La cystectomie radicale est le traitement de référence pour les cancers de la vessie infiltrant le muscle. Cette chirurgie entraine un taux élevé de complications et diminue la qualité de vie des patients à court et à long terme. Une revue de la littérature a d’abord été effectuée afin d’identifier les facteurs de l’état nutritionnel associés au risque de complications et de mortalité après la cystectomie radicale. L’hypoalbuminémie a été identifiée comme un prédicteur potentiel de la mortalité post-opératoire. Une étude de cohorte a ensuite été menée afin d’identifier des facteurs de l’état nutritionnel associés au risque de développer des complications après cette chirurgie. Un indice de masse corporelle élevé, une baisse de l’appétit, une perte de poids, une hypo-albuminémie et une hypo-préalbuminémie avant l’opération sont les facteurs qui ont été associés au développement de complications post-opératoires. Des analyses et des études supplémentaires doivent être menées dans l’optique développer des interventions qui pourraient diminuer le risque de complications après la cystectomie radicale. / Radical cystectomy is the reference treatment for muscle invasive bladder cancer. This surgery is associated with a high complication rate and has an important impact on patients’ quality of life. Nutritional status influences outcomes of diseases and surgeries, but few nutritional factors have been associated with complications or mortality after radical cystectomy. We conducted a systematic review to identify factors of the nutritional status associated with the development of complications or mortality after the surgery. This review has shown that hypoalbuminemia seems to be associated with a higher risk of death after the surgery. We conducted a cohort study to identify factors of nutritional status prospectively assessed that predict complications after radical cystectomy, using a standardized reporting method of complications and optimized regression models. Preoperative high body mass index, decreased appetite, weight loss, hypoalbuminemia and hypo-prealbuminemia were associated with complications after RC in this cohort study. Clinical trials are needed to assess surgery issues of preoperative nutritional interventions.

L'instillation intravésicale de bacilles de Calmette et Guérin (BCG) comme traitement adjuvant du cancer de la vessie non invasif du muscle est l'un des seuls exemples de réussite d'une immunothérapie à la clinique, avec des taux de réponse de 50-70 %. S'il est établi que le succès de la thérapie repose sur des injections répétées de BCG vivant, administré peu après la résection chirurgicale de la tumeur, ses mécanismes d'action n'ont pas été définis précisément. Au cours de ma thèse, j'ai établi un modèle expérimental de souris pour étudier la dynamique de la réponse immune induite par l'administration intravésicale de BCG. Au vu d'un certain nombre de travaux chez l'homme, j'ai concentré mon attention sur l'établissement du processus inflammatoire aigu, ainsi que sur l'activation et le recrutement des lymphocytes T. Je démontre qu'une seule instillation de BCG est suffisante pour induire la dissémination du BCG dans les ganglions lymphatiques drainant la vessie et l'activation de lymphocytes T produisant de l'interféron gamma. Cependant, des instillations répétées de BCG vivant sont nécessaires pour obtenir une robuste infiltration de lymphocytes T dans la vessie. Toutefois, je montre qu'une immunisation préalable des souris par voie sous-cutanée conduit à un processus inflammatoire aigu accentué dès la première instillation et accélère le recrutement des lymphocytes T dans la vessie, par rapport au protocole standard. En outre, l'immunisation préalable des souris par voie sous-cutanée améliore de façon substantielle leur réponse à la BCG-thérapie, dans un modèle d'implantation orthotopique de cellules tumorales. Enfin, l'analyse de données cliniques révèle un avantage statistiquement significatif pour les patients qui ont la signature d'une réponse immune au BCG préalablement à la thérapie intravésicale. Par ailleurs, utilisant des données cliniques et expérimentales, j'ai contribué à la construction et au paramétrage d'un modèle mathématique stochastique décrivant les interactions entre le BCG, le système immunitaire, la vessie et les cellules tumorales. Nous avons tout d'abord montré qu'il était très improbable que l'extinction tumorale puisse être médiée seulement par l'immunité innée, car cela exigerait une capacité de tuer par effet bystander bien plus élevée que celle observée expérimentalement chez les cellules effectrices de l'immunité innée. Nous avons ensuite raffiné notre modèle pour qu'il prenne aussi en compte l'immunité adaptative. Nous avons alors utilisé ce deuxième modèle pour évaluer les paramètres cliniques optimaux pour la BCG thérapie, et parmi eux (i) le délai entre la résection chirurgicale et la première instillation, (ii) la dose de BCG, (iii) le temps de contact du BCG avec la vessie et (iv) l'intervalle de temps entre deux injections répétées de BCG. Tous ces paramètres ont un impact sur la probabilité d'extinction tumorale, et, notablement, la multiplication par deux du délai entre deux instillations améliorerait très favorablement le taux de réponse au traitement. L'ensemble de ces données contribue à éclairer sous un jour nouveau une immunothérapie utilisée en clinique depuis longtemps et prédit des stratégies qui pourraient contribuer à améliorer le soin des patients. Notamment, je suggère que la pratique d'un test tuberculinique sur les patients préalablement à la thérapie intravésicale, suivie de l'immunisation parentérale par le BCG des patients négatifs pour le test, pourrait être une méthode sûre et efficace pour améliorer la réponse clinique induite par les instillations intravésicales de BCG.

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Ce travail de thèse est centré sur l'établissement de modèles prédictifs de toxicité radio-induite et sur l’étude de leur intérêt en cas de radiothérapie par modulation d’intensité. Six modèles NTCP ont été implémentés et leur paramètres identifiés pour la prédiction des toxicités rectale et vésicale tardives dans le cancer de la prostate. Leur capacité prédictive a été démontrée pour les deux organes. Par ailleurs, le modèle LKB a été utilisé pour la prédiction de l’œsophagite aiguë en cas de radiothérapie du cancer bronchique non à petites cellules. Ensuite, le bénéfice tiré de l’incorporation du paramètre de dose équivalent uniforme (EUD) pour la planification inverse de la radiothérapie par modulation d’intensité (IMRT) a été évalué. L’évaluation de cette approche a montré une baisse significative de la dose dans les parois vésicale et rectale. L’incorporation de plusieurs modèles biologiques dans le processus d’optimisation de l’IMRT a aussi été réalisée. Des fonctions objectif ont été établies pour les différents facteurs biologiques comme le NTCP, l’EUD et le TCP. Les résultats dosimétriques obtenus montrent la supériorité de l’optimisation basée sur des facteurs biologiques sur celle reposant uniquement sur des facteurs physiques. Enfin, les modèles NTCP classiques ont été améliorés en intégrant un paramètre radiobiologique supplémentaire, le rapport α/β. Ce rapport α/β a été identifié pour différents types de toxicité. Avec ce nouveau paramètre, les modèles NTCP peuvent finalement être étendus à des patients traités suivant différents fractionnements, les traitements hypofractionnés étant de plus en plus utilisés. / This thesis is focused on the predictive models of irradiation induced toxicities in intensity modulated radiotherapy. Six different NTCP models were implemented and their parameters were identified at predicting late rectal and bladder toxicities in prostate cancer. Their predictive skills have been demonstrated on both organs. Second, LKB model was used to predict the irradiation induced acute esophagitis after nun-small-cell lung cancer. Then, the benefit of using EUD in prostate cancer IMRT inverse planning was evaluated. The evaluation of the proposed approach proved that the use of EUD significantly decreased both the dose in the bladder and rectum walls. Then, the incorporation of different biological models in IMRT optimization process has been realized. Objective functions were established for different biological factors like NTCP, EUD and TCP. Obtained results show the superiority of the optimization based on biological factors over the optimization relying only on physical factors. Finally, classical NTCP models were corrected to deal with another radiobiological parameter, the α/β ratio. With this additional factor, NTCP models can be extended to predict toxicity for patients with different dose fractionation, these kinds of treatments being more and more clinically used.

Ce travail de recherche s’inscrit dans un axe de diagnostic du cancer via le développement d’une méthode optique pour la caractérisation fonctionnelle de tissus. La technique de gap-FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) permet l’étude quantitative de la fonctionnalité des jonctions gap. La majorité des cellules néoplasiques se caractérisent par une modification du niveau d’expression et/ou de la fonctionnalité des jonctions gap par comparaison à leurs homologues saines. Particulièrement utilisée in vitro, la technique de gap-FRAP restait cependant anecdotique ex vivo. Nous avons validé la faisabilité du transfert de cette méthode sur tissus et organes ex vivo. A partir de cellules de statuts différents en expression et en distribution des connexines, nous avons caractérisé la calcéine-AM comme étant une sonde fluorescente adaptée pour des mesures sur tissus. Puis nous avons développé un modèle d’ingénierie systéme pour l’analyse comparative des données de recouvrement de fluorescence sur des modèles bi et tridimensionnels. Nous avons transposé ces conditions préalablement définies sur organe entier ex vivo : la vessie de rat. Un marquage multiple a été optimisé avec une sonde fluorescente pour le tracking des cellules cancéreuses dans la vessie ex vivo, un marqueur pour l’identification histologique de l’urothélium et la calcéine-AM pour mesurer la CIGJ. Le gap-FRAP a été utilisé pour la première fois pour différencier le degré de communication intercellulaire gap jonctionnelle entre le tissu sain et néoplasique sur un organe entier ex vivo, ouvrant des perspectives pour le diagnostic du cancer de la vessie corrélé à la modification de la CIGJ. / Optical methods to characterize tissues for tumor detection are an area of diagnosis research. Gap-FRAP (Fluorescence recovery after photobleaching) technique is used to estimate gap junctions functionality. The majority of malignant cells are characterized by a modification of the number and functionality of gap junctions, compared to their healthy counterparts. Particularly used in vitro, we optimized the use of gap-FRAP technique for a potential transfer on tissues and organs ex vivo. We resolved using cell lines with a different connexin expression and distribution pattern, the choice of a fluorescent dye for further in vivo measurements: calcein-AM. The following stage consisted in developing a system engineering model for the comparative analysis of the fluorescence recovery data for bi-dimensional and three-dimensional (spheroid) models. The conditions previously defined have been transposed in entire organ, bladder rat. Multi-color staining was applied using a fluorescent dye to track to tumors cells in bladder ex vivo, a fluorescent marker to distinguish cellular details of the entire urothelium, and calcein-AM to assess GJIC. Gap-FRAP was used for the first time to differentiate intercellular communication degree between healthy and tumor tissue in entire organ ex vivo opening perspectives for the diagnosis of the bladder cancer correlated to feature modifications of GJIC.

La sensibilité vésicale est un pré-Requis au contrôle normal de la vessie. Les objectifs de cette thèse après une analyse de la littérature étaient d'étudier les outils d'évaluation de la sensibilité de la vessie et les possibles facteurs influençant les sensations vésicales. Une première étude démontre l'effet de sensibilisation de l'eau froide pendant une cystomanométrie sur la sensation de besoin d'uriner et les interactions entre les voies afférentes du besoin d'uriner et thermique. Une seconde étude a montré l'effet d'un remplissage rapide lors d'une cystomanométrie sur la sensation de besoin avec un besoin d'uriner retardé. Une troisième étude a mis en évidence chez un certain nombre de patients l'influence de la suggestion verbale sur les sensations vésicales. L'apport des séquences de diffusion en IRM pelvienne pour distinguer le syndrome douloureux vésical chronique /cystite interstitielle d'autres syndromes douloureux pelvi-Périnéaux a été étudié. La validation psychométrique d'un questionnaire sur les circonstances de déclenchement des urgenturies a été commencée. Un protocole de remplissage vésical physiologique a également été développé permettant d'étudier les interactions entre la sensation de besoin d'uriner et les performances attentionnelles. Les deux dernières études ont porté sur l'effet de certains stimuli environnementaux sur les sensations vésicales chez des sujets atteints de syndrome clinique d'hyperactivité vésical et des volontaires sains. Ce travail a permis de souligner certains facteurs pouvant influencer la sensibilité vésicale et de développer des outils prometteurs pour son évaluation. / Urinary bladder sensation is a pre-Requisite of a normal bladder control. Understanding the physiological mechanisms leading to bladder sensation generation and transmission to a conscious perception which can lead to a socially acceptable void is fundamental. The aims of this thesis after a comprehensive literature analysis were to study bladder sensation evaluation tools and possible influencing factors. A first study demonstrate the sensitization effect of cold water during cystometry on bladder need to void and the interaction between need to void and thermic afferent pathways. A second study showed the effect of a high filling rate on bladder sensation during a cystometry with a delayed need to void. A third study brought out the influence of verbal suggestion of bladder filling on bladder sensation in a number of patients. The sensibility and specificity of diffusion weighted MRI sequences to detect bladder pain syndrome / interstitial cystitis among pelvic pain was underlined in a fourth study. Then the first steps of the psychometric validation of a new questionnaire about circumstances triggering urinary urgency were developed. A water loading protocol was also developed to study the influence of possible factors on bladder sensation. This protocol allowed studying the interactions between bladder sensation and attentional performances. The two last studies studied the effect of classical environmental urgency triggers on bladder sensation in overactive bladder patients and healthy volunteers. In conclusion this work permitted to underline some possible influencing factors of bladder sensation and to develop new promising tools for bladder sensation evaluation.

L’exagération de l’activité contractile spontanée (ACS) et les tumeurs de vessie (TV) sont des modifications morphologiques vésicales observées à moyen et long terme chez les patients ayant une hyperactivité détrusorienne neurogène. Cependant la carcinogénèse vésicale chez les patients neurologiques n’a jamais été étudiée à ce jour et la signification de l’ACS est non élucidée. Nos buts étaient d’étudier la carcinogénèse des vessies neurologiques (en particulier le rôle de l’inflammation chronique) et d’étudier les mécanismes de l’ACS.Nous rapportons que l’expression immunohistochimique de Foxp3 est caractéristique des patients neurologiques ayant une TV agressive de différenciation épidermoïde. Ainsi Foxp3 pourrait être une cible pour le développement d’immunothérapies anti-tumorales. Par une étude en bains d’organes sur des fragments de vessies fraîches issus de patients ayant une hyperactivité détrusorienne neurogène réfractaire, nous observons que l’ACS vésicale in vitro est corrélée à l'âge et la présence de muqueuse vésicale. La modulation pharmacologique de la communication intercellulaire médiée par les connexines 40, 43 et 45 n’inhibe pas l’ACS. La traduction clinique de ces résultats préliminaires est encore difficile. Cependant la compréhension de la signification de l’ACS pourrait identifier de nouvelles voies thérapeutiques pour l’hyperactivité détrusorienne neurogène. Nos résultats ne peuvent pas être argumentés par la littérature encore pauvre à ce sujet. Ce programme de recherche innovant sur les modifications morphologiques à moyen et long terme des vessies neurologiques est poursuivi grâce à une collaboration nationale et à la transversalité des domaines d’expertises des chercheurs impliqués. / Increased spontaneous contractile activity (SCA) and bladder cancer are medium and long-term morphological changes of the bladder observed in patients with neurogenic detrusor overactivity. However, urothelial carcinogenesis in neurological patients has never been studied and the signification of ACS remains unknown. Our objectives were to study the bladder carcinogenesis in neurological patients (in particular the role of chronic inflammation), and the mechanisms of SCA in neurogenic bladders. We report that Foxp3 expression appears to be a characteristic of neurological patients presenting with aggressive bladder cancer and squamous cell differentiation. Thus, targeting Foxp3 may represent an interesting strategy to improve anti-tumor immunotherapy for bladder cancer. By conducting organ bath studies on bladder strips from patients with refractory neurogenic detrusor overactivity, we observe that the in vitro SCA may be modulated by age and the presence of mucosa. The pharmacological modulation of intercellular communication, targeting connexins 40, 43 and 45, cannot inhibit the SCA of neurogenic bladder strips. These results are still difficult to translate into clinical practice. However, understanding the origin of bladder SCA could help identify new therapeutic strategies for detrusor overactivity. Our results are still preliminary and cannot be supported by the literature due to paucity of data. This research program on medium and long-term morphological changes of human neurogenic bladders is pursued through a national collaboration and cross-disciplinary areas of expertise of the researchers involved.

Ce travail de recherche s'inscrit dans un axe de diagnostic du cancer via le développement d'une méthode optique pour la caractérisation fonctionnelle de tissus. La technique de gap- FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) permet l'étude quantitative de la fonctionnalité des jonctions gap. La majorité des cellules néoplasiques se caractérisent par une modification du niveau d'expression et/ou de la fonctionnalité des jonctions gap par comparaison à leurs homologues saines. La technique de gap-FRAP permet en conséquence de discriminer les cellules cancéreuses en fonction de la communication intercellulaire gap jonctionnelle (CIGJ). Particulièrement utilisée in vitro, cette technique restait cependant anecdotique ex vivo. Nous avons validé la faisabilité du transfert de cette méthode sur tissus et organes ex vivo. A partir de cellules de statuts différents en expression et en distribution des connexines, nous avons caractérisé la calcéine-AM comme étant une sonde fluorescente adaptée pour des mesures sur tissus. Puis nous avons développé un modèle d'ingénierie systéme pour l'analyse comparative des données de recouvrement de fluorescence sur des modèles bi et tridimensionnels. Nous avons transposé ces conditions préalablement définies sur organe entier ex vivo : la vessie de rat. Un marquage multiple a été optimisé avec une sonde fluorescente pour le tracking des cellules cancéreuses dans la vessie ex vivo, un marqueur pour l'identification histologique de l'urothélium et la calcéine-AM pour mesurer la CIGJ. Le gap-FRAP a été utilisé pour la première fois pour différencier le degré de communication intercellulaire gap jonctionnelle entre le tissu sain et néoplasique sur un organe entier ex vivo, ouvrant des perspectives pour le diagnostic du cancer de la vessie corrélé à la modification de la CIGJ.

Thèse de doctorat : Chimie et physico-chimie des polymères : Paris 12 : 2005. / Version électronique uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 281 réf.

Le cancer est une maladie multifactorielle définie par un développement rapide de cellules anormales. Les cellules malignes acquièrent des avantages compétitifs qui permettent une croissance et prolifération anormales, grâce à un large spectre de changements génétiques et épigénétiques conduisant à des changements majeurs dans les profils de transcriptome et protéome et ainsi des modifications dans des voies de signalisation, le trafic intracellulaire et le métabolisme. Des nombreuses voies cellulaires ont été étudiées dans le contexte du cancer, y compris la signalisation, la migration, la perte de la polarité cellulaire apico-basale et l'adhésion cellulaire, cependant très peu est connu sur les altérations au niveau des organelles. Cette thèse a comme objectif d'identifier des altérations dans les compartiments intracellulaires et d'étudier leurs corrélations avec la progression du cancer. Dans la culture cellulaire classique, l'étude systématique de l'organisation du positionnement relatif des organelles est difficile en raison des fortes hétérogénéités morphologiques des cellules. Pour contourner ce problème, nous avons utilisé l’innovante technique des micro-patrons combinée à des cartes de densité des organelles. Après une analyse systématique de différentes lignées cellulaires représentant différents grades du cancer de la vessie, nous avons identifié des changements dans le positionnement de plusieurs organelles. Le changement de position le plus important a été observé pour les lysosomes, dont la distribution était plus périphérique dans les cellules représentant des grades plus avancées du cancer de la vessie. Ceci suggère que le positionnement des lysosomes pourrait être potentiellement important dans la progression du cancer. Par conséquent, nous avons cherché à caractériser l'impact de l’altération des lysosomes sur le comportement des cellules transformées. Nous avons constaté que les changements dans le positionnement des lysosomes jouent un rôle dans l'invasion des cellules cancéreuses de la vessie. En effet, le transport antérograde des lysosomes est en corrélation avec l’invasion 3D, contrairement au transport rétrograde qui corrèle avec une diminution de l’invasion cellulaire. Enfin, nous avons étudié les mécanismes moléculaires par lesquels les altérations du lysosome ont un impact sur l'invasion cellulaire. / Cancer is a multifactorial disease defined by a rapid development of abnormal cells. Malignant cells acquire competitive advantages for growth and proliferation through a big spectrum of genetic and epigenetic changes leading to major changes in the transcriptome and proteome profiles and thus to alterations in multiple signaling pathways, intracellular trafficking and metabolism. Although many cellular pathways have been studied in the context of cancer, including signaling, migration, loss of apical-basal cell-polarity and cell adhesion, little is known about cancer-related alterations on the sub-cellular, organelle level. This PhD thesis aimed to identify alterations in intracellular compartments and to study how these changes correlate with cancer progression. In classical culture, the systematic study on the organization and relative positioning of organelles is challenging because of the strong morphological cell-to-cell variations. To overcome this problem, we used innovative micro-patterning technique in combination with quantitative, probabilistic mapping of cell organelles. Using a systematic analysis of different cell lines representing different stages of bladder cancer, we identified several changes in the positioning of organelles. The most striking phenotype was revealed by lysosomes, whose distribution was more peripheral in cells representing higher grades of bladder cancer. This suggested that lysosome positioning could be potentially relevant in cancer progression. Therefore, we aimed to characterize the impact of lysosome alteration on cell behavior in transformed cells. We found that changes in lysosome positioning played a role on bladder cancer cell invasion. Indeed, anterograde transport of lysosomes correlate with 3D invasion behavior, contrary to retrograde transport that correlated with decreased cell invasion. Finally, we studied about the molecular mechanisms by which lysosome alterations impact cell invasion.