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SYMPOSIUM

Les xénogreffes de cancer de l’Homme : l’opportunité de modéliser la maladie cancéreuse de l’Homme et son traitement

Organisé par M-F POUPON (Paris) sous l’égide du comité d’interface INSERM — Anatomie Pathologique

Les xénogreffes de cancers humains — L’opportunité de modéliser la maladie cancéreuse de l’Homme et son traitement

POUPON M-F

U612 INSERM, Institut Curie, 26 rue d’Ulm, 75231 Paris cedex 05.

La prise de greffe de tissu entre espèces animales estimpossible, cette barrière est liée au rejet par le systèmeimmunitaire. La découverte de souris génétiquementimmunodéficientes a ouvert la voie à la transplantationde tissu cancéreux humain sur animal. Ces cancers trans-plantés, ou xénogreffes, permettent par passage de sourisà souris de prolonger leur vie indéfiniment en mainte-nant leurs caractéristiques génétiques et métaboliques,de pouvoir les étudier, de reproduire leur progression, etd’évaluer le potentiel thérapeutique de nouveaux traite-ments. C’est à cet objectif pharmacologique que répondl’établissement de xénogreffes de cancer. Des résultatsobtenus dans ce domaine par notre laboratoire sont citésen référence [1-11].

Les processus de découverte de nouveaux médica-ments anticancéreux font appel à des rationnels biolo-giques (partant de la présence de cibles biologiquesdans les cellules cancéreuses) ou chimiques (partant destructures de produits efficaces), et le plus souventd’une stratégie aléatoire. Le point clé est la mise aupoint du test fonctionnel et son potentiel prédictif. Cesmolécules sont alors testées pour leur innocuité sur descellules normales et leur efficacité cytotoxique ou anti-proliférative sur des cellules tumorales, les unes et lesautres cultivées en milieu liquide.

Les agents sélectionnés sont ensuite analysés pour leurefficacité in vivo, sur des tumeurs de souris à croissancerapide et sur des tumeurs humaines induites par injectionde cellules tumorales sur souris immunodéprimées. Cetteétape sélectionne des agents à potentiel thérapeutique.L’analyse toxicologique sur différentes espèces animalespermet d’écarter les agents délétères et de définir les do-ses toxiques. L’évaluation du potentiel mutagène est réa-lisée. La pharmacie galénique permet une mise en formede l’agent pharmacologique en vue d’une utilisation clini-que. Le pas à franchir est alors de passer du laboratoire àl’utilisation clinique de l’agent pharmacologique.

Lorsque l’agent pharmacologique a franchi avecsuccès cette étape, il entre dans des phases d’utilisationclinique visant à définir :

• les types de maladies cancéreuses où il sera actif ;

• les protocoles d’administration les plus efficaces etles mieux tolérés ;

• les combinaisons d’agents avec lequel il peut êtreassocié.

Pour répondre à ces trois grandes questions desessais thérapeutiques cliniques randomisés sont mis enplace. Avant de pouvoir apporter des réponses fon-dées, il faut accumuler une masse considérable de ré-sultats issus d’essais coûteux au cours d’années d’effort.Ces résultats sont le fruit d’essais qui incluent de trèsnombreux patients, et dont seule une partie bénéficie.

Ethiquement et économiquement, des efforts doiventêtre entrepris pour alléger ces étapes de recherche cli-nique par la mise en oeuvre d’essais précliniques adap-tés. Ceux-ci peuvent être conduits sur des cancers hu-mains maintenus sur animal immunodéficient, validéspour leur caractère représentatif des maladies cancé-reuses ciblées (figure 1).

L’utilisation de xénogreffes de cancer peut permettrede définir les types de maladies ciblées par les nou-veaux agents. Ces choix sont actuellement basés surl’efficacité de molécules proches (exemples, cisplatineet carboplatine, vincristine et vinblastine), la présenceconnue de cibles biologiques (Her1, Her2, PTEN, p53).Mais l’expérience clinique accumulée montre que mêmedes molécules proches ont des efficacités différentes,non seulement quantitatives (doses efficaces) mais aus-si qualitatives (types de cancers sensibles ou résistants).La mise sur le marché de molécules de mécanismesd’action nouveaux renforce la nécessité d’un criblagepréclinique sur des variétés histologiques de cancer.

L’utilisation de xénogreffes permet de suivre in vivopas à pas les effets sur la biologie de la tumeur ; effet surle cycle cellulaire, l’apoptose et la modification d’expres-sion de gènes impliqués dans la réponse ou l’absence deréponse aux médicaments, en fonction de différents pro-tocoles d’administration ou de doses. Les combinaisonsde chimiothérapies sont très largement prescrites en can-cérologie, car elles ont démontré leur supériorité sur lesmonothérapies. Un nouveau produit antitumoral estdonc susceptible d’être associé à d’autres afin d’augmen-ter son efficacité. Il reste à définir à quelles molécules la

Lundi 20 novembre 2006 14 h 30 - 16 h 30 (salle 101)

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rapprocher car si une association peut être synergique,elle peut être antagoniste ou toxique. Des tests préclini-ques menés sur xénogreffes peuvent être menés pourtester un large panel de médicaments et rechercher lescombinaisons les plus efficaces.

Xénogreffes tumorales humaines : questions techniques et prise de greffe

Les xénogreffes sont obtenues par greffe de frag-ments de tumeur, obtenus le plus souvent au décoursde l’acte chirurgical, c’est un déchet opératoire. Dé-marche éthique, elle est complétée par le consentementdu patient, informé des recherches qui seront menéesgrâce à ce don de matériel tumoral. Les greffes sont im-médiatement codées, selon une procédure qui protègel’identité du patient (tableau I).

La prise de greffe peut dépendre de l’hôte murin. Lessouris nude ont été les premiers animaux immunodéfi-cients permettant la prise de tumeur xénogénique.L’agénésie constitutive du thymus entraîne l’absencede maturation des lymphocytes T, nécessaire au rejetde tumeur. D’autres souches murines ont des caracté-ristiques voisines (souris SCID, rag et rats nude). Cer-taines tumeurs telles que les lymphomes ne prennent passur nude, mais sur SCID, pour des raisons inconnues.

Xénogreffes tumorales humaines : structure des tumeurs locales, invasion et métastases

Seules les cellules cancéreuses sont transplantables, iln’y a pas d’exemple de survie prolongée et de croissancede cellules normales. Les tumeurs transplantées sontcomposées de cellules tumorales humaines, leur stromaest murin, il est constitué de fibroblastes et de vaisseaux(cellules endothéliales). Les tumeurs sont entouréesd’une pseudo-capsule lâche souvent envahie de cellulestumorales (figure 2). Les métastases macroscopiquessont rares, même lorsque la xénogreffe dérive de métas-tase ou de tumeur métastatique, ceci pour des raisonsencore inconnues. L’une d’entre elles est la croissancede la tumeur primitive, lorsque le volume oblige au sa-crifice éthique de l’hôte. Des métastases microscopiquespeuvent être visibles en histologie (figure 3).

Xénogreffes versus échantillons cliniques, comparaisons

L’histologie des xénogreffes montre des variationsmineures de l’aspect des tumeurs. La composante stro-male de la tumeur peut être réduite dans la xénogreffe.La différenciation des tumeurs reste similaire, mêmeaprès de nombreuses transplantations chez l’animal.Les caractères cytogénétiques sont similaires, ils sontétudiés par CGH array. La transplantation de tumeurne s‘accompagne pas non plus d’altérations cytogénéti-ques additionnelles (pertes d’allèles identiques) ou demutations (mutations des gènes p53, PTEN ou RB en

FIG. 1. – L’utilisation de xénogreffes tumorales humaines, avant l’en-trée de médicaments en phase d’essais cliniques est proposée. Elle per-met de tester l’efficacité antitumorale de nouveaux produits sur des tu-meurs humaines dont les caractéristiques biologiques ont été maintenues par greffe sur animal immunodéficient. L’effet de combi-naisons avec des médicaments de référence.

TABLEAU I. – Bilan des xénogreffes tumorales réalisées par l’équipe de MF Poupon (IRSC, Villejuif et Institut Curie, Paris).

Type de tumeurs Nombre d’essais Nombre de prises Nombre de réussite (%) Motifs particuliers d’échec

Côlon 42 38 34 (81) Infections des déchets opératoires

Sein 190 23 20 (11) ?

Prostate 34 2 1 (3) ?

Glioblastomes 59 21 20 (35)

Oligodendrogliomes 32 6 3 (9) Bas grade

Pancréas 2 2 2 (100)

Liposarcomes 11 2 2 (20)

Lymphomes 5 3 2 (40) Hôte*

SCLC 138 15 9 (7) Très peu de matériel greffé

NSCLC 27 13 12 (44)

Rétinoblastomes 11 3 3 (28) Très peu de matériel greffé

Cholangiocarcinome 1 1 1 (100)

Ovaire 3 3 3 (100)

* Ces tumeurs prennent sur souris SCID et ne prennent pas sur souris nude.

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particulier). La stabilité des caryotypes en fonction despassages est une constante, même lorsque ceux-ci sontà l’origine, profondément remaniés. Les profils d’ex-pression de gènes sont peu modifiés par la transplanta-tion. Ceci est un point important et surprenant, du faitdes modifications importantes des relations stromalesde la tumeur. Dans une expérience récente, l’expres-sion de 70 gènes sélectionnés pour leur implicationdans la formation de métastases a été quantifiée parRT-PCR. Une corrélation est observée. Le métabolis-me des xénogreffes est celui des tumeurs d’origine,c’est à dire humain. Par contre le métabolisme murinintervient dans la détoxification des xénobiotiques,dont les chimiothérapies.

Validation des xénogreffes de cancers pour l’évaluation préclinique des effets de thérapeutiques innovantes

Le « modèle » est constitué d’un ensemble de xéno-greffes issues d’une même origine tissulaire et dont ladiversité recouvre au mieux celle des tumeurs despatients. Une étape essentielle de validation est consti-tuée par une comparaison des réponses des xénogreffesaux chimiothérapies standard avec la réponse des tu-meurs observée chez les patients d’où les xénogreffesont été obtenues. Une telle comparaison a fait apparaîtreune concordance dans 75 % des cas analysables.

Conclusions

Les xénogreffes maintiennent les caractéristiquesgénétiques et métaboliques des tumeurs d’origine, ca-ractéristiques qui déterminent la réponse des tumeursaux traitements chimiothérapiques ou ciblés sur labiologie. Les objectifs en utilisant les modèles de xé-nogreffes, sont de pouvoir répondre rapidement etefficacement à l’attente des cliniciens dans une prati-que de recherche clinique et de poursuivre des re-cherches fondamentales afin de perfectionner lesoutils expérimentaux et découvrir de nouvelles ciblesthérapeutiques.

Les xénogreffes de cancers sont le plus proche ducancer de l’Homme et en cela, leur potentiel est consi-dérable pour sélectionner les traitements les plus effi-caces et éviter des essais cliniques inutiles et coûteuxpour la société, mais surtout pour les malades.

Références

[1] Oudard S, Poirson F, Miccoli L, Bourgeois Y, Vassault A, Pois-son M, et al. Mitochondria-bound hexokinase as target for the-rapy of malignant gliomas. Int J Cancer 1995 ; 62 : 216-22.

[2] Oudard S, Arvelo F, Miccoli L, Apiou F, Dutrillaux AM, Pois-son M, et al. High glycolysis in gliomas despite low hexokinasetranscription and activity correlated to chromosome 10 loss. Br JCancer 1996 ; 74 : 839-45.

[3] Poirson F, Lopez F, Bras Gonçalves R, Miccoli L, Bourgeois Y,Demerseman P et al. Methionine deprivation and methionineanalogs inhibit cell proliferation and growth of xenografted hu-man gliomas. Br J Cancer 1997 ; 74 : 839-45.

[4] Miccoli L, Poirson-Bichat F, Sureau F, Bras Goncalves R, Bour-geois Y, Dutrillaux B, et al. Potentiation of lonidamine and dia-zepam, two agents acting on mitochondria, in human glioblasto-ma treatment. J Natl Cancer Instit 1998 ; 90 : 1400-6.

[5] Hill BT, Fiebig HH, Waud WR, Poupon MF, Colpaert F, Kruc-zynski A. Superior in vivo experimental antitumour activity ofvinflunine, relative to vinorelbine, in a panel of human tumourxenografts. Eur J Cancer 1999 ; 35 : 512-20.

[6] Poirson-Bichat F, Goncalves RA, Miccoli L, Dutrillaux B, Pou-pon MF. Methionine depletion enhances the antitumoral effica-cy of cytotoxic agents in drug-resistant human tumor xenografts.Clin Cancer Res 2000 ; 6 : 643-53.

[7] De Pinieux G, Legrier ME, Poirson-Bichat F, Courty Y, Bras-Goncalves R, Dutrillaux AM, et al. Clinical and experimentalprogression of a new model of human prostate cancer and thera-peutic approach. Am J Pathol 2001 ; 159 : 753-64.

[8] Decaudin D, Castedo M, Nemati F, Beurdeley-Thomas A, DePinieux G, Caron A, et al. Peripheral benzodiazepine receptor li-gands reverse apoptosis resistance of cancer cells in vitro and invivo. Cancer Res 2002 ; 62 : 1388-93.

[9] Oudard S, Legrier ME, Boye K, Bras-Goncalves R, De PinieuxG, De Cremoux P, et al. Activity of docetaxel with or without es-tramustine phosphate versus mitoxantrone in androgen depen-dent and independent human prostate cancer xenografts. J Urol2003 ; 169 : 1729-34.

[10] Leuraud P, Taillandier L, Medioni J, Aguirre-Cruz L, Criniere E,Marie Y et al. Distinct responses of xenografted gliomas to diffe-rent alkylating agents are related to histology and genetic altera-tions. Cancer Res 2004 ; 64 : 4648-53.

[11] Decaudin D, de Cremoux P, Sastre X, Judde JG, Nemati F,Tran-Perennou C et al. In vivo efficacy of STI571 in xenograftedhuman small cell lung cancer alone or combined with chemothe-rapy. Int J Cancer 2005 ; 113 : 849-56.

FIG. 2. – Xénogreffe de cancer de prostate [7], interface tissu de l’hô-te /tissu tumoral. À droite, la tumeur à gauche le tissu normal (adipo-cytes) entre les deux, une pseudo capsule comportant des vaisseaux (1), formation tumorale envahissante (2) et des cellules stromales (3).

FIG. 3. – Métastases pulmonaires de cancer de prostate greffée par voie sous-cutanée.