif était de cloner et de séquencer la région promotrice du RARP des cellules d'adénocarcinome du colon DLD-1 et d'une biopsie tumorale pulmonaire afin chromosomique affectant la région 3p24, où le gène RARP est situé, est fréquente. La mutation du gène RARP est cependant rare. Le gène RARP n'est pas exprimé dans la majorité des lignées cellulaires tumorales NSCLC et dans des tumeurs pulmonaires primaires. L 'hyperméthylation de la région promotrice du gène RARP pourrait être un mécanisme alternatif aux délétions et aux mutations dans l'inactivation de ce gène suppresseur de tumeur. Le premier objectif de ce projet était d'évaluer l'activité antinéoplasique in vitro de la 5-AZA-CdR et de l'acide rétinoique (RA) dans deux lignées cellulaires tumorales NSCLC, soient Calu-1 et A549. La 5-AZA-CdR est un agent cytotoxique puissant pour ces lignées cellulaires tumorales. Une concentration de 5-AZA-CdR de 100 ng/ml administrée pendant 48 h a produit plus de 90% de mort cellulaire ( ou de perte de clonogénicité). Cette perte de clonogénicité a augmenté avec la dose et la durée du traitement. Dans la lignée cellulaire Calu-1, où le RARP est méthylé, la combinaison de la 5-AZA-CdR à 10 ng/ml et de l'acide rétinoique à 0.1 et 1 µM a permis d'obtenir une interaction antinéoplasique synergique au niveau du potentiel clonogénique des cellules tumorales pulmonaires Calu-1. Cette combinaison a aussi permis d'obtenir une interaction antinéoplasique additive au niveau du potentiel clonogénique chez les cellules tumorales A549, une lignée cellulaire où le gène RARP n'est pas méthylé. Le deuxième objectif était de déterminer l'état de méthylation du gène RARP dans les biopsies de cancer pulmonaire humain et dans les tissus normaux adjacents. La méthode employée était le PCR spécifique à la méthylation (MSP), avec des amorces spécifiques pour la méthylation et pour la non-méthylation du gène RARP. Les résultats ont montré que la région promotrice du gène RARP était hyperméthylée dans 28% des biopsies de cancer pulmonaire. La plupart des tissus normaux adjacents n'étaient pas méthylés dans la région promotrice du RARf3. Le troisième objectif était de cloner et de séquencer la région promotrice du RARP des cellules d'adénocarcinome du colon DLD-1 et d'une biopsie tumorale pulmonaire afin chromosomique affectant la région 3p24, où le gène RARP est situé, est fréquente. La mutation du gène RARP est cependant rare. Le gène RARP n'est pas exprimé dans la majorité des lignées cellulaires tumorales NSCLC et dans des tumeurs pulmonaires primaires. L 'hyperméthylation de la région promotrice du gène RARP pourrait être un mécanisme alternatif aux délétions et aux mutations dans l'inactivation de ce gène suppresseur de tumeur. Le premier objectif de ce projet était d'évaluer l'activité antinéoplasique in vitro de la 5-AZA-CdR et de l'acide rétinoique (RA) dans deux lignées cellulaires tumorales NSCLC, soient Calu-1 et A549. La 5-AZA-CdR est un agent cytotoxique puissant pour ces lignées cellulaires tumorales. Une concentration de 5-AZA-CdR de 100 ng/ml administrée pendant 48 h a produit plus de 90% de mort cellulaire ( ou de perte de clonogénicité). Cette perte de clonogénicité a augmenté avec la dose et la durée du traitement. Dans la lignée cellulaire Calu-1, où le RARP est méthylé, la combinaison de la 5-AZA-CdR à 10 ng/ml et de l'acide rétinoique à 0.1 et 1 µM a permis d'obtenir une interaction antinéoplasique synergique au niveau du potentiel clonogénique des cellules tumorales pulmonaires Calu-1. Cette combinaison a aussi permis d'obtenir une interaction antinéoplasique additive au niveau du potentiel clonogénique chez les cellules tumorales A549, une lignée cellulaire où le gène RARP n'est pas méthylé. Le deuxième objectif était de déterminer l'état de méthylation du gène RARP dans les biopsies de cancer pulmonaire humain et dans les tissus normaux adjacents. La méthode employée était le PCR spécifique à la méthylation (MSP), avec des amorces spécifiques pour la méthylation et pour la non-méthylation du gène RARP. Les résultats ont montré que la région promotrice du gène RARP était hyperméthylée dans 28% des biopsies de cancer pulmonaire. La plupart des tissus normaux adjacents n'étaient pas méthylés dans la région promotrice du RARf3. Le troisième objectif était de cloner et de séquencer la région promotrice du RARP des cellules d'adénocarcinome du colon DLD-1 et d'une biopsie tumorale pulmonaire afin d'identifier les sites de cytosines méthylés (5-MeC). Nous avons utilisé la méthode du séquençage génomique de l 'ADN traité au bisulphite. L'analyse du séquençage de I 'ADN a montré que les sites 5-MeC dans la région promotrice du RARP de la biopsie du cancer pulmonaire étaient les mêmes que ceux identifiés auparavant chez les cellules tumorales du colon DLD-1. D'autres résultats du séquençage de l'ADN sur des biopsies de cancer du sein ont confirmé que les sites 5-MeC sont conservés dans trois différentes types de tumeur: colon, poumon et sein. Le dernier objectif était d'étudier la pharmacocinétique de la 5-AZA-CdR chez deux patients atteints du cancer du sein métastatique. Le médicament 5-AZA-CdR a été donné par la voie i. v. pendant 8 h à une dose de 400 mg/m2 Les concentrations plasmatiques de la 5-AZA-CdR ont été estimées en utilisant un bio-essai basé sur l'inhibition de croissance des cellules leucémiques L1210 in vitro. À une vitesse d'infusion de 50 mg/m2/h, la concentration plasmatique à l'état d'équilibre était de 1.10 µg/ml chez la patiente M.R. et de 0.66 µg/ml chez la patiente G.H. Après la fin de l'infusion i.v., une disparition rapide de la 5-AZA-CdR dans le plasma a été observée chez les deux patientes, avec une demie-vie ( t Y:? ) respective de 11 min et de 13 minutes. On suggère que l'élimination totale de la 5-AZA-CdR chez ces deux patientes est due à la déamination par l'enzyme cytidine déaminase dans le foie ou dans d'autres organes. La conclusion est que le gène suppresseur de tumeur RARP peut être méthylé dans des biopsies tumorales de poumon. L 'hyperméthylation peut être un mécanisme alternatif qui résulte en une perte d'expression du RARp. Les résultats ont aussi montré que la 5-AZA­CdR est un agent cytotoxique puissant pour les lignées cellulaires tumorales pulmonaires. La 5-AZA-CdR peut être un médicament intéressant à être investigué dans les études cliniques du cancer du poumon, puisque d'autres gènes suppresseurs de tumeur sont méthylés dans le cancer pulmonaire. La méthode MSP pour le RARP pourrait être utilisée comme un test diagnostique pour dépister chez les patients avec un cancer du poumon, ceux chez qui le gène RARf3 est méthylé. Le rôle de RA comme thérapie dans le cancer du poumon n'est pas encore clair mais la combinaison de la 5-AZA-CdR et de RA pourrait améliorer le taux de réponse. Cette combinaison devrait être étudiée chez les animaux afin de vérifier son efficacité thérapeutique in vivo. / Lung cancer is the leading cause of cancer-related death in men and women in North America. Tobacco consumption is the principal cause of this disease. In advanced metastatic disease (stage IV), conventional chemotherapy is not very effective in improving the survival. Most current investigational drugs produèe only a modest increase in survival time. There is an urgent need for new therapeutic approaches for lung cancer. During the tumorigenesis of Iung cancer, there is an accumulation of a number of genetic lesions, predominantly in oncogenes and in tumor suppressor genes. It is thought that these latter genes require two inactivating events: loss of heterozygosity (LOH) of one allele and mutation of the other allele, to lose their fonction. Recent results have shown that DNA methylation, an epigenetic alteration, is another pathway that can inactivate tumor suppressor genes. Methylation plays a key role in tumor initiation and progression. Many tumor suppressor genes are hypermethylated in their promoter regions resulting in a silencing of their expression. Furthermore, 5-Aza-2 ' -deoxycytidine (5-AZA-CdR), an experimental drug, can activate the expression of these tumor suppressor genes by inhibiting DNA methylation. This drug has been shown to be effective in patients with acute leukemia who relapsed after conventional therapy, and in patients with myelodysplastic syndrome, a preleukemic syndrome. Our laboratory has obtained some good responses with 5-AZA-CdR in phase I study with patients with advanced metastatic lung cancer. This project was focused principally on the in vitro antineoplastic action of 5-AZA-CdR in Jung cancer and the possible role of the retinoic acid receptor J3 (RARJ3), a putative tumor suppressor gene in this disease. In non-small cell Jung cancer (NSCLC), allelic deletion of 3p24, location of the RARJ3 gene, occurs frequently, but mutations are rare. RARJ3 is poorly expressed in most NSCLC cell lines and primary tumors. Methylation of RARJ3 can be an alternative mechanism to cause loss of expression of RARJ3. The first objective of this project was to evaluate the in vitro antineoplastic activity of 5-AZA-CdR and retinoic acid (RA) against two human NSCLC cell lines, Calu-1 and A549. Using a colony assay, we found that 5-AZA-CdR is a potent cytotoxic agent against these cell Iines. Significant cytotoxic effects (>90% loss of clonogenicity) are produced by concentration as low as 100 ng/ml given as 48 h exposure. Loss of clonogenicity increased with dose and time of exposure. Moreover, combination treatment of 5-AZA-CdR at 10 ng/ml and RA at 0.1 and 1 µM, respectively, produced a moderate synergistic anti-neoplastic effect on colony formation of Calu-1 tumor cells, a cell line that shows signs of methylation of RARf3. This drug combination also produced an additive antineoplastic effect on A549 tumor cells, a cell line in which RARf3 is not methylated. The second objective was to determine the methylation status of RARJ3 in human lung tumor biopsies and in their corresponding adjacent normal tissues. The method used was methylation-specific PCR (MSP) with specific primers for methylation and unmethylation of RARf3. The results showed that in 28% of lung tumor biopsies the promoter region of RARf3 were hypermethylated. Most of the adjacent normal tissues showed no methylation of RARJ3 promoter region. The third objective was to clone and sequence the RARJ3 promoter in DLD-1 colon cells and Jung tumor biopsy to identify the positions of 5-methylcytosine. We used the bisulphite genomic sequencing protocol with minor modifications. DNA sequence analysis showed that the positions of 5-methylcytosine in the RARJ32 promoter region of the lung tumor biopsy were identical to that reported previously for DLD-1 colon carcinoma cells. Other results on DNA sequencing of breast tumor biopsies from our laboratory confirm the conserved pattern of methylation of cytosine residues in three different types of tumors: colon, lung and breast. The fourth objective was to study pharmacokinetics of 5-AZA-CdR in 2 patients with advanced breast cancer. The drug was given as one 8-h infusion at 400 mglm2. Plasma concentrations of 5-AZA-CdR were measured using a bioassay based on the in vitro growth inhibition of L 1210 leukemia cells. At a rate of infusion of 50 mg/m2 /hr the mean steady-state plasma concentrations were 1.10 µg/ml in patient M.R. and 0.66 µg/ml in patient G.H. After cessation of the infusion, rapid disappearance of 5-AZA-CdR from plasma was observed with elimination half-life (t112) of 11 min and 13 min, respectively, in these 2 patients. Total clearance values of 5-AZA-CdR suggest that this analogue was eliminated principally by cytidine deaminase in the liver in patient M.R., and by cytidine deaminase in the liver and other organs in patient G.H. In conclusion the results shown that 5-AZA-CdR is a potent cytotoxic agent to lung cancer cell Iines. They also indicate that the tumor suppressor gene RARf3 can be methylated in lung tumor biopsies. Methylation can be an alternative mechanism resulting in the loss of expression ofRARf3. Since other tumor suppressor genes have been reported to be methylated in Iung cancer, 5-AZA-CdR may be an interesting drug to investigate in future clinical trials in lung cancer. The MSP method for RARf3 has the potential to be used as a diagnostic test to screen patients in which Iung tumor biopsies show methylated RARf3. The role of RA in the therapy of lung cancer is not clear but, combination treatment of 5-AZA-CdR and RA may increase response rate. This combination treatment should be studied in animal tumor model to verify its therapeutical effects in vivo.

Wir berichten über einen 48-jährigen multimorbiden Patienten, der vor 26 Jahren eine allogene Knochenmarktransplantation aufgrund einer chronischen myeloischen Leukämie erhielt; 24 Jahre lang litt der Patient an einer sklerodermiformen chronischen Graft-versus-Host-Disease (GVHD) der Haut und der Lunge mit partieller Lungenresektion und immunsuppressiver Therapie. An den Unterschenkeln entwickelten sich rezidivierende Ulzerationen an den von der kutanen GVHD betroffenen Stellen. Der Patient stellte sich mit einem größenprogredienten Ulkus mit Therapieresistenz in unserer Klinik vor. Histologisch konnte ein Plattenepithelkarzinom diagnostiziert werden. Die Magnetresonanztomographie zeigte eine Knochenbeteiligung und eine kutane In-Transit-Metastase, und die Computertomographie ergab eine Metastase im Os sacrum. Bevor die Therapie eingeleitet wurde, verstarb der Patient plötzlich an den Folgen seiner Vorerkrankungen. Die Entwicklung einer kutanen GVHD ist häufig bei Patienten mit allogener Stammzelltransplantation. Hierbei ist das Risiko für die Entwicklung von Plattenepithelkarzinomen erhöht. Patienten sollten unter engmaschiger dermatologischer Kontrolle stehen. Bei Verdacht auf ein Plattenepithelkarzinom bei vorbestehender GVHD sollte zeitnah eine bioptische Sicherung erfolgen, um das Risiko einer Metastasierung zu senken.

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Aim: To develop an immunomagnetic assay for the isolation of circulating tumor cells (CTCs) followed by the analysis of a multimarker panel, which will enable the characterization of these malignant cells with high accuracy. Patients and Methods: Peripheral blood (PB) was collected from 32 metastatic breast cancer patients and 42 negative controls. The antibodies BM7 and VU1D9 were used for immunomagnetic tumor cell enrichment. A real-time reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) approach for the markers KRT19, SCGB2A2, MUC1, EPCAM, BIRC5 and ERBB2 was used for CTC detection and characterization. Results: The positivity rates for each marker were as follows: 46.9% for KRT19, 25.0% for SCGB2A2, 28.1% for MUC1, 28.1% for EPCAM, 21.9% for BIRC5, and 15.6% for ERBB2. After the creation of individualized cutoffs, the sensitivity and specificity of the combined marker gene panel increased to 56.3% and 100%, respectively. Interestingly, 27.0% of the HER2-negative tumor patients showed ERBB2 mRNA-positive CTCs. Conclusions: The described technique can be used to measure CTCs with great accuracy. The use of a multimarker panel for the characterization of CTCs may provide real-time information and be of great value in therapy monitoring. / Ziel: Entwicklung eines immunomagnetischen Verfahrens zur Isolierung zirkulierender Tumorzellen (CTCs) in Kombination mit einer molekularen Multimarkeranalyse für die hochspezifische Identifizierung maligner Zellen. Patientinnen und Methoden: Peripheres Blut (PB) von 32 Patientinnen mit metastasiertem Mammakarzinom und von 42 gesunden Kontrollen wurde für die immunomagnetische Tumorzellanreicherung mit den Antikörpern BM7 und VU1D9 genutzt. Eine Real-Time Reverse Transkription Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR)-Methodik mit den Markern KRT19, SCGB2A2, MUC1, EPCAM, BIRC5 und ERBB2 wurde für den CTC-Nachweis und die Tumorzellcharakterisierung entwickelt. Ergebnisse: Für die einzelnen Marker wurden die folgenden Positivitätsraten ermittelt: 46,9% für KRT19, 25,0% für SCGB2A2, 28,1% für MUC1, 28,1% für EPCAM, 21,9% für BIRC5 und 15,6% für ERBB2. Nach der Bestimmung individualisierter Cut-off-Werte ergab sich für den kombinierten Multimarkernachweis eine Sensitivität und Spezifität von 56,3% bzw. 100%. Bemerkenswert war der Befund, dass 27,0% der HER2-tumornegativen Patientinnen ERBB2-mRNA-positive CTCs aufwiesen. Schlussfolgerung: Die hier beschriebene Methodik bestimmt CTCs mit hoher Spezifität. Die molekulare Multimarkeranalyse liefert wertvolle Real-Time-Informationen für personalisierte Behandlungsmodalitäten. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Background Renal cell carcinoma (RCC) is the most common type of kidney cancer. Patients diagnosed with metastatic RCC (mRCC) have shorter overall survival compared to those diagnosed at earlier stages. Several targeted therapies, which cost from $7,000 - $16,000 per month have been approved since 2005 to treat mRCC. In addition, there is a growing interest in the use of cytoreductive nephrectomy (CN) with targeted therapies among mRCC patients. However, little is known regarding the economic burden of RCC and role of CN and prescribing patterns of targeted therapies among older mRCC patients. Objectives 1) To assess the economic burden of RCC among older adults in the targeted therapy era 2) To compare the overall survival (OS) and total healthcare cost (THC) among older mRCC patients receiving CN and targeted therapy versus patients receiving targeted therapy alone 3) To describe prescribing patterns of targeted therapies and associated OS and THC among older mRCC patients. Methods This dissertation was conducted using the Surveillance Epidemiology and End Results (SEER) - Medicare linked data. For the first objective, the study included a prevalent cohort of RCC patients from 2013, diagnosed during 2005 - 2013 and continuously enrolled in Medicare. RCC patients were matched to non-cancer beneficiaries using propensity score matching. Generalized linear models estimated the incremental healthcare costs. Incremental total healthcare cost (THC) was multiplied by the estimated number of RCC patients on Medicare to calculate the total economic burden of RCC. For the second objective, we included patients diagnosed with mRCC between 2007-2014 and compared overall survival (OS), and THC between patients who received CN + targeted therapy and targeted therapy alone. A propensity score based inverse probability of treatment weighting (IPTW) method was used to balance the two treatment groups. A Cox proportional hazard model assessed the risk for death and a GLM compared healthcare costs between the groups. For the third objective, patients with mRCC were defined as patients who were diagnosed at stage-IV or at earlier stages but were currently using targeted therapies. Further, we restricted our sample to patients who initiated targeted therapy. We described the frequencies of the most common first and second line targeted therapies. We also described OS and THC per month for clear-cell and non-clear cell mRCC for each therapy and line of therapy. Results The first study included 10,392 each of RCC and control patients. The average THC associated with RCC was $7,419. The average THC was $4,584 for patients diagnosed at stage-I, $4,727 for stage-II, $9,331 for stage-III, and $31,637 for stage-IV. The annual economic burden of RCC on Medicare was estimated to be $1.5 billion. The second study included 471 mRCC patients that received CN + targeted therapy or targeted therapy alone. The median OS from the adjusted survival curves was significantly higher (p Conclusions The economic burden of RCC varied substantially between early stage and metastatic patients. Among mRCC patients, use of CN among targeted therapy users was associated with a higher median OS and similar monthly THC over a lifetime. Sunitinib and everolimus were the most common first and second line targeted therapies among mRCC patients. The descriptive analysis suggested that OS and THC were similar across types of targeted therapy sequences.