Traitement intra-tumoral des gliomes malins par infusion convective de bevacizumab, développement d'un modèle de gliome chez le gros animal, étude anatomique de la diffusion convective dans un encéphale humain.

par Laurent Selek

Thèse de doctorat en BIS - Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement

Sous la direction de François Berger.

Soutenue le 19-01-2016

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble) , en partenariat avec Clinatec (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Emmanuel Gay.

Les rapporteurs étaient Michel Zerah, François Ducray.


  • Résumé

    Les gliomes de haut-grades sont des les tumeurs primitives les plus fréquentes du système nerveux central. Le traitement de cette pathologie associe chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie. Les principales faiblesses de ces traitements sont le caractère infiltrant de la tumeur au sein d’un parenchyme hautement fonctionnel, l’existence de la barrière hémato-encéphalique limitant le passage trans-vasculaire de la chimiothérapie et la radiorésistance naturelle des cellules gliomateuses.Parmi les stratégies proposées pour outre-passer cette barrière hémato-encéphalique, une injection directe au sein du parenchyme a été évoquée. Afin d’optimiser cette délivrance le concept d’infusion convective a été développé, il s’agit d’une injection intra-parenchymateuse à un débit lent et contrôlé.Le bevacizumab est un anticorps dirigé contre le VEGF-A, un des principaux facteurs angiogéniques. Le but de ce traitement est de lutter contre l’ angiogénèse et de freiner la croissance tumorale.Dans un premier temps, la pharmacocinétique d’une injection intracérébrale de bevacizumab a été étudiée en comparaison avec une administration systémique plus classique. Les résultats permettent de mettre en évidence une concentration locale équivalente avec des concentrations systémiques beaucoup plus faibles avec une injection intra-tumorale. Un point important de cette étude est que la concentration dans l’hémisphère controlatéral à l’injection est aussi importante que lors d’une injection systémique.Puis l’efficacité d’une injection intratumorale de bevacizumab a été comparée à un traitement systémique sur un modèle de gliome chez la souris. L’efficacité du traitement est claire sur la survie de l’animal avec un avantage pour une injection intratumorale par rapport à une injection systémique. D’un point de vue microscopique cet avantage de survie peut être corrélé à une angiogénèse et une prolifération tumorale moins importante an cas d’injection directe au sein de la tumeur.Contrairement aux études pré-cliniques chez les rongeurs, les principaux essais cliniques n’ont pas permis de mettre en évidence un avantage d’une injection intra-tumorale directe. Principalement du à une mauvaise délivrance liée à des fuites et des reflux. Une des limites du modèle petit animal est l’absence de sillon cortical, vecteur de fuite. Le développement d’un modèle de gliome anatomiquement pertinent permettrait de simuler au mieux ces fuites et simultanément la mise au point de technologies de délivrance implantable à l’échelle humaine. Nous avons donc développé le premier modèle de gliome chez le porc. L’immunotolérance a été induite par un traitement par ciclosporine, des cellules de gliomes humains U87 et G6 ont été implantés, permettant se développer des tumeurs.Afin de dépister une mauvaise délivrance et anticiper les fuites ou les reflux, nous avons étudié les profils de pression le long de la ligne d’injection corrélés à l’existence de fuites ou de reflux. Nous avons pu identifier un profil pressionnel typique d’une injection de qualité. Les injections ne répondant pas à ces critères ont systématiquement conduits à des fuites ou reflux.L’étape suivante a été l’injection au sein d’une tumeur chez des porcs grâce à un système innovant implanté. Cette injection a été possible sans complication infectieuse avec une bonne tolérance locale et neurologique.La dernière étape de ce travail est l’étude anatomique de la diffusion d’un colorant injecté par une technique d’infusion convective. Cette étude s’intéressait notamment à la diffusion depuis la corona-radiata vers les différentes voies de substance blanche. La diffusion est anisotrope le long des fibres de substance blanche cependant la diffusion suit des voies différentes en fonction de la position du cathéter par rapport à elle. L’injection semble ouvrir des voies d’impédances rhéologiques faibles préférentielles nécessitant une adaptation anatomique aux voies qui seront la cible du traitement.

  • Titre traduit

    Intra-tumoral treatment of malignant glioma via convection-enhanced delivery of bevacizumab, development of the first model of glioma in a large animal, anatomical study of convection-enhanced delivery in a human brain.


  • Résumé

    High grade gliomas are the most frequent primitive central nervous system tumor. The standard treatment is an association of surgery, radiotherapy and chemotherapy. The mains issues with these treatments are the infiltrative properties of the tumour in a highly functional parenchyma, the blood-brain barrier limiting the transvascular transport of chemotherapy and the inherent radioresistance of glioma cells.Upon different strategy to overpass the blood-brain barrier, a direct injection in the brain was advocated. In order to maximize this delivery, the concept of convection enhanced delivery was developed; it consists in a direct injection in the parenchyma with a low flow-rate.Bevacizumab is an anti-VEGF A antibody, VEGF is one of the most important angiogenic factors. The goal of this treatment is to inhibit the angiogenesis and slow down the tumor growth.We propose to study the use of this antibody in a direct intra-cerebral infusion.First, we focalize on the pharmacokinetic properties of an intratumoral injection by convection –enhanced delivery compared to a systemic administration. This shows an equivalent intratumoral concentration with systemic concentrations significantly lower with the intra-tumoral injection. An important result is the similar concentration in the controlateral hemisphere with the two routes of infusion. Convection-enhanced delivery is suitable to carry far from the infusion site high molecular weight proteins. An intra-tumoral bevacizumab may theoretically provide similar efficiency with less systemic side-effect.Then, the efficiency of an intra-tumoral infusion of bevacizumab is compared to a systemic injection on a mouse glioma model. In terms of survival the intra-tumoral treatment is significantly more efficient with an important decrease of angiogenesis and tumoral proliferation.If convection-enhanced delivery rodent study were promising, clinical trials failed to show any efficiency of intra-tumoral injection mainly due to inadequate delivery secondary to backflows and leakages. One of the limits of the rodent model is the absence of cortical sulci, main leakage provider. The development of a model anatomically relevant could simulate real conditions of injection and develop implantable device of injection in realistic conditions. We have developed the first induced model of glioma in a large animal. We choose the pig for the similarity of its brain anatomy and its size. The animals have been treated with ciclosporin to induce an immunosuppression, human glioma cells have been implanted, leading to the development of brain tumor.We have studied the pressure on the infusion line and correlate it to backflow and leakage. We have identified a pattern of pressure for successful infusion. Different pressure pattern have systematically led to backflow or leakage. These pressures criteria could permit to us an early detection of inadequate infusion to replace the catheter and avoid the failure of precedent clinical trials.Next step have been the intra-tumoral injection via an implanted device on pig glioma model. No infectious complication has been related with a good local and neurologic tolerance. The injections have led to a relevant diffusion through the tumor with a rapid flow to the periphery due to the interstitial pressure gradient between the tumor and the periphery.Last step of this work have been the anatomical study of a dye distribution by convection-enhanced delivery in a human encephalon. Indeed if pig brain is similar to human brain, human white matter structure is unique. This work is focalized on the diffusion from the corona-radiata to the main white matter tracts. The distribution is anisotropic following white matter but the diffusion is different depending on the position of the catheter. The infusion seems to open low rheological impedance paths the position of the catheter have to be adapted to the white matter tract to target.


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