Potentiation of Targeted Radionuclide Therapy using Gadolinium-based Nanoparticles - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2022

Potentiation of Targeted Radionuclide Therapy using Gadolinium-based Nanoparticles

Potentialisation d'une thérapie ciblée par radionucleides en utilisant des nanoparticules de gadolinium

Résumé

Ovarian Cancer (OC) is the most lethal gynecological malignancy in France nowadays and the 8th most-frequent cause of cancer-related death among women worldwide. OC progresses without clinical signs or symptoms in most of cases, leading to a late stage diagnosis (stage III/IV) when it has spread into the peritoneal cavity under the form of peritoneal carcinomatosis (PC). The treatments available do not show substantial returns, as disease will reoccur in 70-90% of patients. Conversely to external radiotherapy, with high-risk ofdamaging the surrounding healthy tissues, Targeted Radionuclide Therapy (TRT) specifically irradiates tumors while sparing healthy tissues, offering an attractive therapeutic option. Here, we investigated the radiosensitizing effects of AGuIX® nanoparticles (NP) on OC combined with 177Lu-Trastuzumab. We expect the high LET Auger electrons emitted by the irradiated NPsto overcome OC treatment resistance.In vivo, using female nude mice bearing intraperitoneal (IP) xenografts from SKOV3-luc cells, we report the enhanced therapeutic efficacy of the combination TRT + AGuIX®, which strongly delayed tumor growth and increased mice median survival compared to controls (****p<0.0001) and TRT alone group (*p=0.016). SPECT/CT imaging highlighted thespecific targeting of PC tumor nodules after IP injection of the radiolabeled antibody and the NP, opening a new opportunity to optimize this theranostic strategy for the management of OC.The combination efficacy was supported by in vitro data, showing synergistic effects between AGuIX® and TRT, as measured by clonogenic survival assay using SKOV3, OVCAR3 and A431 cells. Fluorescence and Transmission Electron Microscopy (TEM) imaging showed a co-localization of the NP with cell lysosomes, organelles charged with transition metals as iron, essential for hydroxyl radical production through the Fenton reaction. Consequently, andcompared to TRT alone, TRT + AGuIX® significantly increased Reactive Oxygen Species (ROS) production and lipid peroxidation, suggesting a potential role of ferroptosis in AGuIX®-mediated toxicity. We acknowledge a decreased number of lysosomes in treated cells associated with cytoplasmic pH decrease, suggesting a lysosomal disruption. Autophagosome accumulation, a striking cytoplasmic vacualization, mitochondrial depolarization, apoptosisandmicronuclei formation were a signature of the combination, which can be reversed by iron chelation.We provide strong evidence of AGuIX® radiosensitizing effect when combined, for the first time, with a radiolabeled antibody for the treatment of OC-derived PC. At a cellular level, we report a high dependence on iron-derived hydroxyl radical production, leading to a lysosomal–mediated cell disruption. The later radiosensitization allows reducing the activity injected in mice while keeping a high therapeutic efficacy, reducing potential treatment- related toxicites. As AGuIX® NPs are already combined with external radiotherapy in clinical trials, the present study opens perspectives to translation in TRT for the treatment of OC-derived PC.
Le Cancer Ovarien (CO) est aujourd'hui la malignité gynécologique la plus mortelle en France, et la 8ème cause plus fréquente de décès par cancer chez les femmes dans le monde. Le CO progresse sans signes cliniques ni symptômes dans la plupart des cas, conduisant à un diagnostic tardif (stade III/IV) lorsqu'il s'est propagé dans la cavité péritonéale sous la forme d'une carcinose péritonéale (CP). Les traitements disponibles ne montrent pas de rendements substantiels, car la maladie réapparaîtra chez 70 à 90 % des patients. Contrairement à la radiothérapie externe, à haut risque d'atteinte des tissus sains environnants, la Radioimmunoithérapie (RIT) irradie spécifiquement les tumeurs tout en épargnant les tissus sains, offrant une option thérapeutique intéressante. Ici, nous avons étudié les effets radiosensibilisants des nanoparticules (NP) AGuIX® sur le CO combiné au 177Lu-Trastuzumab. Nous attendons à ce que les électrons Auger à haut TEL émis par les NP irradiées surmontent la résistance aux traitements du CO.In vivo, en utilisant des souris nude femelles portant des xénogreffes intrapéritonéales (IP) de cellules SKOV3-luc, nous rapportons l'efficacité thérapeutique accrue de la combinaison RIT + AGuIX®, qui a fortement retardé la croissance tumorale et augmenté la survie médiane des souris par rapport aux controls (*** *p<0,0001) et groupe RIT seule (*p=0,016). L'imagerie SPECT/CT a mis en évidence le ciblage spécifique des nodules tumoraux après injection IP de l'anticorps radiomarqué et de la NP, ouvrant une nouvelle opportunité d'optimiser cette stratégie théranostique pour la prise en charge du CO.L'efficacité de la combinaison a été étayée par des données in vitro, montrant des effets synergiques entre AGuIX® et RIT, mesurés par des tests de survie clonogénique utilisant des cellules SKOV3, OVCAR3 et A431. L'imagerie par microscopie électronique à transmission (MET) et à fluorescence a montré une co-localisation des NP avec les lysosomes, des organelles chargées de métaux de transition comme le fer, essentiel à la production de radicaux hydroxyles par la réaction de Fenton. Par conséquent, et par rapport à la RIT seule, RIT + AGuIX® a augmenté de manière significative la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et la peroxydation lipidique, suggérant un rôle potentiel de la ferroptose dans la toxicité médiée par AGuIX®. Nous constatons une diminution du nombre delysosomes dans les cellules traitées associée à une diminution du pH cytoplasmique, suggérant une perturbation lysosomale. L'accumulation d'autophagosomes, une vacualisation cytoplasmique frappante, la dépolarisation mitochondriale, l'apoptose et la formation de micronoyaux étaient une signature de la combinaison, qui peut être atténué par la chélation du fer.Nous fournissons des preuves solides de l'effet radiosensibilisant des AGuIX® combinés, pour la première fois, avec un anticorps radiomarqué pour le traitement de la CP dérivée du CO. In vitro, nous rapportons une forte dépendance du fer à la production de radicaux hydroxyle, conduisant à une perturbation lysosomale. Cette radiosensibilisation permet de réduire l'activité injectée chez la souris tout en gardant une efficacité thérapeutique élevée, réduisant les éventuelles toxicités liées au traitement. AGuIX® sont déjà associées à la radiothérapie externe dans nombreux essais cliniques. La présente étude ouvre donc des perspectives de translation de la RIT pour le traitement des CP dérivés du CO.
Fichier principal
Vignette du fichier
DIAZ_GARCIA_PRADA_2022_archivage.pdf (18.26 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04879719 , version 1 (10-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04879719 , version 1

Citer

Clara Diaz Garcia-Prada. Potentiation of Targeted Radionuclide Therapy using Gadolinium-based Nanoparticles. Human health and pathology. Université de Montpellier, 2022. English. ⟨NNT : 2022UMONT078⟩. ⟨tel-04879719⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

More