No / The development of therapeutics to treat cancer is conceptually more difficult than for nonlife-threatening diseases for several reasons, including its complex pathophysiological nature, the molecular individuality of each tumor, and the robustness and predictability of preclinical models toward determining efficacy and safety. A major limitation to development of a “blockbuster” therapeutic strategy is the infinite combination of cellular and molecular perturbations and associated heterogeneity of causative genetic factors driving disease progression. Although challenging, the diversity of drug targets, coupled with the lethality of the disease, has encouraged studies of a vast array of approaches and opportunities for disease treatment over the years.

L’imagerie préclinique dans le domaine de la cancérologie est en plein essor. Elle permet grâce à des modèles animaux représentatifs de cancers humains de comprendre les mécanismes de développement des pathologies et d’évaluer l’efficacité thérapeutique d’un nouveau traitement. Le principal objectif de ce travail a été de développer deux modèles orthotopiques de cancer (pancréas et colon) et d’évaluer des traitements de références ainsi qu’une nouvelle stratégie thérapeutique par plasma froid fibré appelée Plasma Gun. Les 2 modèles de cancers développés ont montré une bonne représentativité vis-à-vis des cancers humains, avec l’apparition de métastases à distance et la présence de zones hypoxiques. Le 5-fluorouracile pour le modèle orthotopique de carcinome colorectal HCT116-luc et la gemcitabine pour le modèle d’adénocarcinome pancréatique MIA PaCa2-luc ont induit à faible dose des effets discrets pouvant être mis en évidence grâce aux modalités d’imageries mises en oeuvre. Après validation de nos démarches expérimentales une nouvelle stratégie thérapeutique, le Plasma Gun, a été évaluée et a montré des effets significatifs sur l’inhibition de la croissance tumorale. Le second objectif de ma thèse a été de mettre en oeuvre des outils pour l’induction et la caractérisation des métastases osseuses ainsi que pour l’imagerie haute résolution de la vascularisation. D’une part, les métastases osseuses obtenues par injection de cellules PC3M-luc en intracardiaque ont été évaluées et quantifiées grâce à différentes modalités d’imagerie (bioluminescence, scintigraphie et scanner X). D’autre part, la réalisation d’une imagerie haute résolution de la vascularisation a été possible grâce à la technique de casting qui permet de recréer la structure 3D de l’architecture vasculaire suite à l’injection d’une résine dans la circulation. Les développements réalisés lors de cette thèse ont ainsi permis d’apporter des outils pour l’évaluation préclinique de nouvelles thérapies anticancéreuses. / Preclinical imaging in oncology is booming. It allows, using representative animal models of human cancers, to understand the mechanisms of development of pathologies and to assess the therapeutic efficiency of a new treatment. The main objective of this work was to develop two orthotopic models of cancer (pancreas and colon) and to assess on them the reference treatments as well as a new therapeutic strategy by non thermal plasma so called Plasma Gun. The two cancer models developed showed good representation in relation to human cancers, with the appearance of distant metastases and hypoxia. 5-fluorouracil for the HCT116-luc orthotopic model of colorectal carcinoma and gemcitabine for the MIA PaCa2-luc pancreatic adenocarcinoma model, have induced discrete effects at low dose wich can be detected thanks imaging modalities. After validation of our experimental steps, a new therapeutic strategy, Plasma Gun was evaluated and showed significant effects on tumor growth inhibition. The second objective was to carry out tools for the induction and the characterization of bone metastases and for high resolution imaging of the vasculature. On the one hand, bone metastases obtained by injection of PC3M-luc cells intracardially, was evaluated and quantified with different imaging modalities (bioluminescence, scintigraphy and Computed Tomography). And the other hand, the achievement of a high resolution imaging of vascularization, was possible by the casting method that restores the 3D structure of the vascular architecture following injection of a resin in the circulation.

Les cancers broncho-pulmonaires à petites cellules (CBPPC), tumeurs endocrines représentant 20% des cancers pulmonaires, sont fortement associés au tabagisme. Ils sont très agressifs en raison de leur progression rapide et de la présence de métastases souvent présentes au moment du diagnostic. Moins de 10% des patients sont opérables et la plupart des échantillons de tumeurs sont recueillis par endoscopie bronchique ou par médiastinoscopie. Dans ce travail de thèse, nous avons montré que l’expression du TFPI-2, un gène suppresseur de tumeur, était diminué dans 65% des cas de CBPPC. Afin d’étudier l’impact du TFPI-2 sur la progression tumorale, nous avons préalablement développé un modèle orthotopique murin de CBPPC qui mime le développement de ce type de cancer pulmonaire. Des cellules NCI-H209, n’exprimant pas le TFPI-2, ont été préalablement transfectées pour exprimer la luciférase et la croissance tumorale a été suivie par imagerie de bioluminescence. L’expression du TFPI-2 a ensuite été restaurée dans ces cellules et nous avons montré que la croissance tumorale était alors réduite. Cet effet peut s’expliquer par une diminution de la prolifération des cellules exprimant le TFPI-2, associée à un arrêt du cycle cellulaire en phase G1/S dû à l’expression de p15 et de p27 et à une induction de l’apoptose. Nous avons aussi démontré que lorsque le TFPI-2 est surexprimé, les transcrits et les protéines MMP-1 et -3 sont diminuées, tout comme la phosphorylation des protéines de la voie des MAP Kinases impliquées dans l’induction des transcrits de ces MMP. Cette corrélation entre l’expression du TFPI-2 et la diminution de celle de la MMP-1 a été retrouvée dans 35% des échantillons de CBPPC humains. Ces résultats suggèrent que l’inactivation du TFPI-2 dans les CBPPC peut favoriser le développement de ce cancer. Enfin, nous avons également démontré, pour la première fois que le TFPI-2 peut aussi inhiber la kallicréine 12, une protéase à sérine potentiellement anti-angiogénique. L’ensemble de ces données suggèrent que le TFPI-2 peut être un potentiel biomédicament capable de limiter la progression des carcinomes pulmonaires à petites cellules. / Small Cell Lung Cancer (SCLC) is the most common neuroendocrine tumour of the lung (15% of cases) and is strongly associated with smoking. It is characterised by tumours that grow rapidly with early metastases. Less than 10% of patients with SCLC have a resectable tumour, thus surgical specimens are scarce and most tumour samples come from small biopsies obtained during bronchial endoscopy or mediastinoscopy. In this study, low levels of TFPI-2 expression were found in 65% of patients with SCLC. To study the impact of TFPI-2 in tumour progression, we first developed a clinically relevant animal model that resembles various stages of human SCLC. NCI-H209 cells, not expressing TFPI-2, were genetically modified to express firefly luciferase and the growth of the tumour was sensitively followed by bioluminescence imaging. TFPI-2 was then overexpressed in these cells and we showed that TFPI-2 inhibited lung tumour growth. Such inhibition could be explained in vitro by a decrease in tumour cell proliferation, blockade of G1/S phase cell cycle transition due to p15 and p27 expression, and an increase in apoptosis shown in NCI-H209 cells expressing TFPI-2. We also demonstrated that TFPI-2 upregulation in NCI-H209 cells decreased MMP expression, particularly by downregulating MMP-1 and MMP-3. Moreover, TFPI-2 inhibited phosphorylation of the MAPK signalling pathway proteins involved in the induction of MMP transcripts, among which MMP-1 was predominant in SCLC tissues and was inversely expressed with TFPI-2 in 35% of cases. These results suggest that downregulation of TFPI-2 expression could favour the development of SCLC. Finally, we also demonstrated for the first time that TFPI-2 could inhibit the kallikrein 12, an anti-angiogenic serine proteinase. Altogether, these results suggest that TFPI-2 could be a new potent therapeutic agent to control SCLC tumour progression in SCLC.