Aujourd’hui, les traitements du cancer colorectal métastatique ont évolué grâce à la combinaison de chimiothérapies conventionnelles à base de 5-FU, oxaliplatine et/ou Irinotécan et de thérapies ciblées dirigées contre le récepteur de l’EGF ou le VEGF. Malgré un taux de survie amélioré par la combinaison de ces drogues, la résistance innée et acquise aux traitements est une cause fréquente d'échec thérapeutique.Dans le but de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques nous avons effectué plusieurs criblages phénotypiques en utilisant des modèles cellulaires de résistance acquises aux chimiothérapies (oxaliplatine et irinotécan) générés au laboratoire ainsi que la lignée HCT116 qui présente une résistance innée aux thérapies anti-EGFR (cétuximab, panitumumab, Erlotinib). Le but final de ce projet étant de révéler des gènes, dont l’inhibition permet de rétablir la sensibilité à l’un de ces traitements, affichant ainsi une interaction létale avec le médicament.Une fois les kinases potentiellement impliquées dans la résistance aux thérapies du CCR identifiées, une inhibition spécifique par shRNA et/ou un inhibiteur spécifique a été effectuée afin de confirmer les potentielles cibles thérapeutiques et/ou biomarqueurs de réponse aux traitements. La cible la plus prometteuse, identifiée comme un déterminant de la résistance à l’oxaliplatine est la protéine ATR (Ataxia-telangiectasia mutated and rad3 related). Une protéine jouant un rôle clé dans la réparation de l'ADN et qui est activée en réponse à la présence d'ADN simple brin persistant (ssDNA) ou de stress réplicatif, pouvant être généré par certaines thérapies anticancéreuses.L’inhibition ATR via son inhibiteur pharmacologique VE-822 (VX-970) combinée à l’oxaliplatine a alors été étudiée par l’utilisation de tests cytotoxiques complétés par une étude d’additivité. Ainsi, nous avons démontré que l’inhibition d’ATR combinée avec l’oxaliplatine entraine une forte synergie dans la lignée HCT116-R1 à la fois en 2D et en 3D. Cet effet est également retrouvé dans d’autres lignées clonales résistantes à l’oxaliplatine (HCT116-R2, SW48-R1) ainsi que dans les lignées cellulaires à l’origine de ces dernières (HCT116, SW48). Nous avons également montré que l'effet synergique de l’oxaliplatine et du VE-822 dans la lignée HCT116-R1 s'accompagne d'une augmentation de la présence d’ADN simple brins suivie de nombreuses cassures double brins de l’ADN, d'un arrêt de la prolifération et d'une induction de l'apoptose. L'apparition de ces dommages à l'ADN est également corrélée avec l'activation de la voie ATM, de p53 et l'inhibition de l'activité CDK2. De plus, in vitro le double traitement provoque une induction des signaux moléculaires à l’origine de la mort immunogène équivalente ou bien supérieure aux traitements par l’oxaliplatine seul. Enfin, l'association d'oxaliplatine + VE-822 est également efficace in vivo, sur des souris immunodéprimées xénogreffées avec les cellules HCT116-R1 ainsi que sur des souris immunologiquement compétentes, avec un effet synergique plus élevé indiquant que la mort immunitaire (ICD) fait partie du mécanisme de cette combinaison de médicaments. En conclusion, toutes ces données confirment l’intérêt du criblage phénotypique dans la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques en démontrant pour la première fois le rôle fonctionnel de l'ATR dans la sensibilité à l’oxaliplatine. / Today, treatments for metastatic colorectal cancer have evolved through the combination of conventional chemotherapy 5-FU, oxaliplatin and / or Irinotecan and targeted therapies directed against the EGF receptor or VEGF. Despite an improved survival rate through the combination of these drugs, innate and acquired resistance to treatment is a common cause of therapeutic failure.In order to discover new therapeutic targets we carried out several phenotypic screenings using cellular resistance models acquired to chemotherapies (oxaliplatin and irinotecan) generated in the laboratory as well as the HCT116 line which exhibits an innate resistance to anti-EGFR therapies (cetuximab , panitumumab, Erlotinib). The ultimate goal of this project is to reveal genes, whose inhibition restores sensitivity to one of these treatments, thus displaying a lethal interaction with the drug.Once the kinases potentially involved in resistance to CCR therapies identified, specific inhibition by shRNA and / or a specific inhibitor was performed to confirm the potential therapeutic targets and / or biomarkers for response to treatments. The most promising target, identified as a determinant of resistance to oxaliplatin is the ATR protein (Ataxia-telangiectasia mutated and rad3 related). A protein that plays a key role in DNA repair and is activated in response to the presence of persistent single stranded DNA (ssDNA) or replicative stress, which can be generated by certain anti-cancer therapies.The inhibition of ATR via its pharmacological inhibitor VE-822 (VX-970) combined with oxaliplatin was then studied by the use of cytotoxic tests supplemented by an additivity study. Thus, we demonstrated that the inhibition of ATR combined with oxaliplatin leads to a strong synergy in the HCT116-R1 cell line in both 2D and 3D. This effect is also found in other oxaliplatin resistant clonal lines (HCT116-R2, SW48-R) as well as in the cell lines originating from them (HCT116, SW48).We have also shown that the synergistic effect of oxaliplatin and VE-822 in the HCT116-R1 line is accompanied by an increase in the presence of single-stranded DNA followed by numerous double-stranded DNA breaks, stopping proliferation and inducing apoptosis. The occurrence of this damage to DNA is also correlated with activation of the ATM pathway, p53 and inhibition of CDK2 activity. Moreover, in vitro the double treatment causes an induction of the molecular signals triggering the immunogenic cell death equivalent or superior to the treatments by oxaliplatin alone.Finally, the combination of oxaliplatin + VE-822 is also effective in vivo in immunodeficient mice xenografted with HCT116-R1 cells as well as in immunologically competent mice with a higher synergistic effect indicating that immune death (ICD ) is part of the mechanism of this combination of drugs.In conclusion, all these data confirm the interest of phenotypic screening in the discovery of new therapeutic targets by demonstrating for the first time the functional role of ATR in sensitivity to oxaliplatin.

P68 RNA helicase is a RNA helicase and an ATPase belonging to the DEAD-box family. It is important for the growth of normal cells, and is implicated in diverse functions ranging from pre-mRNA splicing, transcriptional activation to cell proliferation, and early organ development. The protein is documented to be phosphorylated at several amino-acid residues. It was previously demonstrated in several cancer cell-lines that p68 gets phosphorylated at threonine residues during treatments with TNF-α and TRAIL. In this study, the role of threonine phosphorylation of p68 under the treatment of anti-cancer drug, oxaliplatin in the colon cancer cells is characterized. Oxaliplatin treatment activates p38 MAP-kinase, which subsequently phosphorylates p68 at T564 and/or T446. P68 phosphorylation, at least partially, influences the role of the drug on apoptosis induction. This study shows an important mechanism of action of the anti-cancer drug which could be used for improving cancer treatment. This study also shows that p68 is an important transcriptional regulator regulating transcription of the cytoskeletal gene TPPP/p25. Previous analyses revealed that p68 RNA helicase could regulate expression of genes responsible for controlling stability and dynamics of different cytoskeletons. P68 is found to regulate TPPP/p25 gene transcription by associating with the TPPP/p25 gene promoter. Expression of TPPP/p25 plays an important role in cellular differentiation while the involvement of p68 in the regulation of TPPP/p25 expression is an important event for neurite outgrowth. Loss of TPPP expression contributes to the development and progression of gliomas. Thus, our studies further enhance our understanding of the multiple cellular functions of p68 and its regulation of the cellular processes.

Le cancer colorectal est un problème de santé publique majeur pour lequel la recherche de nouveaux traitements est indispensable. Notre équipe a démontré l’efficacité d’une immunothérapie par un lipide A dans un modèle de cancer du colon chez le rat. Lorsque les rats sont porteurs de petites carcinomatoses, le lipide A induit la guérison de 95% des rats. L’étude des mécanismes d’action de cette immunothérapie nous a permis de montrer que l’effet antitumoral du lipide A est dépendante de la cytotoxicité induite par le granzyme B produit par les neutrophiles intratumoraux. En effet, nous avons montré que, dans le microenvironnement tumoral, les neutrophiles produisent du granzyme B et présentent un phénotype de type N2 protumorigène. Lorsque les rats sont traités par lipide A, il y a modification du phénotype des neutrophiles en type N1 antitumoral et libération du granzyme B qui induit l’apoptose des cellules tumorales. Lorsque les rats développent des tumeurs beaucoup plus volumineuses, l’efficacité du lipide A est diminuée et seul 40% des animaux sont guéris. L’injection préalable d’oxaliplatine permet alors de maintenir l’efficacité de l’immunothérapie par le lipide A. Nous avons montré que l’oxaliplatine induit la sénescence des cellules tumorales, générant ainsi un microenvironnement propice au recrutement au sein des tumeurs des neutrophiles, lesquels sont activables par l’immunothérapie subséquente. L’association de l’induction de la sénescence et de l’activation des cellules immunitaires par immunothérapie est une approche efficace et originale sur laquelle les recherches doivent se poursuivre. / Colorectal cancer is a major public health concern in France. Resistance to standard chemotherapy requires development of novel therapeutic approaches. In the past decades, our team showed the immunotherapeutic properties of lipid A in a model of colon cancer in rats. 95% of rats bearing small carcinomas were cured following treatment by lipid A. The study of mechanisms underlying this immunotherapy allowed us to show that the antitumor effect of lipid A was dependent on cytotoxicity induced by granzyme B produced by intratumoral neutrophils. Indeed, we have shown that, in the tumor microenvironment, neutrophils produced granzyme B and had a pro-tumorigenic N2 phenotype. When rats were treated with lipid A, neutrophils shifted to an antitumor N1 phenotype and released granzyme B, thus inducing apoptosis of tumor cells. In rats bearing advanced carcinoma, the effectiveness of lipid A was reduced and only 40% of animals were cured. An injection of oxaliplatin prior to lipid A treatment allowed sustaining the effectiveness of lipid A immunotherapy. In the present study, we showed that oxaliplatin injection induced tumor cell senescence. The microenvironment produced by senescent cells enabled then the recruitment of neutrophils within tumors, subsequently activated by lipid immunotherapy.Combining the induction of tumor cells senescence and activation of immune cells by an immunotherapeutic agent constitute an original and interesting therapeutic approach, but still studies must be carrying out to better understand underlying mechanisms.

Les cancers de la prostate sont classés en deux catégories. Les cancers de haut grade se distinguent des cancers de bas grade par une plus forte agressivité et un pronostic plus mauvais. Lorsqu’ils deviennent résistants à l’hormonothérapie, les cancers de haut grade sont traités par une chimiothérapie basée sur les taxanes. Néanmoins, les taux de réponse restent faibles. Il existe donc un réel besoin quant à l'identification d'alternatives thérapeutiques qui soient spécifiques de ce type de tumeur. Dans cette optique, notre travail a été de proposer une telle alternative par une approche qui prenne en compte la génétique spécifique des cancers de haut grade. Nous avons exploité une signature de 86 gènes dont le niveau d’expression permet de discriminer entre les tumeurs de haut et de bas grade. Par une approche in silico originale utilisant la banque de données du NCI, nous avons identifié 382 corrélations entre le niveau d’expression de 50 gènes et la sensibilité à 139 agents antiprolifératifs. Parmi ces corrélations, nous avons identifié une signature de 9 gènes qui est spécifique de la réponse à l’oxaliplatine. Cette signature a été confirmée sur le plan fonctionnel dans les lignées cancéreuses prostatiques DU145 et LNCaP. Nous avons donc fourni la preuve de concept que notre approche permet d’identifier de nouvelles molécules pouvant être utilisées en alternative aux taxanes pour traiter spécifiquement les cancers de haut grade. Cette stratégie permet aussi d’identifier de nouveaux marqueurs (gènes) régulant la sensibilité à certains médicaments. Nos résultats démontrent par exemple le rôle des gènes SHMT, impliqués dans la régulation du métabolisme monocarboné, dans la sensibilité spécifique à l’oxaliplatine par un mécanisme qui fait intervenir, du moins en partie, une dérégulation du niveau de méthylation global de l’ADN. / Prostate cancers are classified in two categories. High grade cancers are distinguished from low grade cancers by their higher agressivity and worse prognostic. When they become refractory to hormone therapy, high grade cancers are treated with a taxane-based chemotherapy. However, response rates remain low. Therefore, there is a real need for the discovery of new therapeutic alternatives which are specific for this type of tumors. For that purpose, our work aimed at proposing such an alternative with a strategy that took into account the high grade genetic background. We exploited a signature of 86 genes for which expression level could distinguish between low grade and high grade tumours. With an original in silico approach, we searched the NCI databases and identified 382 correlations between 50 genes and the sensitivity to 139 antiproliferative agents. Among these, a signature of 9 genes was able to specifically predict cell response to oxaliplatin. This signature was validated at the functional level in two prostate cancer cell lines, DU145 and LNCaP. We have thus provided the proof-of-concept that our approach allows the identification of new drugs that can be used alternatively to taxanes in order to specifically treat high grade prostate cancers. This strategy also allows the identification of new markers (genes) regulating the sensitivity to various drugs. Our results demonstrate for example the implication of SHMT genes, which are involved in the regulation of the one-carbon metabolism, in the specific sensitivity to oxaliplatin, by a mechanism which involves, at least in part, the deregulation of the global level of DNA methylation.

L’oxaliplatine (OXA) est un anticancéreux couramment employé en oncologie, son efficacité étant reconnue en première ligne dans le traitement de nombreux cancers. Cependant, son utilisation est limitée par l’apparition de neuropathies impactant la qualité de vie du patient. Pour identifier et étudier des marqueurs cliniques, plasmatiques et électrochimiques de neuropathie chronique induite par l’oxaliplatine (NPIO), deux études pilotes (LIPIDOXA et CANALOXA) ont été réalisées. Les patients de l’étude LIPIDOXA ont été inclus avant traitement par OXA et ont été évalués avant traitement, tout au long du traitement et six mois après l’arrêt. Entre mai 2014 et juin 2016, 35 patients ont été inclus. L’apparition d’une hypoesthésie thermique a été mise en évidence six mois après arrêt de l’OXA, révélateur d’un processus neurotoxique qui se poursuit même après l’arrêt du traitement. L’étude des marqueurs plasmatiques a révélé, en fin de traitement, une augmentation de la production de prostaglandines E2, un niveau moins élevé de stress oxydant chez les patients souffrant d’une neuropathie de grade 2 ainsi qu’une diminution de la concentration des triglycérides polyinsaturés associée à une tendance à l’augmentation des acides gras libres polyinsaturés. Les patients de l’étude CANALOXA, tous neuropathiques, ont été inclus en cours de traitement par OXA et évalués une seule fois. Entre avril 2016 et mars 2017, 36 patients ont été inclus. Les valeurs des conductances électrochimiques de la peau (ESC) étaient pathologiques pour un tiers des patients. Les valeurs d’ESC étaient bien corrélées avec le score de douleur neuropathique.Ces marqueurs sont cependant peu spécifiques et semblent d’apparition tardive. Aussi, ils sont difficilement utilisables en pratique clinique pour un éventuel suivi de la tolérance neurologique au traitement. Au-delà de l’apport clinique et thérapeutique modéré, ce travail renforce la compréhension de la physiopathologie de la NPIO dans le domaine de la neuropathie à petites fibres, les processus inflammatoires associés et la perturbation du métabolisme lipidique chez le patient traité par oxaliplatine.La complémentarité et les similarités de ces travaux rappellent que la prise en charge du patient doit être globale et conjuguer des éléments variés au sein desquels le patient doit rester au cœur de la gestion de la NPIO. Ce projet de recherche s’inscrit dans une dynamique d’amélioration continue et les résultats des études pilotes constituent une base pour approfondir les travaux. / Oxaliplatin (OXA) is an anti-cancer drug widely used in oncology, its effectiveness is recognized in first-line chemotherapy regimen in many cancers. However, its use is limited by an onset of a disabling peripheral neuropathy with a negative association with quality of life. To identify and study clinical, plasma and electrochemical markers of oxaliplatin-induced chronic neuropathy (OIPN), two pilot studies (LIPIDOXA and CANALOXA) were conducted.Patients in the LIPIDOXA study were included prior to OXA treatment and were evaluated before treatment, during treatment, and six months after discontinuation. Between May 2014 and June 2016, 35 patients were included. The onset of thermal hypoaesthesia was highlighted six months after OXA completion, revealing a neurotoxic process that extends beyond treatment. The study of plasma markers revealed, at the end of treatment, an increase of prostaglandins E2 release, a lower level of oxidative stress in patients suffering from grade-2 neuropathy as well as a decrease in the concentration of polyunsaturated triglycerides associated with a tendency in polyunsaturated free fatty acids increase. The patients in the CANALOXA study, all neuropathic, were included during treatment with OXA and evaluated once. Between April 2016 and March 2017, 36 patients were included. The values of the electrochemical conductances of the skin (ESC) were pathological for one third of patients. ESC values were well correlated with the neuropathic pain score.However, these markers are sparsely specific and seem to be of late onset. Thus, they are are not suitable for a possible monitoring of the neurological tolerance of the treatment in the current care practice. Beyond the moderate clinical and therapeutic contribution, this work strengthens the understanding of the pathophysiology of OIPN in the field of small-fiber neuropathy, the associated inflammatory processes and the disruption of lipid metabolism in the patient treated with oxaliplatin.The complementarity and similarity of this work remind us that the patient care must be global and combine various elements in which the patient must remain at the heart of the management of the OIPN. This project takes part in a dynamic of continuous improvement and the results of these pilot studies constitute the basis for further research in this field.

Les traitements actuels anticancéreux ont une action cytotoxique directe sur les cellules tumorales mais également sur les cellules saines des systèmes immunitaires et hématopoïétiques. De plus, ces traitements ont l’incapacité de stimuler le système immunitaire et de prévenir les récidives. Cependant, certains agents tels que les anthracyclines, la radiothérapie ou encore la thérapie photodynamique ont la capacité d’induire une mort cellulaire dite immunogène. Durant cette modalité, l’exposition à la surface des cellules tumorales mourantes d’une protéine chaperonne du reticulum endoplasmique (RE), la calréticuline (CALR), est une étape essentielle et caractéristique de l’immunogénicité ainsi que la libération d’HMGB1, l’autophagie et la sécrétion d’ATP. Des données issues de la littérature prouvent que les anthracyclines sont également capables d’activer des marqueurs du stress du RE. Notre travail a consisté à étudier les liens moléculaires entre le stress du RE et les marqueurs de la mort cellulaire immunogène. Grâce à un criblage à haut débit, nous avons déterminé que les drogues dites immunogènes activaient la phosphorylation d’eIF2α (eukaryotic initiation factor 2 alpha) et qu’il existait une corrélation forte avec l’exposition de la CALR (R score 0,73 ; p<0,01). De manière surprenante, ces agents échouent à activer la voie de signalisation sous-jacente ainsi que les deux autres voies du stress du RE médiées par ATF6 (activating transcription factor 6) et XBP1s (spliced X-box binding protein 1). Par ailleurs, une anthracycline appelée mitoxantrone inhibe activement les trois voies du stress du RE en co-traitement avec un inducteur du stress du RE et inhibiteur de la N-glycosylation: la tunicamycine. Ces données in vitro ont également été validées dans un modèle in vivo de souris immunodéficientes xénogreffées. De plus, grâce à un algorithme reliant les propriétés physico-chimiques des drogues anti-cancéreuses avec leurs capacités à induire les marqueurs de mort cellulaire immunogène suivants: P-eIF2α, CALR, HMGB1, granules de stress et autophagie, un score prédictif d’immunogénicité a pu être déterminé. Nous devrons déterminer dans le futur comment utiliser ce score comme marqueur prédictif d’une réponse immunogène au cours des traitements cliniques. / Conventional anticancer chemotherapies display a high degree of toxicity with certain specificity for tumor cells. However most of these approaches fail to activate immune system-related bystander effects and thus do often fail to prevent from recurrence. Despite these premises, certain anticancer treatments (including anthracycline-based chemotherapy, radiotherapy and photodynamic therapy) have the ability to induce an immunogenic cell death (ICD) modality. The exposure of calreticulin (CALR) during the course of ICD is quintessential for the transfer of tumor antigen from dying tumors to dendritic cells of the immune system as well as translocation of high mobility group box 1 (HMGB1), autophagy and ATP secretion. Previous studies have shown that certain anticancer agents including anthracylins are able to activate markers of endoplasmic reticulum stress (ER stress). Here we investigated the molecular mechanisms that link ER stress responses with hallmarks of ICD. In a drug screening approach, we showed that ICD-inducing drugs triggered the phosphorylation of the eukaryotic initiation factor 2 alpha (P-eIF2α) and that this correlated with CALR exposure (R score 0.73, p<0.01). Surprisingly though the agents failed to induce downstream ER stress pathways including the transcriptional activation of activating transcription factor 4 (ATF4), the alternative splicing of X-box binding protein 1 (XBP1s) mRNA and the proteolytic cleavage of activating transcription factor 6 (ATF6). In addition, we found that mitoxantrone actively inhibited all three arms of the unfolded protein response, when co-administered with the inhibitor of N-linked glycosylation tunicamycin, whereas tunicamycin alone triggered all arms of ER-stress. These findings were validated in vivo in immunodeficient animals xenografted with biosensors for ER-stress responses. Moreover, using a machine learning approach that integrates physicochemical properties of oncologic drugs with their ability to elicit immunogenic hallmarks including the phosphorylation of eIF2α, the exposure of CALR, the translocation of HMGB1, the formation of stress granules and the induction of autophagy we established an in silico approach for ICD prediction. For the future, we further aim to investigate the possibility to use these score comprising P-eIF2α and its downstream consequences as biomarker for immunogenic responses during anticancer treatment in patients.

Contexte: La chirurgie de cytoréduction combinée à la chimiothérapie hyperthermique intrapéritonéale (CHIP) à l'oxaliplatine (OX) est un standard de traitement pour certains patients sélectionnés atteints de carcinose péritonéale d'origine colorectale. Puisque le 5-FU potentialise l'action de l'OX lorsqu'administrés en intraveineux (IV), plusieurs groupes combinent empiriquement le 5-FU IV avec la CHIP à l'OX, mais cette pratique n'est pas soutenue par des données précliniques. Chez le rat, nous avons étudié l'impact du 5-FU IV sur la concentration péritonéale de l'OX dans le contexte d'une CHIP. Méthodes: Sous anesthésie générale, 24 rats Sprague-Dawley furent soumis à 4 différentes doses de 5-FU IV (0, 100, 400 et 800 mg/m²) et une dose fixe de CHIP à l'OX (460 mg/m²) perfusée à 40°C pendant 25 minutes. À 25 minutes, des échantillons de différents compartiments furent prélevés (péritoine, veine porte et veine cave) et les concentrations de 5-FU et OX furent mesurées par Chromatographie Liquide à Haute Performance. Résultats: La concentration péritonéale d'OX a augmenté significativement (17.0, 20.1, 34.9 et 38.1 nmol/g, p < 0.0001) avec chaque dose croissante de 5-FU (0, 100, 400 et 800 mg/m², respectivement). La concentration péritonéale d'OX a atteint un plateau entre les doses de 400 et 800 mg/m² de 5-FU IV. Conclusion: Le 5-FU IV potentialise la concentration péritonéale de la CHIP à l'OX. La dose optimale de 5-FU IV à administrer en combinaison avec la CHIP à l'OX semble être 400 mg/m². / Background: Cytoreductive surgery and hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) with oxaliplatin (OX) is a standard of care for selected patients with peritoneal carcinomatosis of colorectal origin. Because 5-FU is mandatory to improve efficacy of OX when used by systemic route, several teams now empirically combine intravenous (IV) 5-FU with HIPEC OX, but this practice has yet to be supported by preclinical data. Using a murine model, we studied the impact of IV 5-FU on peritoneal concentration of HIPEC OX. Methods: Under general anesthesia, 24 Sprague-Dawley rats were submitted to 4 different doses of IV 5-FU (0, 100, 400 and 800 mg/m²) and a fixed dose of HIPEC OX (460 mg/m²) perfused at 40°C during 25 minutes. At 25 minutes, samples in different compartments were harvested (peritoneum, portal vein and systemic blood) and the concentrations of 5-FU and OX were measured by high performance liquid chromatography. Results: Peritoneal concentration of OX was significantly higher (17.0, 20.1, 34.9 and 38.1 nmol/g, p < 0.0001) with increasing doses of 5-FU (0, 100, 400 and 800 mg/m², respectively). Peritoneal concentration of OX reached a plateau between 400 and 800 mg/m² of IV 5-FU. Conclusion: IV 5-FU enhances peritoneal concentration of HIPEC OX. The most efficient dose of IV 5-FU to be used in combination with HIPEC OX seems to be 400 mg/m².

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第24497号 / 医博第4939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 中島 貴子, 教授 永井 純正, 教授 寺田 智祐 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Colorectal cancer is the second most common cause of cancer-related deaths in the United States, with the relative 5-year survival rate for distant stage cancer being only 14%. The most common treatment for colorectal cancer is with chemotherapeutic drugs; however, the discovery of these drugs is costly, time-consuming, and often requires the use of animal models that do not yield results that translate to clinical trials. Due to these shortcomings, researchers seek to develop physiologically relevant in vitro tumor models that more accurately mimic the tumor microenvironment for cheaper and faster high-throughput drug screening. The aim of this research was to develop a colorectal cancer tumor model co-cultured with endothelial and stromal cells, followed by validation with clinically relevant chemotherapeutic agents within microfluidic devices. The first experiment consisted of a lipofection of fibroblasts to yield fluorescently tagged cells that could be later imaged using a fluorescence microscope. The next experiment consisted of a co-culture of tumor, endothelial, and fibroblast cells at varying densities in a twodimensional (2D) culture to determine the optimal plating densities that would yield quantifiable tumor and endothelial network formation. The following experiment used these optimal densities to test the effects of the chemotherapeutic agents oxaliplatin and SN38 on the tumor and endothelial cells in 2D. After the various densities and drug concentrations were tested in 2D, the model was introduced into microfluidic devices. The first experiment in the devices was similar to the first experiment plated in 2D, as it involved the establishment of optimal plating densities of all three cell types within the devices. Similarly, the goal of this experiment was to yield quantifiable tumor and endothelial network formation within the devices. The final experiment performed in this research was the introduction of oxaliplatin and SN38 to the optimized densities v of cells determined from the previous experiment, with the aim of evaluating the effects of these chemotherapeutic agents on the tumor and endothelial cells within microfluidic devices. The two experiments plated in 2D established plating densities to be tested in the devices. These experiments also showed that increasing drug concentrations resulted in reduced tumor count and size and revealed no disruption in the endothelial networks when exposed to oxaliplatin concentrations as high as 50 µM. The final two experiments in microfluidic devices revealed that endothelial network formation is not yet possible within the devices with the current protocols, but that tumor cells still showed dose-dependent responses to drug exposure as they did in 2D. Due to the lack of network formation in this device model, future work is required to allow for endothelial cell organization into networks, to further increase the physiological relevancy of this model to in vivo tumor conditions.

The application of ICP-MS to the fields of proteomics and genomics has arisen in part due to its ability to detect and quantify trace levels of S and P, which are major constituents in proteins and nucleic acids respectively. The development of collision/reaction cell technology and high resolution instruments has enabled these biologically important elements to be measured and quantified at the pg - ng ml-1 level. Despite these advances, the detection limits of P and S are still inferior compared to other elements. Oligonucleotides containing biotin functionality were labelled with Au nano-particles attached to a streptavidin protein to achieve site specific labelling, with 100% labelling efficiency. Each nano-particle contained ~86 Au atoms, resulting in an 882 fold signal enhancement for 24 base length oligonucleotides. However, this enhancement factor was only observed when one oligonucleotide bound to one nano-particle in a 1:1 ratio. Much lower Au labelling efficiencies and signal enhancements were observed when thiolated oligonucleotides were labelled with maleimide functionalised gold nano-particles. This was attributed to the extensive and difficult sample preparation steps that were required prior to labelling. The detection and quantification of adducts formed between DNA and the Pt anti-cancer drugs cisplatin and oxaliplatin were also investigated with ICP-MS. Acid digestion of the carbon based DNA matrix enabled Pt adducts to be quantified at low dose rates of 1 Pt atom per 1 500 000 nucleotides in ~12 μg DNA. Such sensitive mass spectrometric determinations could be employed in clinical tests to detect and quantify low level adducts formed in patients in-vivo. To complement ICP-MS analysis, electrospray ionisation linear ion trap mass spectrometry was employed to study the interaction of oxaliplatin with the four DNA nucleobases. Multiple stage mass spectrometry enabled detailed Pt-nucleobase adduct fragmentation pathways to be established. The method of DNA detection using P in conjunction with the collision cell, or cool plasma to form PO+ was also demonstrated and the limitations of the method, namely, polyatomic interferences and severe matrix effects were highlighted.