Adaptative cellular mechanisms of the tumor microenvironment exposed to atmospheric cold plasma - Application to the treatment of cholangiocarcinoma
Mécanismes cellulaires adaptatifs du microenvironnement tumoral exposé au plasma froid - Application au traitement du cholangiocarcinome
Résumé
Cholangiocarcinoma (CCA) is a cancer with a poor prognosis and limited therapeutic options. Surgical resection is the only curative option available, but it is applicable to only a small number of patients and offers relatively low survival rates (5-year survival of 30%) due to the typically late diagnosis of this cancer. Palliative therapies, based on chemotherapy and immunotherapy, are generally ineffective, mainly because of the desmoplastic nature of CCA, which limits the entry of drugs into the tumor site. With an increasing incidence and accounting for 2% of global cancer mortality, it is crucial to develop new therapies, including local treatments targeting tumor cells and their microenvironment, for the treatment of this cancer. It is in this context that enthusiasm for the use of cold atmospheric plasma (CAP) in the treatment of CCA has emerged. Considered the fourth state of matter and generated by the partial ionization of a gas at low temperature, CAP has demonstrated promising antitumor effects in various preclinical cancer models over the past fifteen years. It is indeed capable of producing reactive oxygen and nitrogen species (RONS). A close collaboration between the Saint-Antoine Research Center (CRSA) and the Plasma Physics Laboratory (LPP) has highlighted significant antitumor effects in an immunodeficient murine model of CCA, as well as significant remodeling of the tumor stroma, a crucial element in tumor progression. Since then, a CAP device adapted for insertion into a duodenoscope has been developed, with the aim of enabling in situ treatment of CCA tumors via endoscopy in the future. The objective of this thesis was to explore the antitumor effects of this new plasma source on in vitro and in vivo models of CCA, distinguishing the direct effects of plasma on tumor cells from indirect effects on tumorigenesis, mediated by phenotypic modifications of stromal cells, including cancer-associated fibroblasts (CAFs) and tumor endothelial cells (TECs). After demonstrating the technical feasibility and biological applicability of this endoscopic source, it was observed that the oxidative stress induced by CAP altered the activation state and migratory phenotype of CAFs, while affecting the viability and angiogenic profile of TECs. The use of three-dimensional spheroid models also revealed immunogenic signatures triggered by cold plasma treatment. Indeed, it was proven in vivo, through prophylactic vaccination, that CAP could induce immunogenic cell death (ICD) of tumor cells, promoting the recruitment of immune cells to the tumor site. Preliminary results also showed that direct treatment of subcutaneous tumors slowed tumor growth while allowing the recruitment of antitumor immune cells. Finally, after elucidating the mechanisms of ICD in vitro, a new therapeutic approach combining CAP and vaccinations was proposed, demonstrating an antitumor effect accompanied by increased infiltration of immune cells. To make the use of CAP clinically accessible, tests on porcine models were conducted to verify the thermal and electrical safety of this endoscopic source, both for the patient and the clinician. Thus, CAP opens up promising new perspectives for the locoregional treatment of CCA, by modulating the immunogenicity of tumors and impacting their desmoplastic stroma.
Le cholangiocarcinome (CCA) est un cancer au pronostic défavorable, avec un arsenal thérapeutique limité. La résection chirurgicale est la seule option curative disponible, mais n'est applicable qu'à un nombre restreint de patients et offre des chances de survie relativement faibles (survie de 5 ans de 30 %) en raison d'un diagnostic généralement tardif. Les thérapies palliatives, basées sur la chimiothérapie et l'immunothérapie, sont généralement inefficaces, principalement en raison du caractère desmoplasique du CCA qui limite l'entrée des médicaments au site tumoral. Avec une incidence croissante et représentant 2 % de la mortalité mondiale par cancer, il est crucial de développer de nouvelles thérapies, notamment des traitements locaux ciblant les cellules tumorales et leur microenvironnement, pour le traitement de ce cancer.C'est dans ce contexte que l'enthousiasme pour l'utilisation du plasma froid atmosphérique (CAP) dans le traitement du CCA a émergé. Considéré comme le quatrième état de la matière et généré par l'ionisation partielle d'un gaz à basse température, le CAP a démontré des effets antitumoraux prometteurs dans divers modèles précliniques de cancer depuis une quinzaine d'années. Il est en effet capable de produire des espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS). Une collaboration étroite entre le Centre de Recherche Saint-Antoine (CRSA) et le Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP) a permis de mettre en évidence des effets antitumoraux significatifs dans un modèle murin immunodéficient de CCA, ainsi que des remodelages importants du stroma tumoral, un élément crucial dans la progression de la tumeur. Depuis, un dispositif CAP adapté à une insertion dans un duodénoscope a été mis au point, dans le but de permettre dans le futur un traitement in situ des tumeurs de CCA par voie endoscopique. L'objectif de cette thèse a donc été d'explorer les effets antitumoraux de cette nouvelle source de plasma sur des modèles in vitro et in vivo de CCA, en distinguant les effets directs du plasma sur les cellules tumorales de ceux indirects sur la tumorigenèse, portés via des modifications phénotypiques des cellules stromales, notamment les fibroblastes associés au cancer (CAFs) et les cellules endothéliales tumorales (TECs). Après avoir démontré la faisabilité technique et l'applicabilité biologique de cette source endoscopique, il a été observé que le stress oxydant induit par le CAP modifiait l'état d'activation et le phénotype migratoire des CAFs, tout en affectant la viabilité et le profil angiogénique des TECs. L'utilisation de modèles tridimensionnels sphéroïdes a également révélé des signatures immunogènes déclenchées par le traitement au plasma froid. En effet, il a été prouvé in vivo, via une vaccination prophylactique, que le CAP pouvait induire une mort cellulaire immunogène (ICD) des cellules tumorales, favorisant le recrutement de cellules immunitaires sur le site tumoral. Des résultats préliminaires ont aussi montré que le traitement direct des tumeurs sous-cutanées ralentissait la croissance tumorale tout en permettant le recrutement de cellules immunes antitumorales. Enfin, après avoir éclairci les mécanismes de l'ICD in vitro, une nouvelle approche thérapeutique combinant le CAP et des vaccinations a été proposée, démontrant un effet antitumoral accompagné d'une infiltration accrue de cellules immunitaires. Dans l'optique de rendre l'utilisation du CAP accessible en clinique, des tests sur des modèles porcins ont été réalisés pour vérifier la sécurité thermique et électrique de cette source endoscopique, tant pour le patient que pour le clinicien. Ainsi, le CAP ouvre de nouvelles perspectives prometteuses pour le traitement locorégional du CCA, en modulant l'immunogénicité des tumeurs et en impactant leur stroma desmoplasique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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