Objectif: Le traitement de la carcinose péritonéale (CP) d’origine appendiculaire récidivante demeure sous-étudié. L’objectif est d’évaluer le traitement à offrir aux patients présentant une récidive de la maladie. Méthodologie: Depuis 2003, les données de tous les patients avec CP d’origine appendiculaire traités dans notre centre ont été recueillies. Le traitement de la maladie primaire consistait en une cytoréduction chirurgicale complète de la CP suivie d’une chimiothérapie hyperthermique intra-péritoneale (CHIP) à l’oxaliplatine. Lors d’une récidive, une deuxième cytoréduction avec une CHIP à la mitomycine C était offerte aux patients rencontrant certains critères de sélection. Résultats: Un total de 58 patients ont subi une cytoréduction complète suivie d’une CHIP avec l’oxaliplatine. Durant la période de suivi, 22 patients démontrèrent une maladie récidivante (39%). Le péritoine était le site de récidive le plus fréquent. Les survies sans maladie étaient statistiquement différentes selon le grade histopathologique et le degré de complétude de la cytoréduction. Parmi ces 22 patients, huit patients ont reçu une deuxième cytoréduction suivie d’une CHIP à la mitomycine C, un patient a subi une cytoréduction complète seule et 13 patients avaient une maladie non résécable. La survie globale moyenne des patients ayant reçu un deuxième traitement fut de 28 mois. Les taux de morbidité et de mortalité suite à une deuxième cytoréduction suivie d’une CHIP furent de 25% et 0%, respectivement. Conclusion: Une cytoréduction suivie d’une CHIP demeure une intervention possible chez les patients qui présentent une maladie récidivante, mais certains critères doivent être appliqués afin de maximiser la survie et minimiser la morbidité et la mortalité de cette approche. / Background: Additional treatment in patients presenting recurrent peritoneal carcinomatosis (PC) has been much overlooked in the literature. The aim of this study is to assess the effects of additional treatment in patients with recurrent disease despite a first CRS with HIPEC. Methods: Since 2003, data from all patients with PC arising from the appendix treated in our center were prospectively collected. Treatment of primary disease consisted in CRS followed by hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) with oxaliplatin. When recurrent disease occurred, second CRS followed by HIPEC with mitomycin C were offered to patients meeting some selection criteria. Results: A total of 58 patients underwent CRS followed by HIPEC with oxaliplatin. During follow-up, 22 patients developed recurrent disease (39%). Peritoneum was the most common site of treatment failure. In the entire series, histologic grades and completeness of CRS were significant independent predictors of disease-free survival. Among patients with recurrent disease (n=22), eight patients underwent second CRS followed by HIPEC with mitomycin C, one patient received a CRS alone, and thirteen patients had unresectable disease. Mean overall survival for patients who received a second treatment (n=8) was 28 months. Morbidity and mortality rates following second CRS and HIPEC were 25% and 0%, respectively. Conclusions: CRS followed by HIPEC remains a possible intervention in patients with recurrent disease, but some selection criteria should be applied in order to maximise survival and minimise morbidity and mortality of this approach.

Depuis 20 ans, certains patients porteurs d’une carcinose péritonéale sont traités par une chirurgie de cytoréduction combinée avec une chimiohyperthermie intrapéritonéale (CHIP). Bien que l’oxaliplatine (OX) soit couramment utilisée lors de CHIP, une telle utilisation chez l’humain n’est supportée que par des études de phase II et il n’y a pas d’études précliniques caractérisant les propriétés de l’OX dans le contexte d’administration intrapéritonéale. L’objectif de ce projet de maîtrise est d’étudier l’effet de la température sur l’absorption tissulaire et systémique de l’OX administrée par voie intrapéritonéale chez le rat. Nous avons procédé à une perfusion intrapéritonéale de 3 différentes doses d’OX à 3 différentes températures pendant 25 minutes chez une total 35 rats Sprague-Dawley, puis effectué le dosage des concentrations d’OX dans différents compartiments. Nous avons observé une augmentation linéaire (p<0,05) entre la dose d’OX administrée et sa concentration dans tous les compartiments (péritoine, mésentère, sang portal et systémique). De plus, avec l’augmentation de la température de perfusion, nous avons observé une augmentation de la concentration d’OX dans le péritoine mais une diminution de sa concentration dans les compartiments systémique et portal (p<0,05). Ces résultats démontrent donc que la dose et l’hyperthermie augmentent indépendamment la pénétration tissulaire de l’OX et que l’hyperthermie limite son absorption systémique. Ces observations suggèrent que l’hyperthermie pourrait réduire la toxicité systémique de l’OX. Pour connaître la cinétique de l’OX, des études subséquentes doivent être faites. / Over the last twenty years, certain patients afflicted with peritoneal carcinomatosis have been treated with a combination of cytoreductive surgery and hyperthermic intraperitoneal chemoperfusion. Supported by phase II studies only, Oxaliplatin (OX) is commonly used in this context. However, pre-clinical studies to characterize its properties in such conditions are lacking. The purpose of this project is to study the effect of temperature on tissue and systemic absorption of OX when administered by intraperitoneal route in the rat. By intraperitoneal route, we administered 3 different doses of OX at 3 different temperatures for 25 minutes on 35 Sprague-Dawley rats. Samples from selected compartments were harvested and OX concentration was measured using high performance liquid chromatography. We obtained a linear correlation (p<0.05) between OX dose and tissue concentration in every compartments analyzed (peritoneum, mesentery, systemic and portal blood). With hyperthermia, we observed an increase in peritoneum and mesentery concentration of OX, but a decrease it its systemic and portal concentration (p<0.05). Intraperitoneal administration of OX leads to high concentration of drug in local tissues. Hyperthermia enhances tissue absorption and minimizes systemic absorption suggesting it could reduce systemic toxicity. Additional studies are needed to further define the pharmacokinetics of OX administered by intraperitoneal route.

Le développement d’un cancer chez un individu immunocompétent témoigne del’inefficacité de ses défenses immunitaires naturelles à entraver la progression tumorale. Larestauration ou l’induction de réponses immunitaires anti-tumorales efficaces sont des enjeuxmajeurs des stratégies thérapeutiques actuelles. En plus des immunothérapies classiques,visant à activer le système immunitaire des patients contre leurs tumeurs, les thérapiesconventionnelles, telles que les chimiothérapies et la radiothérapie, peuvent avoir des effetsimmunostimulants, en parallèle de leur effet directement cytotoxique sur les cellulestumorales. Parmi celles-ci, les anthracyclines, l’oxaliplatine et la radiothérapie sontnotamment capables d’induire une mort cellulaire immunogène. L’efficacité thérapeutique deces traitements dépend de l’activation de lymphocytes T (LT) CD8 anti-tumoraux,producteurs d’interféron-gamma (IFN-γ). En utilisant des modèles murins de tumeurstransplantées, nous montrons que le traitement des cellules tumorales par des droguesimmunogènes induit la libération d’adénosine triphosphate (ATP) dans le milieu extracellulaire.Ce signal de danger endogène se lie à son récepteur P2RX7 sur les cellulesdendritiques et permet la formation de l’inflammasome NLRP3/ASC/pro-caspase 1,conduisant à l’activation protéolytique de la caspase 1, qui active la pro-interleukine-1β (pro-IL-1β) en interleukine-1β (IL-1β). L’IL-1β peut directement agir sur les LT CD8 pourfaciliter leur polarisation vers un phénotype de lymphocytes T cytotoxiques de type 1 (Tc1).De plus, le traitement de tumeurs établies par des drogues immunogènes induit uneproduction d’IL-17A (IL-17) dans le lit tumoral, au cours de la première semaine suivant letraitement. Les LT gamma delta (LTγδ) sont les principaux producteurs de cette cytokinedans nos modèles. Ces cellules s’accumulent transitoirement dans la tumeur dès le troisièmejour suivant le traitement et leur taux est parfaitement corrélé à celui des LT CD8 producteursd’IFN-γ tumoraux. Comme l’IFN-γ, l’IL-17 et les LTγδ sont nécessaires à l’efficacitéthérapeutique des drogues immunogènes. L’IL-1β produite par les cellules dendritiquesexposées à des corps apoptotiques immunogènes stimule directement la production d’IL-17par les LTγδ. Ces travaux ont contribué à identifier l’ATP extra-cellulaire comme undéterminant moléculaire de l’immunogénicité des cellules tumorales exposées à certainesthérapies anti-cancéreuses conventionnelles. De plus, nous montrons que les traitementscytotoxiques classiques peuvent moduler l’environnement immunitaire dans le lit tumoral, etcontribuer à remplacer une inflammation chronique et immunosuppressive en uneinflammation aigüe et immunogène. L’étude des interactions entre le système immunitaire etles thérapies anti-cancéreuses conventionnelles est nécessaire pour utiliser ces traitements demanière plus rationnelle, en les combinant par exemple à des immunothérapies plusclassiques. / In most cases, cancer occurs in immunocompetent individuals, revealing the potential failure of the immune system to impair tumor development. Trying to restore or to induce an efficient anti-tumoral immune response is part of the main challenges of cancer treatment. In addition to the classical immunotherapeutic compounds, conventionnal cytotoxic treatments can also have some immunostimulatory effects. Among these treatments, the chemotherapeutic agents oxaliplatin and anthracyclins, as well as irradiation, can induce an immunogenic cell death, contributing to the activation of IFNγ-producing CD8 T cells. We show that upon treatment with immunogenic drugs, tumor cells are able to release ATP in the extracellular medium. This ATP can act on dendritic cells through its receptor P2RX7, which is able to activate the inflammasome NLRP3 and the subsequent production of IL-1β. Using models of transplantable tumors in mice we could show that the production of IL-1β induced by immunogenic treatments was mandatory for their efficacy. In addition to being directly involved in Tc1 cells polarization, IL-1β could promote the production of IL-17A by gamma delta T cells which were accumulating in the tumor bed following chemotherapy. We could show that these IL-17 producing gamma delta T cells were involved in treatment efficacy. This work has revealed that extracellular ATP was a crucial endogenous danger signal involved in anti-cancer chemotherapy efficacy. Furthermore, we have shown that conventionnal cytotoxic compounds could transform the smoldering pro-tumoral inflammation into an acute and immunogenic anti-tumoral one. This work may have some clinical implications, especially in the setting of therapeutic protocols involving the combination of conventionnal cytotoxic therapies with selected immunoadjuvants for the treatment of cancer.

Depuis 20 ans, certains patients porteurs d’une carcinose péritonéale sont traités par une chirurgie de cytoréduction combinée avec une chimiohyperthermie intrapéritonéale (CHIP). Bien que l’oxaliplatine (OX) soit couramment utilisée lors de CHIP, une telle utilisation chez l’humain n’est supportée que par des études de phase II et il n’y a pas d’études précliniques caractérisant les propriétés de l’OX dans le contexte d’administration intrapéritonéale. L’objectif de ce projet de maîtrise est d’étudier l’effet de la température sur l’absorption tissulaire et systémique de l’OX administrée par voie intrapéritonéale chez le rat. Nous avons procédé à une perfusion intrapéritonéale de 3 différentes doses d’OX à 3 différentes températures pendant 25 minutes chez une total 35 rats Sprague-Dawley, puis effectué le dosage des concentrations d’OX dans différents compartiments. Nous avons observé une augmentation linéaire (p<0,05) entre la dose d’OX administrée et sa concentration dans tous les compartiments (péritoine, mésentère, sang portal et systémique). De plus, avec l’augmentation de la température de perfusion, nous avons observé une augmentation de la concentration d’OX dans le péritoine mais une diminution de sa concentration dans les compartiments systémique et portal (p<0,05). Ces résultats démontrent donc que la dose et l’hyperthermie augmentent indépendamment la pénétration tissulaire de l’OX et que l’hyperthermie limite son absorption systémique. Ces observations suggèrent que l’hyperthermie pourrait réduire la toxicité systémique de l’OX. Pour connaître la cinétique de l’OX, des études subséquentes doivent être faites. / Over the last twenty years, certain patients afflicted with peritoneal carcinomatosis have been treated with a combination of cytoreductive surgery and hyperthermic intraperitoneal chemoperfusion. Supported by phase II studies only, Oxaliplatin (OX) is commonly used in this context. However, pre-clinical studies to characterize its properties in such conditions are lacking. The purpose of this project is to study the effect of temperature on tissue and systemic absorption of OX when administered by intraperitoneal route in the rat. By intraperitoneal route, we administered 3 different doses of OX at 3 different temperatures for 25 minutes on 35 Sprague-Dawley rats. Samples from selected compartments were harvested and OX concentration was measured using high performance liquid chromatography. We obtained a linear correlation (p<0.05) between OX dose and tissue concentration in every compartments analyzed (peritoneum, mesentery, systemic and portal blood). With hyperthermia, we observed an increase in peritoneum and mesentery concentration of OX, but a decrease it its systemic and portal concentration (p<0.05). Intraperitoneal administration of OX leads to high concentration of drug in local tissues. Hyperthermia enhances tissue absorption and minimizes systemic absorption suggesting it could reduce systemic toxicity. Additional studies are needed to further define the pharmacokinetics of OX administered by intraperitoneal route.

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Cancer is a leading cause of death that affects millions of people across the globe each year. Photodynamic therapy (PDT) is a relatively new treatment approach for cancer in which anticancer drugs are activated by light at an appropriate wavelength to generate highly cytotoxic reactive oxygen species (ROS) and achieve tumor destruction. Compared with conventional chemo- and radiotherapy, PDT can be performed with minimal invasiveness, local targeting and reduced side effects. However, most of the currently available PDT drugs mainly absorb in the visible part of the spectrum, where light penetration depth into human tissues is very limited. Therefore, increasing the treatment depth of PDT has been considered to be an important approach to improve the effectiveness of PDT for treating larger and thicker tumor masses. In this thesis, we present our investigation into the potential of two-photon activated PDT (2-γ PDT), combination therapy of PDT and chemotherapy, and bioluminescence-activated PDT as a means to increase the treatment depth of this modality. In 2-γ PDT, the photosensitizing agents are activated through simultaneous absorption of two photons. This approach allows the use of near-infrared (NIR) light that can penetrate deeper into tissues and thus, has the potential of treating deep-seated tumors and reducing side effects, while the non-linear nature of two-photon excitation (TPE) may improve tumor targeting. We have evaluated the PDT efficacy of a second-generation photosensitizer derived from chlorophyll a, pyropheophorbide a methyl ester (MPPa), through both one- and two-photon activation. We observed that MPPa had high one-photon (1-γ PDT efficacy against both cisplatin-sensitive human cervical (HeLa) and cisplatin-resistant human lung (A549) and ovarian (NIH:OVCAR-3) cancer cells when activated by femtosecond (fs) laser pulses at 674 nm. At a low light dose of 0.06 J cm-2, the MPPa concentration required to produce a 50% cell killing effect (IC50) was determined to be 5.3 ± 0.3, 3.4 ± 0.3 and 3.6 ± 0.4 μM in HeLa, A549 and NIH:OVCAR-3 cells, respectively. More significantly, we also found that MPPa could be effectively activated at the optimal tissue-penetrating wavelength of 800 nm through TPE. At a light dose of 886 J cm-2, where no measurable photodamage was observed in the absence of MPPa, the IC50 values were measured to be 4.1 ± 0.3, 9.6 ± 1.0 and 1.6 ± 0.3 μM in HeLa, A549 and NIH:OVCAR-3 cells, respectively. We obtained corresponding LD50 (the light dose required to produce a 50% killing effect) values of 576 ± 13, 478 ± 18 and 360 ± 16 J cm-2 for 10 μM MPPa, which were approximately 3-5 times lower than the published 2-γ LD50 of Visudyne® and 20-30 times lower than that of Photofrin®. These results indicate that MPPa may serve as a photosensitizer for both 1- and 2-γ activated PDT treatment of difficult-to-treat tumors by conventional therapies. Indocyanine green (ICG), a dye having an absorption maximum near 800 nm, has been considered to be a potential NIR PDT agent. However, the PDT efficacy of ICG has been found to be very limited probably due to the low yield of cytotoxic ROS. In the present work, we have evaluated the combination effects of ICG-mediated PDT with conventional chemotherapy mediated by two types of chemotherapeutic drugs, namely the type II topoisomerase (TOPII) poisons etoposide (VP-16)/teniposide (VM-26) and the platinum-based drugs cisplatin (CDDP)/oxaliplatin (OXP). Synergistic enhancement of cytotoxicity and increased yields of DNA double strand breaks (DSBs) were observed in HeLa, A549 and NIH:OVCAR-3 cancer cells treated with the combination of ICG-PDT and VP-16. The presence of VP-16 during the laser irradiation process was found to be critical for producing a synergistic effect. An electron-transfer-based mechanism, in which ICG could increase the yield of highly cytotoxic VP-16 metabolites, was proposed for the observed synergistic effects, although direct spectroscopic detection of the reaction products was found to be very challenging. Moreover, we observed a much lower degree of synergy in the human normal fibroblast GM05757 cells than that in the three cancer cell lines investigated. Synergistic effects were also observed in A549 cells treated with the combination of ICG-PDT and VM-26 (i.e. an analog of VP-16). Furthermore, the combination of low-dose CDDP/OXP and ICG-PDT was demonstrated to produce an additive or synergistic effect in selected cancer cell lines. These preliminary results suggest that the combination of ICG-PDT with VP-16/VM-26 or CDDP/OXP chemotherapy may offer the advantages of enhancing the therapeutic effectiveness of ICG-PDT and lowering the side effects associated with the chemotherapeutic drugs. Bioluminescence, the generation of light in living organisms through chemical reactions, has been explored as an internal light source for PDT in recent years. This approach, in principle, does not suffer from the limited tissue penetration depth of light. In the present project, we have evaluated the effectiveness of luminol bioluminescence in activating the porphyrin photosensitizers meso-tetra(4-sulfonatophenyl)porphine dihydrochloride (TPPS4) and Fe(III) meso-tetra(4-sulfonatophenyl)porphine chloride (FeTPPS). The combination treatment induced significant killing of HeLa cells, while additive effects were observed in two normal human fibroblast cell lines (GM05757 and MRC-5). Our observations indicate that bioluminescence of luminol may generate sufficient light for intracellular activation of PDT sensitizers. Furthermore, the combination treatment may have intrinsic selectivity towards cancerous tissues. In summary, we have demonstrated effective killing of cancer cells by MPPa-mediated 1- and 2-γ PDT, combination of ICG-PDT and VP-16/VM-26 or CDDP/OXP chemotherapy, and bioluminescence of luminol activated PDT mediated by TPPS4/FeTPPS. These positive preliminary results indicate that all these three approaches have the potential of increasing the treatment depth of PDT and facilitating the development of more effective PDT treatment strategies.

Nous proposons un modèle d’automate pour le cycle cellulaire lié à l’horloge circadienne. Ce modèle est utilisé pour déterminer la toxicité de différents schémas d’administration d’agents anticancéreux selon un profil temporel déterminé, dans le but d’optimiser l’efficacité de la chronothérapie des cancers. Fondé sur les transitions séquentielles entre les phases successives du cycle cellulaire G1, S (réplication de l’ADN), G2 et M (mitose), le modèle permet de simuler la distribution des phases du cycle cellulaire et son entraînement par l’horloge circadienne. Le modèle est utilisé pour évaluer l’effet du profil d’administration circadienne de deux agents anticancéreux, le 5-fluorouracile (5-FU) et l’oxaliplatine (l-OHP). Ces médicaments diffèrent par leur mode d’action mais sont complémentaires dans le traitement du cancer colorectal. Le 5-FU, considéré en premier, exerce ses effets cytotoxiques sur les cellules en phase S. Divers profils d’administration circadienne sont comparés, qui diffèrent par le temps du maximum d’administration du 5-FU. Le modèle explique pourquoi un minimum de cytotoxicité est obtenu lorsque le temps du pic d’administration approche 4h du matin, ce qui correspond au profil temporel d’administration utilisé en pratique clinique pour le 5-FU. Nous montrons comment la cytotoxicité de l’agent anticancéreux est affectée par la variabilité de la durée des phases du cycle cellulaire et par la durée du cycle cellulaire en présence et en absence d’entraînement par l’horloge circadienne. Les résultats indiquent qu’un même profil temporel d’administration peut avoir une cytotoxicité minimale pour une population cellulaire (correspondant à une population de cellules saines), et une cytotoxicité élevée pour une seconde population (correspondant à des cellules tumorales). Ainsi le modèle permet de mettre en lumière les mécanismes susceptibles d’améliorer simultanément la chronotolérance et la chronoefficacité des agents anticancéreux. Le cas de l’oxaliplatine (l-OHP) est considéré dans un second temps. Contrairement au 5-FU, l’oxaliplatine élimine les cellules quelle que soit sa phase dans le cycle cellulaire. La phamacocinétique des thiols plasmatiques et du glutathion intracellulaire est incorporée au modèle. Ces composés interfèrent avec l’action de l’OHP en formant des complexes inactifs. Le modèle montre comment des variations circadiennes dans la cytotoxicité de l-OHP peuvent résulter de rythmes circadiens dans les niveaux de thiols plasmatiques et de glutathion. En accord avec les résultats expérimentaux et cliniques, les simulations numériques du modèle d’automate pour le cycle cellulaire montrent que les profiles temporels minimisant la cytotoxicité de l’oxaliplatine sont en antiphase avec ceux minimisant la cytotoxicité du 5-fluorouracile./We propose an automaton model for the cell cycle coupled to the circadian clock. We use this model to assess the toxicity of various circadian patterns of anticancer drug delivery so as to enhance the efficiency of cancer chronotherapy. Based on the sequential transitions between the successive phases G1, S (DNA replication), G2, and M (mitosis) of the cell cycle, the model allows us to simulate the distribution of cell cycle phases as well as its entrainment by the circadian clock. We use the model to evaluate circadian patterns of administration of two anticancer drugs, 5-fluorouracil (5-FU) and oxaliplatin (l-OHP). These drugs, which differ by their mode of action, are complementary in the clinical treatment of colorectal cancer. We first consider the case of 5-FU, which exerts its cytotoxic effects on cells in S phase. We compare various circadian patterns of drug administration differing by the time of maximum drug delivery. The model explains why minimum cytotoxicity is obtained when the time of peak delivery is close to 4 a.m. which corresponds to the temporal pattern of administration used clinically for 5-FU. We also determine how cytotoxicity is affected by the variability in duration of cell cycle phases and by cell cycle length, in the presence or absence of entrainment by the circadian clock. The results indicate that the same temporal pattern of drug administration can have minimum cytotoxicity toward one cell population, e.g. of normal cells, and at the same time can display high cytotoxicity toward a second cell population, e.g. of tumour cells. Thus, the model allows us to uncover factors that may contribute to improve simultaneously chronotolerance and chronoefficacy of anticancer drugs. We next consider the case of oxaliplatin (l-OHP), which, in contrast to 5-FU, kills cells in different phases of the cell cycle. We incorporate into the model the pharmacokinetics of plasma thiols and intracellular glutathione, which interfere with the action of the drug by forming with it inactive complexes. The model shows how circadian changes in l-OHP cytotoxicity may arise from circadian variations in the levels of plasma thiols and glutathione. Corroborating experimental and clinical results, the numerical simulations of the automaton model for the cell cycle account for the observation that the temporal profiles minimizing l-OHP cytotoxicity are in antiphase with those minimizing cytotoxicity for 5-FU.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished