Nanoparticules RADiosensibilisantes pour le CHONDrosarcome. Preuve de concept préclinique. – CHONDRAD

Développement de cultures 3D de cellules tumorales (chondrosarcome) murines et humaines afin de se trouver dans des conditions les plus proches possibles de l’in-vivo afin d’évaluer sur de nombreux types cellulaires l’effet radiosensibilisants des nanoparticules d’oxydes de gadolinium, et d’évaluer les effets du micro-environnement, en particulier de l’hypoxie, facteur majeur en radiothérapie.
Prise en main des modèles in-vivo de chondrosarcome afin de définir par des études de biodistribution la meilleure façon d’apporter au sein de la tumeur une quantité suffisante et répartie de façon homogène au niveau d’une tumeur pour une durée suffisante pour réaliser l’irradiation radiothérapeutique, et démontrer l’effet radiosensibilisant dans un premier temps :
SWARM orthotopique : validé (transfert de technique avec les 3 centres experts, mise en production continue des tumeurs et congélation en secours. Réalisation de la courbe de croissance dans notre environnement, comme demandé par le comité d’éthique.
SWARM hétérotopique : courbe de croissance dans l’équipe validée et production de tissus pour les greffes.
HEMC-SS hétérotopique : le modèle avec injection de sphéroïdes a été validé à Clermont-Ferrand. Il sera utilisé en premier lieu pour l’étude de biodistribution.

- Les travaux in-vitro ont consisté, dans un 1er temps, à étudier les conditions de culture en 2D afin de définir les meilleures conditions de culture pour favoriser la production d’une matrice riche en protéoglycanes, cible des molécules vectorisées, à la fois en normoxie mais aussi en hypoxie. Le milieu différenciation 0.5 % svf pour HEMCSS et 1 % svf pour SRC nous paraissent les conditions les plus adaptées du point de vue métabolique (WST-1) et prolifération cellulaire (cristal violet) pour la formation de protéoglycanes.
- Dans un 2ème temps, les travaux ont porté sur le développement d’un modèle 3D adapté. Le premier modèle mis en place est la culture en pellets mais celui-ci n’est pas adapté à la lignée HEMCSS qui s’effrite. Le second modèle est constitué de billes d’alginate mais étant constitué de polysaccharides elle pourrait être une cible de notre vecteur et biaiser nos résultats. Le dernier modèle consiste à cultiver des cellules en methyl-cellulose pour la formation de sphéroides. Le protocole de culture en sphéroïdes (collaboration avec l’équipe de Clermont Ferrand a été validé car se rapprochant le plus des conditions tumorales in-vivo. Les sphéroides HEMCSS se forment dans les deux milieux sans aucune différence macroscopique, alors que les sphéroides SRC se disloquent dans le milieu classique. Les sphéroides SRC produisent du collagène (coloration trichrome de Masson) et son milieu est hypoxique dans certaines zones.
Validation in-vitro de l’effet radiosensibilisant :
- Les efforts ont porté sur les cellules HEMCSS. Il a été confirmé le fait qu’en 2D, ces cellules ne clonent pas, se dédifférencient rapidement, et que le temps de doublement est de 32h. On passe en 3D sphéroïde.
Validation in-vivo de l’effet radiosensibilisant :
Acceptation de la saisine concernant les études de biodistribution et d’évaluation de l’effet radio-sensibilisation.

- In-vitro : La prochaine étape va consister à effectuer des analyses de transcrits par PCR pour mettre en évidence ou non de composés de la matrice cartilagineuse (agrécane, collagène type II…).
- Les études de radiosensibilisation sur cellules vont tout d’abord porter sur les sphéroïdes HEMCSS et SWARM.
- In-vivo : les études de biodistribution sur modèles de xénogreffe de sphéroïdes HEMCSS seront réalisées, car ce modèle semble être le plus adapté pour évaluer dans un premier temps l’effet radiosensibilisant in-vivo.

Aucune actuellement

Les chondrosarcomes (CHS) sont des tumeurs malignes du cartilage chimio-et radiorésistantes, représentant environ 20% des tumeurs osseuses primitives de l’adulte principalement. Comme il n'existe pas de traitement efficace pour les patients inopérables ou métastatiques, il est essentiel de développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblées. Ce projet vise à une validation préclinique de nanoparticules radiosensibilisantes et ciblantes pour améliorer la prise en charge radiothérapeutique du CHS.
Notre consortium a développé et breveté des nanoparticules de Gadolinium (GBN), qui fonctionnalisées avec un ammonium quaternaire (QA) ciblent les protéoglycanes (présentes dans la matrice extracellulaire des tumeurs et en particulier dans les chondrosarcomes). De plus, nous avons démontré un effet radiosensibilisant de ces GBN dans plusieurs tumeurs.
Grâce à la valeur ajoutée de l'ensemble des partenaires, ce projet nous permettra de réaliser la preuve de concept préclinique de la synergie entre radiothérapie et GBN pour le traitement du CHS, et préparer le Dossier du Médicament Expérimental (DME).
Le projet est divisé en 5 tâches principales:
- Ingénierie des nanoparticules : visant à l'élaboration d'un processus semi-industriel respectant les conditions GMP des GBN-QA, et l'étude de leur stabilité.
- Évaluation de l’effet du micro-environnement en mesurant l’impact de conditions particulières de culture cellulaire (hypoxie, modèles 3D), et dans différents modèles animaux de chondrosarcome (micro-environnements différents).
- Preuve de concept préclinique: évaluation in-vitro et in-vivo de protocoles d’irradiation pour quantifier l’effet de radiosensibilisation des GBN-QA. L'analyse in-vitro permettra de quantifier les cassures double brins initiales et résiduelles, la survie clonogénique, la mort et la prolifération cellulaire. Les études d’irradiation in vivo seront effectuées sur des irradiateurs expérimental et clinique. Des doses fractionnées ou non seront appliquées sur la tumeur après injection IV de GBN-QA, l'effet thérapeutique sera alors suivi par mesure de la croissance tumorale, de la survie, des modifications histologiques de la tumeur et des tissus environnants, de l'apoptose, de la prolifération cellulaire et de l'angiogenèse.
- La biodistribution des nanoparticules et des tests exploratoires non BPL de toxicologie seront effectués afin d'améliorer et d'optimiser l'effet radiosensibilisant des GBN, et d’anticiper sur les études toxicologiques réglementaires. Les études corps entier in-vivo seront réalisées en SPECT après marquage des GBN à l’111In.
- Préparation du DME, et planning des essais cliniques futurs : nous souhaitons développer très en amont les interactions entre l'évaluation préclinique et les médecins spécialisés dans les essais cliniques en oncologie et la radiothérapie. Nous avons donc dédié une tâche spécifique en intégrant très en amont les cliniciens à ce projet.
Les retombées scientifiques et médicales potentielles de ce projet sont les suivantes:
- La définition d'un premier essai clinique chez l’Homme pour cette nouvelle approche thérapeutique du chondrosarcome utilisant des nanoparticules radiosensibilisantes et ciblantes ;
- L'application des GBN-QA à d'autres tumeurs radiorésistantes exprimant les protéoglycanes.