Optimisation de la distribution des chimiothérapies pour contourner la résistance liée au microenvironnement tumoral

par Olivier Trédan (Tredan)

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Charles Dumontet.

Le président du jury était Ian F. Tannock.

Le jury était composé de Sylvie Négrier, Thomas Bachelot.

Les rapporteurs étaient Jacques Pouysségur, Jacques Robert.


  • Résumé

    Il existe une littérature abondante sur les mécanismes cellulaires de résistance à la chimiothérapie, décrivant notamment les pompes d’efflux, les modifications des cibles (comme les topoisomérases) ou les altérations de l’apoptose. Peu de publications s’intéressent aux mécanismes de chimiorésistance liée au microenvironnement tumoral. Les agents anticancéreux doivent traverser l’interstitium tumoral pour atteindre toutes les cellules (dont les cellules hypoxiques éloignées des vaisseaux sanguins) à des concentrations suffisantes pour être létales. Les modèles de culture cellulaire en couches multiples ont permis de montrer la faible pénétration des molécules de chimiothérapie. Les techniques d’immunohistochimie permettent une mesure quantitative de la distribution de ces molécules à partir des vaisseaux sanguins. Nous avons évalué la pénétration de plusieurs inhibiteurs de topoisomérases : topotécan, doxorubicine, mitoxantrone et banoxantrone. Nous avons comparé la distribution de ces molécules à travers des tissus sains et des tissus tumoraux, démontrant la pénétration limitée des molécules de chimiothérapie dans les tumeurs. Par contre, nous avons montré que la banoxantrone pénètre rapidement et de façon uniforme. Cette pro-drogue est convertit en AQ4 (un inhibiteur de topoisomérase II ressemblant à la mitoxantrone) en condition d’hypoxie. La mitoxantrone cible les cellules bien oxygénées et AQ4 cible les cellules hypoxiques. Cette combinaison de traitement aboutit à une distribution intratumorale complémentaire et à une amélioration de l’activité antitumorale. Ainsi, optimiser la pénétration des chimiothérapies et/ou cibler spécifiquement les cellules hypoxiques peut contourner la chimiorésistance liée au microenvironnement tumoral.

  • Titre traduit

    Optimization of drug distribution to overcome the chemoresistance due to the tumour microenvironment


  • Résumé

    There is a vast literature about mechanisms that lead to drug resistance of individual cancer cells, including drug export pumps, changes in expression of targets (such as topoisomerases) or alterations in apoptosis. A smaller number of publications has drawn attention to causes of drug resistance that depend on the solid tumour microenvironment. Drugs must penetrate the extra-vascular space to reach all of the cancer cells (including cells far from blood vessels in hypoxic condition) in sufficient concentration to cause lethal toxicity. Model systems such as multilayered cell cultures provide direct evidence of poor drug penetration through tumour tissue. In vivo techniques using quantitative immunohistochemistry allow studying drug distribution as a function of distance from the nearest blood vessel. We have evaluated the penetration of several topoisomerase inhibitors: topotecan, doxorubicine, mitoxantrone and banoxantrone (AQ4N). We have compared the distribution of these drugs through normal and tumour tissue, demonstrating the limited perivascular distribution of conventional chemotherapies in tumour. We have also showed the rapid and uniform penetration of banoxantrone. This pro-drug is reduced to AQ4 (a topoisomérase II inhibitor of similar structure to mitoxantrone) under hypoxic condition. The targeting of mitoxantrone to oxygenated regions and AQ4 to hypoxic tumour regions resulted in effective drug exposure over the entire tumour and increased tumour growth delay compared with either drug alone. Improving drug penetration and/or targeting hypoxic tumour cells may overcome chemoresistance due to the tumour microenvironment.

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