Radioimmunothérapie préciblée de la carcinose péritonéale par chimie bioorthogonale

par Aurelie Rondon

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions

Sous la direction de Françoise Degoul et de Isabelle Navarro-Teulon.

Soutenue le 11-12-2018

à Clermont Auvergne , dans le cadre de École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Imagerie Moléculaire et Stratégies Théranostiques (IMoST) (équipe de recherche) et de Imagerie Moléculaire et Stratégies Théranostiques - Clermont Auvergne / IMoST (laboratoire) .

Le jury était composé de Claude Boucheix, Jean-Michel Chezal.

Les rapporteurs étaient Nicolas Joubert, Françoise Kraeber-Bodéré.


  • Résumé

    La radioimmunothérapie (RIT) est une stratégie théranostique associant la spécificité de reconnaissance d’anticorps monoclonaux (AcMs) (ou de formes dérivées) vis-à-vis des antigènes tumoraux et les propriétés des radionucléides (imagerie/thérapie). L’efficacité de la RIT est cependant limitée sur les tumeurs solides à cause de la lente diffusion des AcMs et de leur longue demi-vie plasmatique. Les approches de radioimmunothérapie préciblée (PRIT), qui dissocient l’injection des AcMs de celle des radioligands constituent des alternatives pertinentes envisagées pour diminuer l’hématotoxicité et améliorer l’efficacité thérapeutique de la RIT classique. Nous avons ainsi travaillé sur une stratégie de PRIT utilisant la chimie bioorthogonale par interaction entre un trans-cyclooctène (TCO) et une tétrazine (TZ), à la fois pour l’imagerie et pour la thérapie de la carcinose péritonéale (CP) d’origine colorectale (modèle A431-CEA-Luc/ AcM 35A7). Dans un premier temps nous avons évalué à la fois in vitro et in vivo dans le modèle de CP ainsi que dans un modèle sous-cutané de cancer colorectal (modèle HT29/ AcM Ts29.2) l’effet des modifications apportées aux AcMs. Nous avons ainsi montré que les modifications d’AcMs influencent l’interaction entre les TCO et la TZ, sans pour autant altérer leur immunoréactivité. L’ajout d’espaceurs PEGylés (polyéthylène glycol) entre les AcMs et les TCO induit une diminution significative de l’interaction TCO/TZ. De plus, nous avons montré que les TCO sont sujets à l’isomérisation en cis-cyclooctènes, inactifs vis-à-vis de la TZ, et que la PEGylation aggrave ce phénomène. Ces études ont ainsi montré à la fois que les AcMs-TCO ne contenant pas d’espaceur PEGylé étaient les plus favorables pour le préciblage mais également, qu’il était primordial de contrôler le taux d’isomérisation des TCO avant greffage aux AcMs pour ne pas altérer l’interaction vis-à-vis des TZ. Dans un second temps nous avons effectué avec succès la preuve de concept de l’imagerie SPECT de la CP par préciblage entre l’AcM 35A7-TCO et la TZ-PEG4-DOTA-177Lu (i.e. TZ-1). Un ciblage spécifique des tumeurs péritonéales a ainsi été obtenu, avec un très bon contraste. L’étude de PRIT effectuée avec cette même sonde TZ-1 a cependant échoué à mettre en évidence une amélioration des médianes de survie ou un ralentissement de la croissance tumorale, nous amenant ainsi à reconsidérer la structure de la TZ-1. Trois autres TZ (i.e. TZ-2-4) ont donc été évaluées par la suite, en biodistribution, afin de déterminer la meilleure pour la PRIT de la CP. Ainsi, la TZ-3, qui comporte un espaceur PEGylé plus long que la TZ-1, s’est avérée être la plus favorable dans ce type de stratégie et sera prochainement utilisée pour une nouvelle étude de thérapie. En conclusion, ces travaux de thèse ont permis de démontrer la faisabilité du concept de préciblage par chimie bioorthogonale utilisant l’interaction TCO/TZ pour l’imagerie de tumeurs disséminées dans la cavité péritonéale. Cette stratégie reste néanmoins compliquée à mettre en place du fait de l’instabilité des TCO et des problèmes de réactivité de certaines sondes TZ et nécessite encore de nombreuses optimisations avant de pouvoir envisager une application thérapeutique.

  • Titre traduit

    Peritoneal carcinosis radioimmunotherapy by bioorthogonal chemistry


  • Résumé

    Radioimmunotherapy (RIT) consists to combine the specificity of monoclonal antibodies (mAbs), or mAbs derived structures, towards tumor antigens with the imaging/therapy properties of radionuclides, representing thus a theranostic strategy. RIT efficiency in solid tumors is limited due to both mAbs slow diffusion and long blood clearance. Pretargeted radioimmunotherapy (PRIT) appears as an alternative to circumvent hematotoxicity and improve therapeutic efficacy. We have thus worked on PRIT based on bioorthogonal click chemistry relying on the interaction between trans-cyclooctene (TCO) and tetrazine (TZ). Application of this strategy was made for imaging and therapy of peritoneal carcinomatosis (PC) from colorectal origin (A431-CEA-Luc model/ 35A7 mAb). We have first assessed the influence of mAbs modifications, in vitro and in vivo experiments made on both PC model and subcutaneous colorectal cancer (HT29 model/ Ts29.2 mAb). We thus demonstrated that mAbs modifications influence the interaction between TCO and TZ without decreasing their antigen binding capacities. Indeed, addition of PEGylated (polyethylene glycol) linkers between mAbs and TCO induced a significant decrease of TCO/TZ interaction. In addition, we also demonstrated that TCO moieties undergo severe isomerization to cis-cyclooctene (CCO) moieties which are unreactive towards TZ. Addition of PEG linkers also increased the isomerization rate of TCO to CCO. Our results highlighted that a non PEGylated mAb should represent the best structure for PRIT to avoid isomerization and consequently to control the ratio of CCO before mAbs coupling to maximize TCO/TZ interaction. In disseminated PC, we have made for the first time the proof of concept of SPECT imaging between 35A7-TCO and TZ-PEG4-DOTA-177Lu (i.e. TZ-1). We indeed obtained a specific signal corresponding to PC tumors with a very good contrast. However, a PRIT experiment using TZ-1 did not allow observing neither improvement of median survivals nor tumor growth slow down. Those disappointing results led to reconsider the TZ-1 structure and evaluate three new TZ (i.e. TZ-2-4). The TZ-3, bearing a longer PEG linker than TZ-1, appears as the most appropriate for PRIT studies and will soon be considered for a new therapy experiment. In conclusion, we demonstrated the possibility to do pretargeted imaging of peritoneal disseminated tumors using bioorthogonal click chemistry with TCO/TZ interaction. Nevertheless, this strategy is quite complicated to do due to both TCO isomerization and reactivity of radiolabelled TZ probes. Further optimizations will be mandatory before therapy can be transferred to clinic.


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