Cellules tumorales et leur micro-environnement: développement de modèles 3D in vitro et in vivo pour l'évaluation préclinique de nouveaux nanomédicaments

par Gianpiero Lazzari

Projet de thèse en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Patrick Couvreur et de Simona Mura.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué , en partenariat avec Institut Galien Paris-Sud (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Le cancer du pancréas représente la 4ème cause de mortalité en oncologie. Son mauvais pronostic est dû en partie à l'absence de facteurs de risques très spécifiques, à un diagnostic tardif et à une agressivité naturelle. Actuellement, seule la chimiothérapie palliative à base de gemcitabine est utilisée et la recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques constitue un défi important. Dans ce contexte, la conception de vecteurs (nanomédicaments) capables de contrôler le transport des principes actifs dans l'organisme et d'adresser des molécules anticancéreuses au niveau de la tumeur constitue un atout majeur. La plupart des cancers pancréatiques sont caractérisés par une production importante de matrice extracellulaire qui réduit de manière très importante l'accessibilité des médicaments anticancéreux à la tumeur. Cependant, les modèles utilisés aujourd'hui pour évaluer efficacité anti tumorale de ces nanovecteurs ((culture cellulaires 2D) ne sont pas suffisamment prédictifs car ils ne correspondent pas à la réalité clinique de cette tumeur, caractérisée par une très faible vascularisation et une forte production de matrice extracellulaire (le microenvironnement tumorale) qui s'oppose à la diffusion des médicaments anticancéreux au sein de la tumeur. Dans ce projet, nous proposons le développement d'un modèle de culture cellulaire 3D de carcinome pancréatique, plus proche de la tumeur observée chez l'Homme, capable de reproduire in vitro la relation entre les cellules cancéreuses et leur micro environnement. La construction de ce modèle 3D reposera sur l'assemblage des cellules sous la forme de sphéroïdes multicellulaires et de dispositifs microfluidiques. En tenant compte de la physiologie complexe de la tumeur pancréatique, différentes types de cellules seront utilisées : (i) cellules cancéreuses; (i) fibroblastes/cellules stellaires; et (iii) cellules endothéliales (HUVEC). Ensuite, ce modèle sera utilisé pour le criblage d'une librairie de nanovecteurs à base de différents matériels (dégradables/ non dégradables), de différente taille et/ou forme. Ce modèle 3D va permettre de générer de nouvelles connaissances sur les paramètres physico-chimiques qui jouent un rôle crucial dans: (i) la pénétration des nanoparticules à travers le tissu tumoral et (ii) l'efficacité des traitements résultant d'une meilleure disponibilité des médicaments dans la tumeur. Les nanomédicaments ainsi sélectionnés seront ensuite être testés in vivo dans un modèle orthotopique de carcinome pancréatique humain, établi en utilisant des cellules cancéreuses et des cellules du stroma. Ce modèle va permettre de générer une tumeur pancréatique primaire, dans un environnement tissulaire le plus proche possible de la réalité clinique. La tumeur et l'efficacité des nanomédicaments seront suivies de manière non invasive en utilisant l'imagerie de bioluminescence. Les résultats seront susceptibles d'ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques pour les patients atteints d'un cancer pancréatique localement avancé ou métastatique.

  • Titre traduit

    Shedding lights on cancer cells and their microenvironment: Development of 3D in vitro and in vivo tumor models to shorten the translation of nanomedicines from the bench to the bedside


  • Résumé

    This research project aims to develop valuable in vitro/in vivo models of pancreatic cancer in order to gain a more physiologically understanding of the barriers to nanomedicines and facilitate their bench to bedside translation. Herein attention will focus on 3D culture and on the development of multicellular pancreatic tumor spheroids and innovative microfluidics systems. They will be constructed using tumor cancer cells and cellular components of the tumor microenvironment (i.e., pancreatic stellate cells, fibroblast, endothelial cells). Once validated, this model will be used to investigate a library of various engineered nanomedicines enabling to shed the light on the different parameters which may play a crucial role in nanoparticles tumor accessibility. Attention will focus on chemical composition, size, shape and surface properties. In parallel, an orthotopic animal model of pancreatic cancer will be developed. Aiming to point the attention on both the epithelial tumor component and the microenvironment, cancer and stroma cells (cell dispersion and/or multicellular spheroids)will be injected in the pancreas of mice. These cells will be genetically modified to express the Firefly and the Renilla Luciferase, respectively. Using an in vivo imaging system we will be able to perform dual bioluminescence imaging in order to monitor noninvasively tumor growth and progression. The effectiveness of various treatment schedules using single and/or combined therapies will be monitored by measuring the variation of the emitted light over time.