Arrière-plan: les cellules tumorales circulantes (CTC) sont détectables dans de nombreux cancers et peuvent être utiles cliniquement pour le pronostic de la maladie, pour mesurer la récidive et pour prédire la sensibilité aux medicaments chimiothérapeutiques. Au cours des dernières années, l’études des CTC dans de nombreux cancers tels que le cancer du sein, du poumon, du côlon et de la prostate a grandement évolué. Alternativement, il y peu d'études à ce sujet concernant le cancer du col de l’utérus (CCU). Objectifs: Notre objectif est d’optimiser le processus d'enrichissement des CTC dans le CCU et la détection moléculaire des biomarqueurs E6 et E7. Matériel et Méthodes: Dans l’optique de mimer la présence de CTC dans le sang, nous avons dilué des cellules cancéreuses CaSki VPH16-positif provenant d’un CCU dans du sang humain prélevé sur des volontaires sains. Les CaSki ont été collectées suite à une centrifugation par densité avec le Ficoll, la lyse des globules rouges (RBC) et la lyse des RBC combinée avec un enrichissement positif et négatif à l’aide de marqueurs de surface cellulaire. Les CTC ont été détectées par la mesure d’expression des oncogènes E6 et E7 du virus du papillome humain (VPH), de la cytokératine 19 (CK19) et de la cycline p16INK4 en utilisant la technique quantitative en temps réel de Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR). Pour valider notre méthode de détection des CTC in vivo, nous avons recruté dix patientes atteintes d’un CCU VPH16 positif et six contrôles sains. Résultats: Dans le modèle de dilutions de cellules CaSki, la lyse des RBC seule ou combinée avec l'enrichissement négatif ou positif suggèrent des limites de détection de 1 CTC par mL de sang pour tous les biomarqueurs moléculaires utilisés. La sensibilité de détection est accrue lors de l'utilisation de l’enrichissement positif et négatif en réduisant le bruit de fond causé par les monocytes sanguins. Contrairement aux oncogènes E6 et E7, les marqueurs CK19 et p16INK4A ont été détectés chez des individus sains, les niveaux d'expression de base appropriés doivent donc être déterminés avec précision par rapport aux patientes CCU. Le gradient de densité par Ficoll a une limite de détection de seulement environ 1000 cellules par mL de sang. Enfin, les CTC ont été détectées dans 2/10 patientes en utilisant le marqueur CK19. Cependant, ces patientes étaient négatives pour les oncogènes E6/E7. Le marqueur p16INK4A était exprimé au même niveau dans tous les échantillons (CCU et normaux). Conclusion: Notre étude suggère que les oncogènes E6 et E7 du VPH16 sont les marqueurs biologiques les plus sensibles et spécifiques en qRT-PCR pour détecter les CTC dans le modèle de dilution de cellules de CCU dans le sang. Chez les patientes atteintes d’un CCU de stade précoce, seulement CK19 a révélé la présence potentielle de CTC, ce qui suggère que ces cellules sont rares à ce stade de la maladie. Mots clés: cancer du col de l’utérus, cellules tumorales circulantes, RT-qPCR, E6 et E7, CK19, p16INK4A, enrichissement immunomagnétique, détection moléculaire. / Background: Circulating tumor cells (CTCs) have been detected in many cancers and are used in multiple clinical applications including disease prognosis, tumor recurrence prediction and prediction of tumor sensitivity to chemotherapeutic drugs. Studies in most major solid cancer(s) (breast, lung, colon and prostate) are progressing rapidly, but there has been very little progress concerning uterine cervical cancer (UCC).Objective: our aim is to optimize enrichment processes and the molecular biomarker-based detection of human circulating tumor cells (CTCs) in uterine cervical cancer (UCC). Material & Methods: To mimic CTCs in patients, we designed an experimental spiking model where the CaSki HPV16-positive UCC cell line was serially diluted and spiked into human blood collected from healthy volunteers. CaSki CTCs were enriched using either Ficoll density centrifugation, red blood cell (RBC) lysis or RBC lysis combined with cell surface markers negative or positive enrichment. CTCs were detected using real-time quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) to measure the gene expression of human papillomavirus (HPV) viral oncogenes (E6 and E7), cytokeratin 19 (CK19), or the cyclin dependent kinase inhibitor p16INK4A. Finally, ten HPV16- positive UCC patients and six healthy controls were recruited to validate CTCs detection in vivo. Result: In the spiking model, RBC lysis alone or combined with negative or positive enrichment suggests detection limits close to 1 CTC per mL of blood for all molecular biomarkers used. The sensitivity of detection increased when using positive and negative enrichment probably by reducing the peripheral blood mononuclear cell-derived RNA background. Unlike HPV oncogenes, CK19 and p16INK4A were detected in normal individuals, thus appropriate basal expression levels need to be accurately determined compared to cancer patients. Alternatively, Ficoll density gradient had a detection limit of only about 1000 cells per mL of blood. Finally CTCs were detected in 2/10 patients using CK19. None of the patients had E6/E7 transcripts and p16INK4A was expressed at similar level across all samples (cancer and healthy). Conclusion: qRT-PCR of HPV16 E6 and E7 is the most sensitive and specific biomarker used to detect CTCs in the spiking model. In early disease UCC patients, only CK19 revealed the presence of CTCs suggesting that these cells are rare at that stage of the disease. Keywords: uterine cervical cancer, circulating tumor cells, qRT-PCR, E6 and E7 oncoprotein, CK19, p16INK4A, immune-magnetic enrichment, molecular detection.

Contexte. Le cancer bronchopulmonaire (CBP) demeure la première cause de mortalité par cancer dans le monde. Malgré l’espoir suscité par le développement des thérapies ciblées, son pronostic demeure sombre, particulièrement dans les cas de CBP à petites cellules (CBP-PC) et de CBP non à petites cellules (CBP-NPC) présentant une activation de l’oncogène KRAS. Matériel et Méthodes. Nous avons mené 3 études successives, visant à (i) radiosensibiliser des modèles de CBP-PC par l’ajout d’un inhibiteur de BCL2, (ii) cibler des modèles de CBP-NPC mutés KRAS par l’association d’un inhibiteur de mTOR et d’un inhibiteur de RAF, et (iii) créer un modèle préclinique orthotopique murin de CBP reproduisant la progression tumorale observée en clinique. Résultats. Dans la première étude, l’inhibiteur de BCL2 oblimersen a présenté un effet radiosensibilisant sur des modèles de CBP-PC, in vitro et in vivo. Dans la seconde étude, l’association de l’inhibiteur de mTOR everolimus et de l’inhibiteur de RAF/VEGFR RAF265 a présenté un effet synergique sur des lignées cellulaires de cancers présentant la double mutation de KRAS et de PIK3CA, in vitro et in vivo. Dans la troisième étude, l’injection orthotopique d’une lignée bioluminescente de CBP-NPC chez des souris nude a permis d’établir des tumeurs intra pulmonaires évoluant vers une extension métastatique ganglionnaire et hématogène, et de détecter la présence de cellules tumorales circulantes. Conclusion. L’association d’un inhibiteur de BCL2 à la radiothérapie est une stratégie intéressante dans le CBP-PC, l’association d’un inhibiteur de mTOR et d’un inhibiteur de RAF/VEGFR est une stratégie intéressante dans le CBP-NPC présentant une double mutation KRAS-PIK3CA, mais ces données doivent être confirmées sur des modèles orthotopiques afin de gagner en pertinence avant d’envisager un transfert en clinique. / Non-small cell lung cancer (NSCLC) is the leading cause of cancer-related mortality worldwide. Activation of phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)-AKT and Kirsten rat sarcoma viral oncogene homologue (KRAS) can induce cellular immortalization, proliferation, and resistance to anticancer therapeutics such as epidermal growth factor receptor inhibitors or chemotherapy. This study assessed the conséquences of inhibiting these two pathways in tumor cells with activation of KRAS, PI3K-AKT, or both. We investigated whether the combination of a novel RAF/vascular endothelial growth factor receptor inhibitor, RAF265, with a mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor, RAD001 (everolimus), could lead to enhanced antitumoral effects in vitro and in vivo. To address this question, we used cell lines with different status regarding KRAS, PIK3CA, and BRAF mutations, using immunoblotting to evaluate the inhibitors, and MTT and clonogenic assays for effects on cell viability and proliferation. Subcutaneous xenografts were used to assess the activity of the combination in vivo. RAD001 inhibited mTOR downstream signaling in all cell lines, whereas RAF265 inhibited RAF downstream signaling only in BRAF mutant cells. In vitro, addition of RAF265 to RAD001 led to decreased AKT, S6, and Eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1 phosphorylation in HCT116 cells. In vitro and in vivo, RAD001 addition enhanced the antitumoral effect of RAF265 in HCT116 and H460 cells (both KRAS mut, PIK3CA mut); in contrast, the combination of RAF265 and RAD001 yielded no additional activity in A549 and MDAMB231 cells. The combination of RAF and mTOR inhibitors is effective for enhancing antitumoral effects in cells with deregulation of both RAS-RAF and PI3K, possibly through the cross-inhibition of 4E binding protein 1 and S6 protein. We then focus on animal models. Preclinical models of NSCLC require better clinical relevance to study disease mechanisms and innovative therapeutics. We sought to compare and refine bioluminescent orthotopic mouse models of human localized NSCLC. Athymic nude mice underwent subcutaneous injection (group 1-SC, n = 15, control), percutaneous orthotopic injection (group 2-POI, n = 30), surgical orthotopic implantation of subcutaneously grown tumours (group 3-SOI, n = 25), or transpleural orthotopic injection (group 4-TOI, n = 30) of A549-luciferase cells. Bioluminescent in vivo imaging was then performed weekly. Circulating tumour cells (CTCs) were searched using Cellsearch® system in SC and TOI models Group 2-POI was associated with unexpected direct pleural spreading of the cellular solution in 53% of the cases, forbidding further evaluation of any localized lung tumour. Group 3-SOI was characterized by high perioperative mortality, initially localized lung tumours, and local evolution. Group 4-TOI was associated with low perioperative mortality, initially localized lung tumours, loco regional extension, and distant metastasis. CTCs were detected in 83% of nude mice bearing subcutaneous or orthotopic NSCLC tumours. Transpleural orthotopic injection of A549-luc cells in nude mouse lung induces localized tumour, followed by lymphatic extension and specific mortality, and allowed the first time identification of CTCs in a NSCLC mice model.

Les phénomènes cicatriciels et de carcinogenèse partagent des points communs et peuvent être définis comme des processus complexes et adaptatif régulés par les interactions entre l'hôte et le microenvironnement tissulaire. Après la chirurgie, la radiothérapie est la seconde modalité la plus efficace dans le traitement du cancer et une approche thérapeutique multimodale impliquant chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie est aujourd’hui classiquement utilisée. Des résultats récents suggèrent que, en plus des effets létaux sur les cellules tumorales, la radiothérapie modifie le microenvironnement tissulaire. Ces modifications affectent le phénotype cellulaire, le métabolisme des tissus, et les événements de signalisation entre les cellules.Les interactions complexes entre les cellules stromales et les cellules cancéreuses suscitent beaucoup d’intérêt et dans la première partie de ma thèse, j’ai exploré les interactions entre stroma et cellules de carcinome en réponse à la radiothérapie par modulation génétique du stroma après irradiation. J’ai constaté que les fibroblastes, indépendamment de leur statut RhoB, ne modulaient pas la radiosensibilité intrinsèque des TC- 1, mais produisaient des facteurs diffusibles capables de modifier le devenir des cellules tumorales. Ensuite, j’ai constaté que fibroblastes sauvages et RhoB déficients stimulaient la migration des TC-1 par des mécanismes distincts, impliquant respectivement TGF- β1 et MMP. J’ai également constaté que la co-irradiation, des fibroblastes et des TC- 1, abrogait le phénotype pro-migratoire des TC-1 par répression de la sécrétion du TGF- β et des MMP. Alors que le protocole de co-irradiation utilisé mime la situation clinique, mes résultats sont en désaccord avec les publications récentes et suggèrent que le stroma irradié ne renforce pas la migration des cellules tumorales mais au contraire pourrait être manipulé pour promouvoir une réponse immunitaire anti-tumorale.Deuxièmement, mes expériences in vivo, semblent confirmer les données obtenues in vitro et montrent que l’irradiation préalable du lit tumoral ne stimule ni croissance de la tumeur et ni sa dissemination. Nos résultats semblent montrer que l’irradiation du stroma ne favorise pas la migration des cellules de carcinome et ceci indépendamment de leur génotype. La Troisième Partie De Mon Projet, a été consacrée à l’étude des cellules tumorale circulantes (CTC) après la radiothérapie. En accord avec les résultats rapportés après la chirurgie, le nombre de CTC augmente dans la circulation sanguine après radiothérapie probablement à cause des lésions vasculaires radio-induites ou/et par induction d’EMT dans les cellules tumorales. Néanmoins ces CTC semblent être piégées dans la cavité cardiaque. La signification de la présence de ces CTC pour le développement métastatique n’est pas élucidée mais on peut suspecter un effet promoteur de métastase. Ainsi le microenvironnement pourrait avoir des effets antagonistes promoteurs ou inhibiteurs de malignité. / Wound healing and carcinogenesis are defined as complex, adaptive processes which are controlled by intricate communications between the host and the tissue microenvironment. A number of phenotypic similarities are shared by wounds and cancers in cellular signaling and gene expression. Radiotherapy is the second most effective modality of cancer treatment after surgery and can be used, either alone or in combination with chemotherapy. Recent findings suggest that radiotherapy apart from tumor cell death also rapidly and persistently modifies the tissue microenvironment. These modifications affect cell phenotype, tissue metabolism, bidirectional exchanges and signaling events between cells. The complex interactions between stromal cells and cancer cells are of immense interest and in The First Part of My Thesis, I tried to explore the crosstalk between stromal and carcinoma cells in response to radiotherapy by genetic modulation of the stroma and irradiation. We found that fibroblasts, irrespective of their RhoB status, do not modulate intrinsic radiosensitivity of TC-1 but produce diffusible factors able to modify tumor cell fate. Then we found that Wt and RhoB deficient fibroblasts stimulated TC-1 migration through distinct mechanisms respectively, TGF-β1 and MMP-mediated. We also found that co-irradiation of fibroblasts and TC-1 abrogated the pro-migratory phenotype by repression of TGF-β and MMP secretion. This result is highly relevant to the clinical situation and suggests that conversely to, the current view; irradiated stroma would not enhance carcinoma migration and could be manipulated to promote anti-tumor immune response. Secondly, our in vivo experiments, tends to confirm the in vitro data showing that irradiated tumor bed does not stimulate tumor growth and escape. Our results also challenges the view that irradiated stroma would promote migration of carcinoma cells as we show that independently from their genotype co-irradiation of fibroblasts and carcinoma cells repressed carcinoma cell migration and confirmations studies are currently performed in vivo. The Third Part of My Project, was dedicated to investigate the effect on CTC release after radiotherapy. Consistently with the results reported after surgery , the number of CTC increases in the blood stream after radiotherapy probably due to radiation-induced vascular injury induced or/and by EMT induction in tumor cells but these cells seemed to be entrapped into the cardiac cavity. The significance of these CTC to metastatic development is still under investigation but there is evidence for a metastasis-promoting effect of RT from animal studies.Thus the microenvironment can exert antagonist stimulatory or inhibitory effects on malignant cells.

Le glioblastome (GBM) est la tumeur cérébrale primaire la plus agressive comportant une sous-population de cellules souches tumorales (CSG). Elles sont capables d’auto-renouvellement, de prolifération, de différenciation en cellules exprimant les marqueurs neuraux et de trans-différenciation en cellules de types vasculaires. Dans ce contexte, j’ai dérivé et caractérisé plusieurs lignées de CSG à partir de biopsies de patients. Puis j’ai évalué l’impact des peptides thérapeutiques transmembranaires développés au laboratoire, visant les plateformes de récepteurs de neuropiline-1 et de plexine-A1 surexprimées dans les CSG. Les deux peptides diminuent la croissance des CSG in vitro et in vivo. Finalement, j’ai développé un outil génétique fluorescent permettant de suivre le destin des CSG en direct. Basé sur l’expression de 4 rapporteurs fluorescents contrôlés par des promoteurs spécifiques des types cellulaires, il permet d’identifier l’hétérogénéité de ces cellules en différenciation. / The glioblastoma multiforme (GBM) is the most aggressive primary brain tumor and includes a subpopulation of tumoral stem cells (CSG). Those cells can self-renew, proliferate and differentiate by expressing specific neural markers and/or transdifferentiate into vascular-like cells. In this context, my work consisted first to produce and characterize several CSG lines from patient biopsies to constitute a bank of cell lines with different properties. We also evaluated the impact of in house therapeutic transmembrane peptides targeting the neuropilin-1 / plexin-A1 receptor platforms overexpressed in GBM. We thus showed that both targeting peptides decrease the growth of GSC in in vitro and in vivo models. Finally, I developed an inducible mosaic expression system to track the live differentiation of CSG. This system is based on the expression of four different fluorescent reporters controlled by the activity of cell type specific promoters.

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Les métastases sont la principale cause de décès chez les patients atteints d’un cancer. Lors du développement métastatique, les cellules tumorales disséminées (CTD) doivent franchir certaines étapes clés avant de coloniser des organes distants de la tumeur primaire. Notre hypothèse est que la TNC pourrait jouer différents rôles dans la migration des cellules cancéreuses et par conséquent dans le développement métastatique. Considérant l’actine comme un réservoir de facteurs de croissance, la TNC pourrait induire la TEM ainsi que la survie et l’extravasation des cellules tumorales. Cependant, des cellules cancéreuses individualisées localement pourraient répondre à la TNC en initiant des changements rapides menant à un phénotype migratoire de type amiboïde. L’objectif de cette thèse a été d’étudier comment la TNC stimule le développement métastatique dans le cancer du sein au niveau cellulaire et moléculaire en utilisant des modèles tumoraux et cellulaires. / A high TNC expression correlates with lung metastagenicity and was shown to promote experimental lung metastasis, but the underlying mechanisms are poorly understood. The results of my thesis have provided insight into the roles of TNC in metastasis suggesting that TNC contributes to extravasation by impacting on survival, endothelialization, EMT and migration. Moreover, I have identified TGF-β signaling and integrin α9β1 as important pathway and molecule, respectively to be employed by TNC. Whether both molecule/pathway play a similar role in the investigated models of breast cancer, osteosarcoma and glioblastoma remains to be seen.

La diffusion dans le sang des cellules tumorales circulantes (CTC) à partir de la tumeur primitive est un signe précoce d’invasivité tumorale et du risque de développer des métastases. Par conséquent, la capacité à les détecter de façon très sensible et spécifique est censée constituer un test cliniquement important pour le pronostic du cancer, le suivi des patients et la personnalisation de la thérapie. Les CTC sont des cellules rares, et plusieurs méthodes ont été proposées pour leur détection. La technique ISET (Isolation by Size of Epithelial/Tumor cells) se base sur la différence de taille des CTC par rapport aux cellules leucocytaires et a montré une très grande sensibilité d’isolement et spécificité d’identification des CTC. Elle permet l’analyse cytopathologique, immunologique et moléculaire des cellules isolées.Le cancer du rein représente 3% des cancers de l’adulte, dans 75% des cas il s’agit d’un carcinome rénal à cellules claires (RCC). Sur le plan génétique, il est un des rarissimes cancers solides caractérisé par des variations de l’ADN, il s’agit de mutations au niveau du gène VHL.Ce projet de recherche vise l’analyse comparative, moléculaire et cytopathologique, des CTC isolées à partir des patients avec RCC dans le but d’évaluer, par une approche moléculaire, les critères cytopathologiques diagnostiques des CTC. Notre étude a porté sur 29 patients ayant bénéficié de l’isolement des CTC par ISET avant toute intervention chirurgicale.L’analyse cytopathologique a été réalisée utilisant les critères décrits par l’équipe de P. Hofman pour définir les CTC (CNHC-MF) et les Cellules Atypiques Circulantes « CAC » (CNHC-UMF). L’analyse génétique par séquençage du gène VHL a été réalisée avec succès sur l’ADN de 205 cellules individuelles, sur l’ADN issu du tissu tumoral et sur l’ADN génomique de chaque patient.Sur les 29 tumeurs étudiées, 25 étaient caractérisées par des mutations du gène VHL. Cent soixante et une cellules, CTC et CAC, isolées à partir du sang de ces 25 patients, ont présenté des variations génétiques du gène VHL identiques à l’ADN issu du tissu tumoral. Il s’agit de 18 mutations différentes affectant les 3 exons de ce gène. Nous avons trouvé des CTC/CAC dans 29/30 des patients avec CCRC analysés. Des mutations VHL ont été trouvées dans 25 des 29 tumeurs CCRC correspondantes. Nous avons obtenu des résultats spécifiques VHL dans 205 des 327 CTC/CAC microdisséquées, comprenant 64 CTC et 141 CAC, selon l’analyse cytopathologique. Les mutations VHL ont été détectées en aveugle dans 57/64 CTC et dans 125/141 CAC. Cependant, nous avons observé que les 8 et 16 CTC et CAC restantes, respectivement, avaient été isolées de patients sans mutations VHL détectables dans le tissu tumoral.Conclusion : Ceci est la première étude comparative de diagnostic génétique et cytopathologique des CTC/CAC chez des patients avec un cancer solide, le CRCC. Nos résultats suggèrent que des critères cytopathologiques élargis pourraient être appliqués au diagnostic des CTC chez les patients avec CCRC. Bien que des études complémentaires et plus élargies soient maintenant nécessaires, cette méthode ouvre la voie à une approche génétique pour le diagnostic des Cellules Tumorales Circulantes / Dissemination in the circulating tumor cells (CTC) from the primary tumor is an early sign of tumor invasion and risk of metastases. Therefore, the ability to detect CTC through a very sensitive and specific test is expected to be clinically important for cancer prognosis, patient monitoring and customization of therapy. CTCs are rare cells, and several methods have been proposed for their detection. The ISET technique (Isolation by Size of Epithelial /Tumor cells) is based on the difference in size of CTC as compared to leucocytes and provides high sensitivity of CTC isolation and high specificity of CTC identification. This methods also allows cytopathological, immunological and molecular analyses of the isolated cellsKidney cancer accounts for 3% of adult cancers and is a clear cell renal cell carcinoma (RCC) in 75% of cases. RCC is one of very rare cancers characterized by a DNA mutations. IRCC tumor cells are in fact characterized by by mutations in the VHL gene. This research project aims at a comparative molecular and cytopathological analysis of, CTCs isolated from patients with RCC in order to evaluate, through a molecular approach, the diagnostic criteria used for cytopathological identification of CTC. Our study included 29 patients tested by the ISET technique before surgery.The cytopathological analysis was performed using the criteria described by the group of P. Hofman to define CTC (CNHC-MF) and Circulating Atypical Cells "CAC" (UMF-CNHC). Genetic analysis of the VHL gene was successfully performed by sequencing on DNA from 205 individual cells isolated by ISET, on DNA from tumor tissue and on genomic DNA from each patient. Of the 29 tumors studied, 25 were characterized by mutations in the VHL gene. One hundred and sixty-one cells, CTC and CAC, isolated from the blood of the 25 patients, with the tumor having VHL mutation, showed genetic variations in the VHL gene identical to those found in the DNA from the tumor tissue. We found 18 different mutations affecting the three exons of this gene.We found CTC/CAC in 29/30 analyzed patients with CCRC. VHL mutations were found in the tumor of 25 out of the corresponding 29 CCRC tumors. Among 327 microdissected CTC/CAC, we obtained VHL-specific results in 205 including 64 CTC and 141 CAC, according to the cytopathological analysis. VHL mutations were blindly detected in 57/64 CTC and in 125/141 CAC. However, we then observed that the 8 and 16 residual CTC and CAC, respectively, had been isolated from patients without detectable VHL mutations in the tumor tissue. Conclusion: This is the first study comparing genetic and cytopathological diagnosis of CTC/CAC in patients with a solid cancer, CRCC. Our results suggest that broaden cytopathological criteria could be applied to the diagnosis of CTC in patients with CCRC. Although further and larger studies are now needed, this approach opens the way to a genetic approach for the accurate diagnosis of Circulating Tumor Cells.

Le glioblastome (GBM) est la forme de cancer du cerveau la plus courante et la plus meurtrière. Sa nature diffusive entraine une impossibilité d’élimination complète par chirurgie. Une récidive de la tumeur chez ≥ 90% des patients peut être provoqué par des cellules GBM résiduelles se trouvant près du bord de la cavité de résection. Un implant pouvant libérer de manière durable la protéine SDF-1α, qui se lie aux récepteur CXCR4 à la surface des cellules GBM, peut être utile pour induire le recrutement des cellules GBM résiduelles, permettre leur élimination sélective et finalement réduire la récurrence de la tumeur. Dans ce travail, le SDF-1α a été initialement encapsulé dans des nanoparticules à base d'acide poly-lactique-co-glycolique (PLGA). Une efficacité d'encapsulation élevée (76%) a pu être obtenue en utilisant un processus simple de séparation de phase. Les nanoparticules chargées de SDF-1α ont ensuite été incorporées dans un scaffold à base de chitosan par électrofilage pour obtenir des implants nanofibreux imitant la structure de la matrice extracellulaire du cerveau. Une étude de libération in vitro a révélé que l'implant pouvait fournir une libération prolongée de SDF-1α jusqu'à 35 jours, utile pour établir un gradient de concentration de SDF-1α dans le cerveau et induire une attraction des cellules GBM. Une étude de biocompatibilité in vivo à 7 jours a révélé des signes d'inflammation locale sans aucun signe visible de détérioration clinique chez les sujets animaux. Une étude à 100 jours visant à confirmer l'innocuité in vivo des implants avant de passer aux études d'efficacité dans un modèle de résection GBM approprié est actuellement en cours. / Glioblastoma (GBM) is the most common and lethal form of brain cancer. The diffusive nature of GBM means the neoplastic tissue can not be removed completely by surgery. Often, residual GBM cells can be found close to the border of the resection cavity and these cells can multiply to cause tumor recurrence in ≥90% of GBM patients. An implant that can sustainably release chemoattractant molecules called stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α), which bind selectively to CXCR4 receptors on the surface of GBM cells, may be useful for inducing chemotaxis and recruitment of the residual GBM cells. This may then give access to selective killing of the cells and ultimately reduce tumor recurrence. In this work, SDF-1α was initially encapsulated into poly-lactic-coglycolicacid (PLGA)-based nanoparticles. A high encapsulation efficiency (76%) could be achieved using a simple phase separation process. The SDF-1α-loaded nanoparticles were then incorporated into a chitosan-based scaffold by electrospinning to obtain nanofibrous implants that mimic the brain extracellular matrix structure. In vitro release study revealed that the implant could provide sustainedSDF-1α release for 5 weeks. The gradual SDF-1αrelease will be useful for establishing SDF-1α concentration gradients in the brain, which is critical for the chemotaxis of GBM cells. A 7-day in vivo biocompatibility study revealed evidence of inflammation at the implantation site without any visible signs of clinical deterioration in the animal subjects. A long-term study (100 days) aiming to confirm the in vivo safety of the implants before proceeding to efficacy studies in a suitable GBM resection model is currently underway.

La compréhension des interactions entre les nanomatériaux et les entités biologiques est fondamentale pour développer des nanoproduits en oncologie. NBTXR3 (nanoparticule inerte d'oxyde d'hafnium) et protoporphyrine IX (Pp IX) nanotransporteur (nanoparticule de silice encapsulant le Pp IX, le monomère du Photofrin®) sont des nanoproduits, issus des plateformes Nanobiotix, développés pour élargir la fenêtre thérapeutique des traitements du cancer en utilisant des sources d'activation externe de type " on " / " off ". La première partie de ce travail présente l'étude de l'interaction de NBTXR3 avec des cellules tumorales coliques humaines. NBTXR3 pénètre par endocytose et persiste dans le compartiment endolysosomial. Une augmentation significative de la réponse cellulaire à la radiothérapie est démontrée après activation de NBTXR3 par des radiations ionisantes. L'irradiation des cellules traitées par NBTXR3 entraîne des modifications spécifiques de leur morphologie par rapport aux contrôles; elles sont décrites ici. Une deuxième partie présente la synthèse d'un nouvel hybride pour la thérapie photodynamique, le Pp IX nanotransporteur, et étudie son interaction in vitro avec six lignées de cellules tumorales humaines et in vivo dans un modèle de souris nude xénogreffée avec trois types tumoraux. In vitro, le Pp IX nanotransporteur activé à 630 nm est plus efficace que le Pp IX libre. De plus, ce nouvel hybride favorise la biodistribution du Pp IX, avec une cinétique d'accumulation tumorale différente entre les modèles. La compréhension des interactions entre nanoparticules et cellules cancéreuses, apportée par ce travail, contribue à la création de nanothérapies innovantes.

Despite the possible common histopathological features at diagnosis, cancer cells present within breast carcinomas are highly heterogeneous in their molecular signatures. This heterogeneity is responsible for disparate clinical behaviors, treatment responses and long-term outcomes in breast cancer patients. Although the few histopathological markers can partially describe the diversity of cells found in tumor tissue sections, the full molecular characterization of individual cancer cells is currently impossible in routine clinical practice. In this respect, Fourier transform infrared (FTIR) microspectroscopic imaging of histological sections allows obtaining, for each pixel of tissue images, hundreds of independent potential markers, which makes this technique a particularly powerful tool to distinguish cell types and subtypes. As a complement to the conventional clinicopathological evaluation, this spectroscopic approach has the potential to directly reveal molecular descriptors that should allow identifying different clonal lineages found within a single tumor and therefore provide knowledge relevant to diagnosis, prognosis and treatment personalization. Yet, interpretation of infrared (IR) spectra acquired on tissue sections requires a well-established calibration, which is currently missing. Conventionally, mammary epithelial cells are studied in vitro as adherent two-dimensional (2D) monolayers, which lead to the alteration of cell-microenvironmental interplay and consequently to the loss of tissue structure and function. A number of key in vivo-like interactions may be re-established with the use of three-dimensional (3D) laminin-rich extracellular matrix (lrECM)-based culture systems. The aim of this thesis is to investigate by FTIR imaging the influence of the in vitro growth environment (2D culture versus 3D lrECM culture and 3D monoculture versus 3D co-culture with fibroblasts) on a series of thirteen well-characterized human breast cancer cell lines and to determine culture conditions generating spectral phenotypes that are closer to the ones observed in malignant breast tissues. The reference cell lines cultured in a physiologically relevant basement membrane model and having undergone formalin fixation, paraffin embedding (FFPE), a routine treatment used to preserve clinical tissue specimens, could contribute to the construction of a spectral database. The latter could be ultimately employed as a valuable tool to interpret IR spectra of cells present in tumor tissue sections, particularly through the recognition of unique spectral markers.To achieve the goal, we developed and optimized, in a first step, the preparation of samples derived from traditional 2D and 3D lrECM cell cultures in order to preserve their morphological and molecular relevance for FTIR microspectroscopic analysis. We then highlighted the importance of the influence of the growth environment on the cellular phenotype by comparing spectra of 2D- and 3D-cultured breast cancer cell lines between them. A particular focus was placed to establish a correlation between FTIR spectral data and publicly available microarray-based gene expression patterns of the whole series of breast cancer cell lines grown in 2D and 3D lrECM cultures. Our results revealed that, although based on completely different principles, gene expression profiling and FTIR spectroscopy are similarly sensitive to both the cell line identity and the phenotypes induced by cell culture conditions. We also identified by FTIR imaging changes in the chemical content occurring in the microenvironment surrounding cell spheroids grown in 3D lrECM culture model. Finally, we illustrated the impact of the in vivo-like microenvironment on the IR spectra of breast cancer cell lines grown in 3D lrECM co-culture with fibroblasts and compared them with spectra of cell lines grown in 3D lrECM monoculture. Unsupervised statistical data analyses reported that cells grown in 3D co-cultures produce spectral phenotypes similar to the ones observed in FFPE tumor tissue sections from breast carcinoma patients. Altogether, our results suggest that FFPE samples prepared from 3D lrECM cultures of breast cancer cell lines and studied by FTIR microspectroscopic imaging provide reliable information that could be integrated in the setting up of a recognition model aiming to identify and interpret specific spectral signatures of cells present in breast tumor tissue sections. / Le cancer du sein est une maladie très hétérogène, tant au niveau clinique que biologique. Cette hétérogénéité rend impossible la caractérisation moléculaire complète des cellules cancéreuses individuelles dans la pratique clinique courante. Dans ce contexte, l’imagerie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) des coupes tissulaires permet d'obtenir pour chaque pixel d'une image de tissu des centaines de marqueurs potentiels indépendants, ce qui pourrait faire de cette technique un outil particulièrement puissant pour identifier des différents types et sous-types cellulaires. L'interprétation des spectres infrarouges (IR) enregistrés à partir des coupes histologiques nécessite cependant une calibration qui fait actuellement défaut. Cette calibration pourrait être obtenue à partir de lignées cellulaires tumorales bien caractérisées. Traditionnellement, les cellules épithéliales mammaires sont étudiées in vitro sous forme de monocouches adhérentes bidimensionnelles (2D), ce qui conduit à l'altération de la communication entre les cellules et leur environnement et, par conséquent, à la perte de l’architecture et de la fonction du tissu épithélial. Un certain nombre d'interactions physiologiques clés peuvent être rétablies en utilisant des systèmes de culture tridimensionnelle (3D) dans une matrice extracellulaire riche en laminine (lrECM). L'objectif de cette thèse consiste à étudier par imagerie FTIR l'influence du microenvironnement (via une comparaison entre les cultures 2D et 3D lrECM ou les cultures 3D lrECM en présence ou en l’absence de fibroblastes) sur une série de treize lignées de cellules tumorales mammaires humaines bien caractérisées et à déterminer les conditions de culture générant des phénotypes spectraux qui se rapprochent le plus de ceux observés dans les tissus tumoraux. Au cours de ce travail, nous avons mis au point la culture des lignées cellulaires dans un modèle 3D lrECM ainsi qu’une méthodologie de préparation des échantillons offrant la possibilité de les comparer de manière pertinente avec les cellules cancéreuses présentes dans les coupes histologiques. De même, nous avons étudié par imagerie FTIR les effets du microenvironnement sur les lignées de cellules tumorales et inversement. Pour les lignées investiguées, le passage d’une culture 2D à une culture 3D lrECM s’accompagne, en effet, de modifications du spectre IR étroitement corrélées aux modifications du transcriptome. Les marqueurs spectraux indiquent également que l’environnement 3D génère un phénotype cellulaire proche de celui trouvé dans les coupes histologiques. De manière intéressante, cette proximité est d’autant plus renforcée en présence de fibroblastes dans le milieu de culture. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished