Cartographie des biomarqueurs au sein de tumeurs mammaires et pulmonaires par spectroscopie-microscopie de fluorescence; vers le développement d'un dispositif pour l'analyse histopathologique in situ extemporanée.

par Alexis Toullec

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Marie-Pierre Fontaine-aupart.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (laboratoire) , Biophysique et Biophotonique (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-04-2015 .


  • Résumé

    Lors d'un processus cancéreux générant le développement de tumeurs solides, plusieurs modifications biologiques se produisent au sein de ces tumeurs :elles sont caractérisées par des propriétés intrinsèques parmi lesquelles, la résistance à la mort cellulaire, la capacité à proliférer de manière soutenue, la capacité d'invasion et de migration, l'induction de la néoangiogénèse (Hanahan and Weinberg, 2011). Ce processus cancéreux s'accompagne également d'une dérégulation du métabolisme cellulaire et de remaniements au sein de la structure des tissus avoisinants (développement d'un microenvironnement tumoral). La spectroscopie de fluorescence, peut s'avérer utile dans l'évaluation de ces changements biologiques et biochimiques. En effet, de nombreuses études menées sur différents tissus ont mis en évidence une modification de l'autofluorescence des cellules cancéreuses (cancer du sein, de l'oesophage, de l'arbre bronchique, du col de l'utérus, des trompes de Fallope, du cerveau ou encore de la bouche)(Ramanujam, 2000) par rapport aux cellules saines. Ces variations de la fluorescence des tissus cancéreux semblent être liées à des niveaux d'expression variables de molécules naturellement fluorescentes (fluorescence endogène), parmi lesquelles, le tryptophane, le collagène, l'élastine, le NADH, les flavines, les lipo-pigments, ou encore les porphyrines (Wagnières et al., 1998) (Ramanujam, 2000). Ces fluorophores possèdent des caractéristiques spectrales spécifiques et peuvent intervenir soit dans la composition des constituants biochimiques des cellules (tryptophane, lipopigments), soit dans la structure des tissus (cas du collagène, ou de l'élastine) ou encore intervenir dans différentes voies du métabolisme cellulaire (NADH, FAD, porphyrines). Mesurer la fluorescence endogène de ces molécules apporte donc des informations sur la biologie des cellules et la morphologie des tissus. Nodea Medical est une jeune société innovante, crée en septembre 2011, qui a pour objectif de fabriquer et de commercialiser un nouvel outil d'aide au diagnostic du cancer : le PROBEA®. Cette technologie utilise la fluorescence pour mesurer en temps réel les spectres d'émission d''autofluorescence des tissus des organes pleins. La mise en place de collaborations avec plusieurs hôpitaux a eu pour objectif d'étudier la fluorescence de lésions mammaires, hépatiques et pulmonaires en contextes bénins et pathologiques. L'étude préclinique des tissus mammaires, a mis en évidence que le dispositif PROBEA® est capable de discriminer ex vivo des nodules tumoraux (n= 47 carcinomes invasifs) de nodules non cancéreux (n=10 fibroadénomes) avec une sensibilité de 100% et une spécificité de 80%. Ces résultats très prometteurs, qui doivent être confirmés par une étude clinique, laissent entrevoir de belles perspectives concernant les indications cliniques qui sont envisagées dans l'aide au diagnostic du cancer du sein. Les résultats préliminaires récoltés ex vivo dans les lésions hépatiques et pulmonaires sont également très encourageants et ces travaux se poursuivent. Pris dans leur ensemble, ces résultats ne permettent pas encore d'identifier précisément les fluorophores endogènes responsables des variations de fluorescence qui ont pu être mesurées dans les différents tissus sains et malins. Nodea Medical ne dispose pas de l'ensemble des technologies nécessaires à la poursuite de ces recherches plus fondamentales. Elle envisage pour se faire la mise en place d'une collaboration scientifique avec l'l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (ISMO, UMR 8214, Université Paris Sud) en la personne du Dr. Marie Pierre FONTAINE AUPART, Directrice de recherche CNRS (ISMO) et propose à Alexis TOULLEC (actuellement en stage de Master 2 chez Nodea Medical).de réaliser une thèse de doctorat financée par un contrat CIFRE pris en charge par l'entreprise. , L'équipe du Dr. Marie Pierre FONTAINE-AUPART, intitulée « Biophysique Biophotonique », consacre ses travaux de recherche à l'étude des mécanismes moléculaires de la fonction et de la régulation des biosystèmes. Leur approche s'appuie sur le développement et l'utilisation de technologies avancées utilisant des sources de photons et diverses méthodes de spectroscopie électronique (absorption, fluorescence) et vibrationnelle. L'équipe dispose de nombreux équipements très performants et novateurs tels que la spectroscopie électronique et vibrationnelle dynamique, la microscopie de fluorescence (microscope confocal, biophotonique, multipoint, TIRF ...), la microscopie à sondes locales à partir d'un microscope AFM, une salle de chimie/biochimie etc, regroupant tout dispositif nécessaire à l'identification des fluorophores responsables des variations de signaux au sein des tissus sains et pathologiques

  • Titre traduit

    Mapping of mammary and pulmonary tumours by fluorescence spectrocopy-microscopy; towards the development of adevice for an in-situ extemporaneous histopathologic analsis.


  • Résumé

    During a cancerous process generating the development of solid tumors, several biological modifications occur within these tumors : they are characterized by intrinsic properties such as, the resistance in cellular death, the capacity to proliferate, the capacity of invasion and migration, the induction of the neoangiogenesis (Hanahan and Weinberg, 2011). This cancerous process also comes along with a deregulation of the cellular metabolism and with reorganizations within the structure of neighbouring tissues (development of a tumoral microenvironment). The fluorescence spectroscopy, can be useful in the evaluation of these biological and biochemical changes. Indeed, numerous studies led on various tissues highlighted a modification of the autofluorescence of cancer cells (breast cancer, oesophagus, bronchial tree, cervix, brain) (Ramanujam, 2000) compared to the healthy tissues. These variations of fluorescence of cancerous tissues seem to be liked to variable levels of expression of naturally fluorescent molecules ( endogenous fluorescence), like tryptophane, collagen, elastin, NADH, flavines, lipo-pigments, or porphyrines (Wagnières and al ., on 1998) (Ramanujam, on 2000). This fluorophores possesses specific spectral characteristics and can intervene either in the composition of the biochemical constituents of cells (tryptophane, lipopigments), or in the structure of tissues (collagen, or elastin) or still intervene in various ways of the cellular metabolism (NADH, FAD, porphyrines). To measure the endogenous fluorescence of these molecules can bring us informations on the biology of cells and morphology of tissue. Nodea Medical is a young innovative company, creates in September 2011, which has for objective to make and to market a new tool for the diagnosis of cancer: the PROBEA ®. This technology uses fluorescence to measure in real time emission spectra of tissues in full organs. Collaborations with several hospitals had for objective to study the fluorescence of mammary, hepatic and lung lesions in healthy and pathological contexts. The breast preclinical study highlighted that PROBEA ® is able to discriminate tumoral nodules (n = 44 invasive carcinomas) from non cancerous nodules (n=20 fibroadenomas) with a 100 % sensibility and a 85 % specificity. These very promising results, which must be confirmed by a clinical trial, let expect perspectives concerning the clinical indications which are envisaged in the diagnosis of breast cancer. The preliminary results in hepatic and lung lesions are also very encouraging. These results do not allow to identify exactly endogenous fluorophores responsible for variations of fluorescence which were able to be measured in various healthy and malignant tissues. Nodea Medical has not all the technologies in pursuit of these fundamental researches. NM envisages the implementation of a scientific collaboration with the Institute of the Molecular Sciences of Orsay (ISMO, UMR 8214, Université Paris-Sud) in the person of Dr Marie Pierre FONTAINE AUPART, Study leader CNRS ( ISMO(NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH ( ISMO)) and suggests to Alexis TOULLEC to realize a doctoral thesis financed by a CIFRE contract. The team of Dr Marie Pierre FONTAINE-AUPART, entitled "Biophysique Biophotonique", dedicates its research to the study of the molecular mechanisms of the function and regulation of biosystems. Their approach leans on the development and the use of advanced technologies using sources of photons and diverse methods of electronic spectroscopy. The team has numerous very successful and innovative equipments allowing the identification of endogenous fluorophores responsible for variations in autofluorescences signals.