Le carcinome épidermoïde œsophagien (ESCC) et sa gestion

Le cancer est une maladie potentiellement mortelle causant environ 8 millions de décès par an dans le monde. Le cancer de l’œsophage occupe la sixième place sur la liste des causes les plus fréquentes de décès liés au cancer, contribuant à environ un demi-million de décès chaque année (GLOBOCAN 2012). Parmi les différents sous-types de cancer de l’œsophage, l’ESCC est le type histologique prédominant et est très répandu dans les régions moins développées, notamment dans certaines régions d’Asie et d’Afrique. Un traitement multimodal est proposé aux patients atteints de ce type de cancer. Les patients au stade précoce, dont les tumeurs sont résécables, sont traités par résection de la tumeur d’emblée, tandis que les patients au stade avancé sont d’abord traités par chimiothérapie/chémoradiation pour réduire la taille de la tumeur avant la résection chirurgicale. Bien que ce traitement néoadjuvant préchirurgical permette d’obtenir une excellente réponse dans les sous-groupes de patients sensibles à la chimiothérapie/chémoradiation, environ un tiers des patients ne présentent qu’une réponse partielle et sous-optimale. Même pour les répondeurs à la chimiothérapie/chémoradiation, certains d’entre eux peuvent développer une résistance au cours de la période ultérieure du traitement. Pour les patients dont les tumeurs ne sont pas résécables, et lorsque la tumeur est réfractaire à la chimiothérapie ou à la radiothérapie, aucun traitement efficace n’est disponible. Afin d’offrir davantage d’options thérapeutiques aux patients qui ne peuvent être traités par les thérapies actuelles, de nouvelles approches thérapeutiques sont proposées et évaluées dans le cadre d’essais cliniques en cours afin de déterminer leur efficacité antitumorale. Même avec toutes ces modalités de traitement évolutives et nouvellement apparues, la guérison complète de la maladie reste difficile. Compte tenu de cela, de nouveaux traitements sont nécessaires de toute urgence.

L’utilisation de modèles animaux de xénogreffe de tumeur pour la recherche préclinique

Le principal objectif du développement de modèles animaux de xénogreffe de tumeur pour la recherche est de faire le lien entre la recherche fondamentale et la recherche clinique et de compléter l’utilisation de systèmes de modèles in vitro . Les modèles animaux de xénogreffe de tumeur fournissent une plateforme plus sophistiquée pour étudier le processus de tumorigenèse dans un cadre in vivo. Cette plateforme nous permet de mieux comprendre l’implication de certains oncogènes ou suppresseurs de tumeurs dans le développement tumoral en découvrant leurs voies de signalisation et leurs mécanismes pathologiques. En outre, l’utilisation de ces modèles peut nous fournir un outil de recherche pour l’évaluation préclinique de la réponse aux médicaments en déterminant l’efficacité antitumorale ainsi que la toxicité, la pharmacocinétique et la pharmacodynamique des médicaments. En dehors de l’évaluation de la réponse aux médicaments, ces modèles peuvent également faciliter la recherche en imagerie biomédicale en fournissant un système modèle pour tester l’utilité et la praticité sur de nouvelles méthodes de détection des tumeurs ou des réactifs.

Les souris sont les animaux les plus couramment utilisés pour les modèles de xénogreffes de tumeurs en raison de plusieurs caractéristiques avantageuses clés, telles que la présence d’une taille de génome comparable à celle des humains, un cycle de reproduction court, une grande taille de la portée, un faible coût d’entretien et une facilité de manipulation . Différentes souches de souris dans des contextes d’immunodéficience uniques sont utilisées dans la recherche sur le cancer, notamment les souris nude athymiques, les souris SCID et les souris NOD/SCID (souris SCID avec un niveau supplémentaire d’immunodéficience). Parmi ces souches, les souris NOD/SCID présentent la meilleure immunodéficience en raison de l’absence ou du défaut de presque tous les types de cellules immunitaires (cellules B, cellules T, cellules dendritiques, macrophages et cellules tueuses naturelles), suivies des souris SCID dépourvues de cellules B et de cellules T, puis des souris nude athymiques dépourvues de cellules T . En raison de leurs différents niveaux d’immunodéficience, on envisage d’utiliser différentes souches à des fins de recherche différentes. Compte tenu du coût et des caractéristiques des différentes souches, les souris nude athymiques et SCID sont de préférence utilisées pour l’implantation de lignées cellulaires tumorales humaines, tandis que les souris SCID et NOD/SCID sont plutôt utilisées pour la transplantation de tumeurs humaines.

Modèles animaux de xénogreffe de tumeur couramment utilisés pour la recherche sur les ESCC

Trois types de modèles animaux de xénogreffe de tumeur pour la recherche sur les ESCC sont développés en implantant des cellules/xénogreffes d’ESCC ou des tumeurs de patients dans des animaux immunodéficients, à savoir le modèle de xénogreffe de tumeur sous-cutanée, orthotopique et dérivé de patient (Fig. 1). Chacun d’entre eux a ses propres forces et faiblesses en termes de caractéristiques du modèle (tableau 1), de méthodes d’établissement (tableau 2) et d’utilités précliniques (tableau 3), qui les placent dans une position unique pour la recherche à un stade précoce, intermédiaire ou avancé .

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Modèle de xénogreffes tumorales sous-cutanées

Le modèle de xénogreffes tumorales sous-cutanées est un modèle animal classique pour la recherche sur les ESCC. Ce modèle est établi en implantant des cellules/xénogreffes ESCC sous la peau des animaux immunodéficients pour développer des tumeurs sous-cutanées. La procédure d’établissement d’une tumeur sous-cutanée est techniquement simple puisqu’elle implique seulement l’injection par aiguille de cellules ESCC ou l’implantation directe de xénogreffes ESCC sous la peau des animaux. La croissance des tumeurs sous-cutanées peut être effectuée de manière non invasive en utilisant un pied à coulisse électronique pour mesurer les tumeurs palpables. Ces procédures techniques d’établissement et de suivi des tumeurs peuvent maintenir la reproductibilité et l’efficacité (en temps et en coût) de ce modèle. Malgré ces avantages, ce modèle souffre de certaines limites car il ne représente pas entièrement la situation clinique. Par exemple, ce modèle associe une hétérogénéité tumorale réduite car dans la plupart des scénarios, des lignées cellulaires ESCC homogènes sont utilisées comme matériel source. En outre, les tumeurs sous-cutanées ne se développent pas dans leur microenvironnement tumoral natif, ce qui les rend peu adaptées à l’étude des interactions tumeur-stroma. Avec de telles forces et faiblesses, ce modèle est principalement utilisé dans la recherche précoce pour étudier la biologie et le mécanisme de la tumorigenèse de l’ESCC.

Des rapports cumulés ont révélé l’intérêt d’appliquer le modèle de xénogreffe de tumeur sous-cutanée pour la recherche précoce en l’utilisant pour étudier les propriétés tumorales des molécules liées à l’ESCC et leurs mécanismes pathologiques associés. La surexpression du microARN-340, un microARN régulé à la baisse dans les tumeurs ESCC, dans les cellules ESCC EC9706 a inhibé les propriétés de croissance de ces cellules dans un modèle de xénogreffe de tumeur sous-cutanée. L’effet de ce microARN sur l’ESCC a été médié en partie par son effet sur une protéine transférase PSAT1, qui a été identifiée dans la même étude comme une cible directe du microARN-340. Une autre étude a démontré une croissance plus rapide des tumeurs sous-cutanées dérivées des cellules KYSE-30 ESCC avec une surexpression d’une métalloprotéinase matricielle MMP1 par rapport aux cellules de contrôle. En outre, ces cellules ESCC surexprimant la MMP1 présentaient également un potentiel métastatique. La capacité de la MMP1 à promouvoir la progression tumorale et les métastases a été révélée de manière concordante comme étant due à son effet stimulant sur une voie tumorigène impliquant PI3K et AKT. Un rapport distinct a également utilisé le modèle de xénogreffe de tumeur sous-cutanée pour révéler la protéine 2 de liaison de l’acide rétinoïque cellulaire (CRABP2) comme suppresseur de tumeur en montrant un taux de croissance plus lent des tumeurs sous-cutanées dérivées des cellules EC109 ESCC surexprimant CRABP2 par rapport au groupe expérimental témoin. Ces études signifient collectivement l’utilité de ce modèle pour étudier les molécules liées à l’ESCC et leurs mécanismes connexes dans l’ESCC.

En dehors de l’utilisation du modèle de xénogreffe de tumeur sous-cutanée pour l’étude de la biologie des tumeurs, des tentatives ont été faites pour utiliser ce modèle pour étudier les efficacités anti-tumorales de nouvelles méthodes de traitement ou de composés/médicaments pour traiter l’ESCC. Des souris porteuses de tumeurs sous-cutanées ont été soumises à un traitement visant à induire l’expression d’un marqueur pronostique de l’ESCC, le microARN-375, et une taille de tumeur plus petite a été obtenue à la fin de l’expérience par rapport à l’expérience de contrôle. En dehors de l’utilisation de routine pour examiner de nouvelles méthodes de traitement, ce modèle a également été appliqué pour étudier l’efficacité antitumorale de nouveaux composés/médicaments pour lutter contre le cancer du côlon, comme le temsirolimus actuellement utilisé pour les patients atteints de carcinome rénal. Outre son utilité pour les tests d’antitumoralité, ce modèle peut être appliqué pour examiner les effets de chimiosensibilisation des composés testés. Le traitement d’animaux porteurs de tumeurs sous-cutanées avec le ginsénoside Rg3, un ingrédient extrait du ginseng, a fourni des preuves démontrant les effets sensibilisateurs de ce composé à deux médicaments chimiothérapeutiques, le paclitaxel et le cisplatine, couramment utilisés pour les patients atteints d’ESCC . Plus récemment, il a été démontré qu’un nouveau transporteur d’oxygène YQ23 exerçait des effets chimiosensibilisants de manière sélective sur les xénogreffes SLMT-1 ESCC sous-cutanées chimiorésistantes, mais pas sur les xénogreffes HKESC-2 ESCC chimiosensibles, dans des plans de traitement utilisant le cisplatine ou le 5-fluorouracile, qui sont également des médicaments chimiothérapeutiques traditionnels utilisés pour les patients ESCC. Les études ci-dessus examinant les efficacités antitumorales des composés/médicaments testés seuls ou en combinaison avec des médicaments chimiothérapeutiques communs utilisés pour l’ESCC ont mis en évidence l’utilité préclinique du modèle de xénogreffe tumorale sous-cutanée pour les tests de composés/médicaments.

Ensemble, les modèles de xénogreffes de tumeurs sous-cutanées en particulier ceux bien caractérisés pour leurs sensibilités envers les chimiothérapies actuellement utilisées pour l’ESCC sont des outils de recherche précieux pour étudier la biologie tumorale et les mécanismes de la maladie de l’ESCC dans un cadre in vivo et pour réaliser des études précliniques d’efficacité anti-tumorale (tableau 3).

Modèle de xénogreffe de tumeur orthotopique

Le modèle de xénogreffe de tumeur orthotopique est un modèle de cancer animal alternatif utilisé pour la recherche sur la CSE. Ce modèle est établi en implantant des cellules/xénogreffes ESCC dans l’œsophage des animaux immunodéficients pour développer des tumeurs orthotopiques. La procédure d’établissement de tumeurs orthotopiques est plus exigeante sur le plan technique que celle nécessaire à l’établissement de tumeurs sous-cutanées, car elle nécessite une chirurgie et/ou une anesthésie des petits animaux. Deux approches principales sont employées pour implanter des cellules/xénogreffes ESCC dans l’œsophage de l’animal, qui diffèrent par le site d’implantation de la tumeur. La première méthode consiste à implanter les cellules/xénogreffes ESCC dans la région supérieure de l’œsophage, tandis que la seconde consiste à implanter les cellules/xénogreffes ESCC dans la partie inférieure de l’œsophage, dans la région abdominale, près de la jonction gastro-œsophagienne. Récemment, nous avons également rapporté la comparaison de la survie entre les animaux avec une tumeur orthotopique développée dans la région supérieure de l’œsophage et dans la région inférieure, et nous avons constaté que ceux avec une tumeur dans la région abdominale ont une meilleure survie. Bien que l’établissement de tumeurs orthotopiques demande plus de temps et de travail, ce modèle permet d’étudier la croissance de la tumeur dans un microenvironnement tumoral correct comme dans la situation clinique et d’étudier les interactions tumeur-stroma. Cependant, il souffre de la même limitation que le modèle sous-cutané en utilisant des lignées cellulaires ESCC comme matériel source pour l’établissement de la tumeur. Un autre inconvénient majeur de ce modèle est la nécessité d’utiliser des méthodes d’imagerie spécialisées, par exemple le système d’imagerie in vivo couplé à l’utilisation de la technologie bioluminescente, pour surveiller la croissance de la tumeur. Malgré ces limites, les forces de ce modèle en font un modèle animal précieux à utiliser dans les recherches de stade moyen à avancé.

Bien que le modèle de xénogreffe de tumeur orthotopique offre des avantages supérieurs en comparaison avec le modèle sous-cutané, son utilisation reste limitée en raison des limites mentionnées ci-dessus. Malgré ces lacunes, un nombre croissant de rapports ont illustré l’application de ce modèle pour étudier la tumorigenèse de l’ESCC et pour effectuer des tests précliniques d’anti-tumorigénicité. Lorsque ce modèle a été utilisé pour révéler l’effet suppresseur de tumeur d’une protéase transmembranaire DESC1, un taux de croissance tumorale plus lent a été observé avec l’utilisation de cellules ESCC KYSE-150 exprimant DESC1 par rapport à celles utilisant des cellules témoins. Dans une étude indépendante utilisant ce modèle pour examiner le phénotype tumoral d’une protéine kinase AKT liée aux tumeurs, un effet évident de suppression des tumeurs a été trouvé associé à l’élimination d’AKT, de sorte qu’un taux de croissance réduit des tumeurs orthotopiques a été facilement détecté. Outre son utilisation pour étudier la croissance tumorale, ce modèle peut être appliqué pour étudier le mécanisme d’invasion tumorale. Une étude approfondie a mis en évidence l’implication d’une molécule de surface cellulaire, le CD44H, dans l’invasion tumorale, en se basant sur les modèles invasifs observés entre les tumeurs orthotopiques dérivées de cellules ESCC T.T et la contrepartie invasive, les cellules ESCC T.T-1. La lignée cellulaire ESCC T.T-1 exprimait un niveau élevé de CD44H et était dérivée de cellules tumorales isolées du ganglion cervical dans un modèle de xénogreffe de tumeur orthotopique dérivé de cellules ESCC T.T . En plus d’être utilisé pour étudier la croissance et l’invasion des tumeurs, ce modèle permet d’évaluer les effets des composés testés sur la survie après traitement. Une survie prolongée a été observée chez les animaux porteurs de tumeurs ESCC orthotopiques après traitement avec un inhibiteur mTOR, le temsirolimus, pour lequel cet inhibiteur est actuellement utilisé pour le carcinome des cellules rénales .

Généralement, le modèle de xénogreffe de tumeur orthotopique complète l’utilisation régulière du modèle sous-cutané pour l’étude de l’ESCC en fournissant un microenvironnement tumoral correct. En outre, ce modèle fonctionne comme un outil indispensable dans la recherche préclinique pour examiner les effets antitumoraux des composés/médicaments testés (tableau 3).

Modèle de xénogreffe de tumeur dérivé du patient

Le modèle de xénogreffe de tumeur dérivé du patient est un modèle de cancer animal plus avancé que les modèles mentionnés ci-dessus pour la recherche sur l’ESCC. Ce modèle est établi grâce à l’utilisation de tumeurs ESCC réséquées chez des patients pour développer des xénogreffes de tumeurs chez des animaux immunodéficients. Les tumeurs des patients peuvent être implantées par voie sous-cutanée ou orthotopique. En fonction du site d’implantation de la tumeur, ce modèle conserve également certaines caractéristiques des modèles de xénogreffes tumorales sous-cutanées et orthotopiques. Il est remarquable que les xénogreffes de tumeurs dérivées de tumeurs de patients aient conservé les mêmes propriétés génétiques, histologiques et phénotypiques que les tumeurs du donneur. Comme les composants stromaux et cellulaires des xénogreffes de tumeurs dérivées de patients sont conservés comme dans les tumeurs du donneur, l’utilisation de ce modèle peut exclure les inconvénients associés à l’utilisation de lignées cellulaires tumorales homogènes. Malgré ces avantages, ce modèle souffre inévitablement de plusieurs limitations . L’établissement du modèle nécessite l’utilisation de tumeurs réséquées de patients, pour lesquelles certains laboratoires de recherche fondamentale peuvent ne pas avoir accès à cette source de spécimens. En outre, les taux de prise de greffe des tumeurs des patients pour former des xénogreffes de tumeurs ne sont pas optimaux et varient en fonction d’un certain nombre de facteurs, tels que les types de tumeurs, les sites d’implantation des tumeurs, les souches de souris, les caractéristiques des tumeurs et les caractéristiques des patients . Même pour une tumeur de patient qui peut être greffée avec succès, il faut une longue période de latence pour se transformer en une xénogreffe de tumeur et ce processus peut parfois durer jusqu’à 6 mois. Par conséquent, les limitations susmentionnées ont fait du processus d’établissement de la tumeur une procédure coûteuse et exigeante en main-d’œuvre. Malgré ces inconvénients, ce modèle remplace progressivement les autres modèles animaux de cancer pour être utilisé dans les recherches de stade moyen et avancé et il est particulièrement utile pour l’évaluation préclinique de l’efficacité antitumorale de nouveaux composés/médicaments. En effet, ce modèle est parfois appelé “essais cliniques dans une souris” en raison de sa capacité supérieure à prédire la réponse clinique des composés/médicaments testés en raison de la grande ressemblance entre les xénogreffes de tumeurs et les tumeurs du donneur.

Considérant tous les avantages et les inconvénients, le modèle de xénogreffe de tumeur dérivé du patient peut nous fournir une plate-forme de recherche non seulement pour étudier les mécanismes de la maladie de l’ESCC, mais peut également faciliter le dépistage préclinique des médicaments. Pour cette dernière application, ce modèle est utilisé de préférence aux modèles sous-cutanés et orthotopiques en raison de sa grande pertinence clinique, qui soutient son utilisation pour évaluer l’efficacité antitumorale de nouveaux composés/médicaments. Dans ce domaine, des équipes de recherche individuelles ont établi leurs propres collections de modèles de xénogreffes de tumeurs dérivées de patients avec une hétérogénéité tumorale préservée pour le criblage de médicaments ou de combinaisons de médicaments pour l’ESCC (tableau 4).

Les modèles de xénogreffes de tumeurs dérivées de patients avec des dérégulations moléculaires bien caractérisées que l’on retrouve couramment dans l’ESCC peuvent être utilisés comme outil pour tester les médicaments actuellement utilisés pour leurs nouvelles utilisations sur l’ESCC. Ce processus est important car il permet de rechercher de nouveaux médicaments pour les patients qui sont résistants aux traitements médicamenteux actuels. Le cisplatine et le 5-fluorouracile sont deux médicaments chimiothérapeutiques utilisés pour le cancer du sein aigu du poumon, mais tous les patients ne réagissent pas bien aux médicaments. Afin de mieux comprendre le mécanisme du médicament, Zhang et al. ont établi un panel de modèles de xénogreffes de tumeurs dérivées de patients et les ont caractérisés pour les aberrations génétiques communes fréquemment détectées dans le cancer du sein aigu du côlon, comme l’expression de HER2 et les mutations de EGFR (récepteur du facteur de croissance épidermique), K-ras, B-raf et PIK3CA (sous-unité catalytique alpha de la phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase). En utilisant un panel de xénogreffes avec des statuts HER2 et PIK3CA bien caractérisés pour examiner l’effet du traitement par le cisplatine et le 5-fluorouracile, les xénogreffes de tumeurs négatives pour HER2 et portant un PIK3CA de type sauvage étaient plus sensibles à ce traitement que les xénogreffes HER2-positives, indépendamment du statut de mutation de PIK3CA. Les résultats dérivés de cette étude ont révélé le lien entre les compositions génétiques des tumeurs et les réponses aux médicaments chimiothérapeutiques.

En dehors de l’utilisation de modèles de xénogreffes de tumeurs dérivées de patients avec des compositions génétiques définies pour tester les médicaments chimiothérapeutiques conventionnels, ces modèles ont été utilisés pour examiner les efficacités antitumorales de médicaments qui ne sont pas cliniquement utilisés pour l’ESCC, tels que le trastuzumab et le lapatinib. L’essai de l’effet du trastuzumab sur des xénogreffes de tumeurs dérivées de patients a révélé que les cancers ESCC HER2-positifs répondaient à ce traitement, mais pas ceux portant une mutation PIK3CA simultanée. Un traitement supplémentaire de ces xénogreffes tumorales HER2-positives et PIK3CA-mutées avec l’inhibiteur d’AKT AZD5363 a permis aux xénogreffes de répondre à nouveau au traitement par trastuzumab. Une autre étude a examiné l’effet sensibilisateur du lapatinib sur les médicaments chimiothérapeutiques oxaliplatine ou 5-fluorouracile en utilisant un modèle de xénogreffe de tumeur dérivé de patients. Le traitement combiné du lapatinib avec le 5-fluorouracile a conduit à un effet inhibiteur de croissance plus puissant que le lapatinib seul ou son traitement combiné avec l’oxaliplatine. Ces études ont clairement présenté l’utilité de ces modèles pour les tests précliniques de médicaments. Il est important de noter que ces tests sur des xénogreffes de tumeurs avec des antécédents génétiques définis peuvent faciliter le développement de la médecine de précision en sélectionnant le traitement médicamenteux en fonction des dérégulations génétiques des tumeurs.

Les modèles de xénogreffes de tumeurs dérivées de patients peuvent imiter la diversité et la composition génétiques des milieux cliniques en raison de la grande pertinence histologique et pathologique entre les tumeurs du donneur et les xénogreffes de tumeurs établies. Ces études antérieures ont mis en avant l’application préclinique de ces modèles pour évaluer l’efficacité antitumorale de différents médicaments/composés (tableau 3). Les résultats obtenus peuvent également fournir des preuves solides à l’appui de l’utilisation de nouveaux médicaments/composés pour le traitement de l’ESCC. Ces tests précliniques constituent donc une plateforme essentielle avant les essais cliniques.