Sélection de chimiothérapie biodynamique Onco4D(TM) pour les patientes atteintes d'un cancer du sein

JUSTIFICATION DE L'ÉTUDE : La capacité démontrée du MCT à évaluer avec précision les xénogreffes tumorales peut en faire une technique fiable pour la stratification des tumeurs des patients en fonction de la réponse prévue au traitement, ce qui pourrait permettre une sélection de traitement basée sur les besoins personnels d'un patient individuel. Cette étude est conçue pour évaluer MCT comme test pour prédire la chimiosensibilité au traitement avec des agents de chimiothérapie couramment utilisés dans le traitement néoadjuvant et adjuvant du cancer du sein. S'ils sont positifs, les résultats de cette étude serviront de base à des essais cliniques élargis et à l'utilisation du MCT dans la sélection des thérapies.

CONTEXTE : L'imagerie des cellules vivantes est devenue la norme pour les applications d'analyse à haut contenu et de découverte de médicaments. Les tests les plus courants sur les cellules vivantes comprennent les tests de viabilité, de prolifération et de cytotoxicité, car la physiologie et la fonction cellulaires sont mesurées en réponse aux perturbations appliquées des xénobiotiques. Les tests de viabilité cellulaire et tissulaire sont généralement mesurés à l'aide de colorants vitaux exogènes comme biomarqueurs de l'intégrité de la membrane ou de l'activité métabolique cellulaire. Cependant, les colorants sont invasifs, potentiellement toxiques et nécessitent souvent une fixation des tissus ou une perméabilisation des membranes [1, 2]. De plus, le format commun de l'analyse à haute teneur et de la cytométrie en flux nécessite des cellules isolées ou des cellules réparties sur des surfaces planes et dures. Les cellules isolées manquent de nombreuses connexions et communications intercellulaires biologiquement pertinentes qui caractérisent les tissus sains [3, 4], et les cellules aplaties sur des plaques ont des formes pathologiques et des adhérences cellulaires anisotropes [5].

La découverte d'une technologie capable de prédire la réponse au traitement du cancer est une priorité urgente. Alors que de nombreuses technologies existent pour évaluer la réponse précoce aux médicaments ex vivo, la nécessité d'effectuer des tests de viabilité, de cytotoxicité et de prolifération dans des tissus ou des cultures tridimensionnelles est devenue de plus en plus urgente [6, 7], car la réponse aux médicaments en 2D n'est souvent pas la même comme réponse médicamenteuse dans une culture tridimensionnelle biologiquement pertinente. Cela s'explique en partie par le fait que les profils génomiques ne sont pas conservés dans les cultures monocouches [8-10]. Plusieurs études ont suivi l'expression de gènes associés à la survie cellulaire, à la prolifération, à la différenciation et à la résistance à la thérapie qui sont exprimés différemment dans les cultures 2D par rapport à la culture tridimensionnelle. Par exemple, les lignées cellulaires du cancer épithélial de l'ovaire [11, 12], du carcinome hépatocellulaire [13-15] ou du cancer du côlon [16] présentent des profils d'expression plus proches de ceux des tissus tumoraux lorsqu'ils sont mesurés en culture tridimensionnelle, mais pas lorsqu'ils sont cultivés en 2D. De plus, l'environnement tridimensionnel de la culture 3D présente une pharmacocinétique différente de celle de la culture monocouche 2D et produit des différences de sensibilité aux médicaments anticancéreux [17-20]. Enfin, la plupart des technologies actuelles reposent sur une évaluation destructrice du point final, empêchant une observation longitudinale significative de la réponse thérapeutique au fil du temps.

L'un des principaux défis de la migration des tests de réponse aux médicaments vers les troisième et quatrième dimensions a été de trouver un moyen d'extraire des informations vitales de profondeur (jusqu'à un millimètre) à l'intérieur des tissus vivants. Le tissu est translucide et la lumière peut se propager de manière diffuse sur plusieurs centimètres. De plus, les mouvements dynamiques des cellules vivantes provoquent une diffusion dynamique de la lumière qui produit des fluctuations de phase sur les champs de lumière diffusée qui peuvent être mesurées comme un chatoiement dynamique dans la lumière réfléchie de manière diffuse par les tissus. C'est la base de la spectroscopie à ondes diffusantes (DWS) [21, 22] et de la spectroscopie à corrélation de diffusion (DCS) [23-26], mais ces techniques manquent de résolution en profondeur. Un outil puissant dans la caractérisation de la propagation de la lumière dans les tissus est l'utilisation de l'interférométrie [27]. La détection interférométrique est le processus sous-jacent de la tomographie par cohérence optique (OCT) [28-31], qui est une technique de balayage ponctuel qui supprime le chatoiement [32-34], bien que la décorrélation du chatoiement dans les données OCT puisse fournir des informations similaires à celles fournies par DCS. Cela a été utilisé pour mesurer la rhéologie intracellulaire [35] et pour trouver des signatures dynamiques de l'apoptose [36]. Le transport peut également être détecté à résolution cellulaire en utilisant la microscopie à contraste de phase [38], mais cette approche ne peut pas être utilisée dans les tissus épais.

Le Dr Nolte et ses collègues ont développé une imagerie dynamique des tissus à résolution volumétrique qui utilise les avantages de la sélectivité en profondeur de l'interférométrie à faible cohérence, combinée à un contraste de speckle élevé dans l'holographie numérique à large éclairage. La technique s'appelle Motility Contrast Tomography (MCT) et utilise une holographie numérique à faible cohérence pour pénétrer jusqu'à 1 millimètre dans les tissus vivants afin de mesurer la dynamique du chatoiement à partir de la diffusion de la lumière par le mouvement dynamique dans les cellules vivantes [37]. Il était auparavant appliqué comme test de cytotoxicité pour étudier l'efficacité des médicaments anti-mitotiques [40]. Essentiellement, la technologie fonctionne en profilant le «mouvement» des organites cellulaires. Des modifications spécifiques du mouvement des organites sont détectables très tôt dans les cellules subissant une réponse à un traitement de chimiothérapie et peuvent être utilisées comme prédicteur précoce de la réponse à la chimiothérapie.

MCT est basé sur l'imagerie par cohérence optique (OCI) [38]. L'OCI est une holographie plein champ à courte cohérence [39] qui collecte le speckle rétrodiffusé. À l'aide de la synchronisation par cohérence, l'OCI peut sectionner optiquement des tissus jusqu'à 1 mm de profondeur. MCT utilise spécifiquement le mouvement intracellulaire comme contraste endogène pour caractériser le mouvement subcellulaire submicronique à l'intérieur du tissu vivant tridimensionnel [42].

La figure 1 montre le principe d'enregistrement holographique du MCT. Après étalonnage, la lumière à cohérence courte est d'abord divisée en un faisceau objet et un faisceau de référence. Le faisceau objet frappe l'échantillon de tissu vivant et les taches rétrodiffusées du tissu sont collectées par la lentille L1. L'échantillon de tissu vivant se situe au niveau du plan focal de la lentille L1, de sorte que L1 effectue également une transformée de Fourier optique de la lumière rétrodiffusée. Le dispositif à couplage de charge (CCD) se situe à l'autre plan focal de L1, de sorte qu'il capture la lumière de diffusion transformée de Fourier du tissu. Le faisceau de référence est contrôlé par un étage de retard (non représenté sur la figure) pour ajuster la longueur du trajet du faisceau de référence afin d'effectuer une correspondance de trajet zéro entre l'objet et les faisceaux de référence. Le séparateur de faisceau combine les deux faisceaux et, comme ils correspondent au trajet zéro, ils interfèrent au niveau du plan CCD. Le faisceau de référence est incliné de 20° dans une configuration hors axe, et l'espacement des franges d'interférence (Λ) est de 3 pixels (24 µm). La taille du speckle (aspec) est ajustée à 3 franges de large (70 μm). Des détails supplémentaires sur la configuration expérimentale peuvent être trouvés dans la référence [41].

Fig. 1. Le principe de MCT sur des sphéroïdes tumoraux multicellulaires. L'échantillon biologique est situé au plan image de la lentille L1. La lumière rétrodiffusée de l'échantillon est transformée de Fourier par L1 et interfère avec le faisceau de référence sur la puce CCD. L'hologramme de speckle est enregistré sur le plan de Fourier avec un ange de croisement 20 avec le faisceau de référence. Exemples de a) Hologramme numérique brut ; b) image reconstruite ; c) Image MCI. O.A. : axe optique ; I.P. : plan image ; L1 : lentille ; BS : séparateur de faisceau ; CCD : dispositif à couplage de charge.

EX VIVO CANCER CHEMOSENSITIVITY ANALYSIS MCT a déjà été appliqué pour étudier l'efficacité des médicaments anti-mitotiques utilisant des sphéroïdes tumoraux multicellulaires [40]. Lors de l'application de MCT à des xénogreffes tumorales, il est également capable de montrer une réponse significativement différente entre deux lignées cellulaires sous cisplatine. Après l'application du médicament, la valeur de l'écart type normalisé (NSD) de la lignée cellulaire sensible au platine (A2780) chute de 0,7 à 0,1 en 8 heures. En revanche, la valeur NSD de la lignée cellulaire résistante au platine (A2780-CP70) reste presque constante (0,81 à 0,80) 9 heures après l'application du médicament. La valeur NSD du tissu de souris normal attaché à la xénogreffe tumorale ne diminue que peu (0,6 à 0,52) par rapport à A2780. La figure 2 montre les courbes de réponse au médicament cisplatine. La valeur NSD de chaque point est moyennée sur toute la cible. Le temps entre les mesures est de 24 minutes pour A2780-CP70 et le tissu normal de souris et est de 12 minutes pour A2780. Le cisplatine 20 μM a été appliqué au temps t = 0, et les mesures ont duré 9 heures pour A2780-CP70 et du tissu de souris normal, et ont duré 8 heures pour A2780. Au temps = 0, la lignée cellulaire agressive A2780-CP70 a le NSD le plus élevé et le tissu de mésentère de souris normal a le NSD le plus bas (0,6). Le NSD de la lignée cellulaire sensible au platine A2780 se situe au milieu : 0,7. Après application de cisplatine, la courbe NSD de A2780 chute immédiatement. La valeur NSD de l'A2780-CP70 ne change presque pas.

Fig. 2 Mesure de la motilité (NSD) de xénogreffes de tumeurs cancéreuses de l'ovaire répondant à 20 μM de cisplatine. L'axe des x est le temps (minute), l'axe des y est la valeur NSD. La tumeur sensible est A2780, tandis que la tumeur insensible A2780-CP70. Les deux tissus tumoraux commencent par une motilité plus élevée que le tissu de souris normal. Le cisplatine a été ajouté au temps t=0. Le NSD de l'A2780 a chuté très rapidement et après 8 heures, il est tombé à 0,1. Le NSD de la tumeur insensible A2780-CP70 n'a pas changé pendant une période de 9 heures. Le NSD du tissu de souris normal a légèrement diminué par rapport à l'A2780.

Dans une autre étude dans un cadre clinique vétérinaire, MCT a été utilisé pour prédire les résultats des patients pour le lymphome canin non hodgkinien. Les lymphomes non hodgkiniens canins se caractérisent initialement par une infiltration tumorale des ganglions lymphatiques périphériques. Les lymphomes canins non hodgkiniens sont divers dans leur agressivité clinique et leur réponse à la chimiothérapie. Le seul biomarqueur actuel de la chimioréactivité est l'immunophénotype des cellules tumorales (c'est-à-dire Cellules T vs origine des cellules B), mais la chimioréactivité varie énormément au sein de l'immunophénotype, ce qui réduit l'utilité clinique de ce biomarqueur. Dans notre étude, nous avons utilisé MCT pour mesurer la réponse hétérogène des biopsies de lymphome canin à la doxorubicine de référence. Les signatures biodynamiques de la réponse à la doxorubicine ex vivo ont été corrélées avec les résultats des patients canins. Ces études ont démontré, pour la première fois, l'utilité de marqueurs biodynamiques intracellulaires sans marqueur pour prédire l'efficacité thérapeutique du traitement du cancer chez le chien.

OBJECTIFS SPÉCIFIQUES L'objectif principal de l'étude est d'examiner la faisabilité de l'utilisation de la MCT comme test de chimiosensibilité chez les patientes atteintes d'un cancer du sein recevant une chimiothérapie néoadjuvante en comparant les schémas de MCT compatibles avec la réponse à la chimiothérapie ou la résistance ex vivo à la réponse confirmée ou à la résistance à la chimiothérapie, telle que mesurée par l'évaluation de la réponse. Critères dans les tumeurs solides (RECIST) v1.1 critères.

Critère principal de jugement : Réponse pathologique objective mesurée au moment de la chirurgie.