Modèles précliniques de schwannomes vestibulaires pour l'évaluation d’une stratégie de réduction de dose d’irradiation par combinaison avec des thérapies ciblées

Preclinical models of vestibular schwannomas for the evaluation of radiation dose reduction in combination with targeted therapies

• Auteur / Autrice : Nicolas-Xavier Bonne
• Direction : Christophe Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oto-Rhino-Laryngologie
• Date : Soutenance le 31/10/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Médicaments et Biomatériaux à Libération Contrôlée - Médicaments et biomatériaux à libération contrôlée: mécanismes et optimisation

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sérine-thréonine kinases TOR

Radiochirurgie

Dissertations universitaires

Neurofibromatose de type 2

Complexe mTORC1

Radiochirurgie

Neurinome

Mots clés libres

Schwannome vestibulaire

Neurofibromatose de type 2

Radiochirurgie

MTOR

Radiosensibilisation

Vestibular schwannomas

Neurofibromatosis type 2

Radiosensitisation

Radio surgery

Résumé

Contexte : Le schwannome vestibulaire (SV) est une tumeur bénigne de la gaine du nerf vestibulaire. La plupart des SV présentent une inactivation somatique bi-allèlique du gène suppresseur de tumeur NF2. L’inactivation congénitale du gène NF2 est impliquée dans le développement de la Neurofibromatose de type 2, une maladie génétique autosomique dominante prédisposant au développement de tumeurs multiples du système nerveux central et en particulier de schwannomes vestibulaires bilatéraux. Le traitement des schwannomes vestibulaires repose sur la chirurgie ou la radiothérapie délivrée en conditions stéréotaxiques. La réduction de la dose d’irradiation des schwannomes vestibulaires a permis d’améliorer le pronostic fonctionnel auditif tout en garantissant un taux de réponse satisfaisant. Pourtant de nombreux patients présenteront une surdité neurosensorielle progressive. Afin de poursuivre cette réduction de dose d’irradiation, des modèles biologiques fidèles récapitulant le statut d’inactivation du gène NF2 et la surdité neurosensorielle sont nécessaires à l’élaboration d’une approche préclinique.Problématique : Nous avons proposé de développer des systèmes modèles in-vitro et in-vivo compatibles avec l’étude de la radiosensibilité des schwannomes vestibulaires en combinaison avec des thérapies ciblant les voies de signalisation spécifiquement activées par la perte de fonction NF2.Méthodes : Les lignées cellulaires humaines de schwannomes vestibulaires NF2 (HEI_193, HEI_182), et de cellules de Schwann vestibulaire contrôle (HEI_286) ont été cultivées en essai clonogénique afin de déterminer le nombre d’unité formatrices de colonies à doses croissantes d’inhibiteur mTOR (Rapamycine), PI3K (GDC_0941), mTOR et PI3K (BEZ_235) pour déterminer le 50% d’inhibition de croissance (GI50%) puis en combinaison à doses croissantes de radiation gamma (Co60). La lignée cellulaire murine inactivée pour nf2 (SC4#9) a été utilisée pour réaliser des greffes syngéniques orthotopiques. La croissance des tumeurs a été suivie par IRM et bioluminescence et l’audition déterminée par potentiels évoqués auditifs. L’analyse histologique des cochlées a été réalisée par coloration en hématoxyline et éosine puis par fluorescence après clarification cochléaire. Des volumes complets ont été obtenus par microscopie confocale à balayage laser.Résultats : Les essais clonogéniques réalisés en Agarose ont identifié une radiorésistance relative des lignées humaines de schwannomes mutées pour NF2 par comparaison au contrôle humain non muté. Cette résistance identifiée en réponse à l’exposition à une dose unique d’irradiation gamma peut être contournée par l’inhibition de la voie mTOR au moment de l’irradiation restituant une sensibilité comparable au contrôle humain non muté. Une tendance à un bénéfice de l’association d’une inhibition mTOR à un inhibiteur PI3 kinase a été retrouvée à une dose maximum d’irradiation. Un modèle murin de schwannome vestibulaire qui récapitule la croissance dans l’angle ponto-cérébelleux et la perte d’audition a été développé par injection stéréotaxique dans le paquet acoustico faciale. Le suivi de croissance de ce schwannome a été caractérisé par IRM et bio-luminescence in-vivo. Enfin un protocole de clarification cochléaire a été adapté aux mammifères murins pour permettre l’étude histologique de cochlées intactes compatible avec l’étude de l’otoxicité des schwannomes et/ou de leur traitement .Conclusion : Les modèles décrits dans cette thèse permettent l’évaluation pré-clinique de stratégies thérapeutiques combinant thérapie ciblée et irradiation gamma en dose unique. L’amélioration des connaissances des mécanismes participant à l’ototoxicité des schwannomes et de leur traitement permettra d’améliorer le ciblage moléculaire afin de réduire les effets auditifs secondaires de la radiochirurgie.

Context: Vestibular schwannomas (VS) are benign neoplasm arising from the Schwann cells of the vestibular nerve. Most of sporadic VS carry a bi-allelic inactivation of the tumor suppressor gene NF2. Congenital inactivation of the NF2 gene is linked to the onset of Neurofibromatosis type 2 (NF2), a genetic condition predisposing to the development of multiple benign tumor of the central nervous system with bilateral VS as a hallmark. Treatment of VS is either surgical or by use of radiation therapy delivered in stereotactic condition. A significant dose reduction has led to improving the hearing outcomes while maintaining good tumor control. Meanwhile a significant number of treated patients will develop a progressive sensorineural hearing loss (SNHL). Laboratory models that faithfully recapitulate NF2 gene inactivation and SNHL are needed to pursue the reduction of the dose delivered.Aim: We aimed at developing new models in-vitro and in-vivo for the study of vestibular schwannoma radio sensitivity in combination with selected compounds that selectively target the pathways activated secondary to NF2 loss of function.Methodes: Human vestibular schwannoma cell lines (HEI_193, HEI_182) and control human Schwann cell line (HEI_286) were used in clonogenic assay to determine the number of colony forming unit (CFU) spontaneously and at increasing dosing of mTOR inhibitor (Rapamycin), PI3 kinase inhibitor (GDC_0941), PI3K-mTOR dual inhibitor (BEZ_235) to determine the 50% growth inhibitory threshold (GI50%) then in combination with increasing radiation regimen of gamma radiation emitted by a source of Co60. The mouse cell line inactivated for nf2 (SC4#9) was used to generate orthotropic syngrafts. The growth of the tumor was monitored using MRI and bioluminescence imaging and hearing was tested by recording auditory brainstem responses. Pathology of the cochlea were obtained from paraffin embedded sections and then using fluorescence confocal microscopy of whole mounted transparent cochleae.Results: Soft agar clonogenic assays were used and identified a resistance to radiation therapy in human cell lines of VS inactivated for NF2 when compared to the non-mutated control. This radiation resistance could be overcome by pre-exposure to the mTOR inhibitor Rapamycin allowing a return to the radiosensibility of non-mutated control. There was a tendency toward a beneficial effect when using a dual inhibition of the mTOR and PI3 kinase at a maximum dose of exposure to radiation. A mouse model of VS has been developed by stereotactic seeding of nf2 deficient cell line SC4#9 targeting the cochleo-vestibular nerve complex. It recapitulates the growth in the suitable micro-environment and secondary SNHL. The growth has been characterized using MRI and in-vivo bioluminescence imaging. Hearing loss was confirmed using sequential ABR. Last a protocol for the clarification of whole mounted cochleae has been adapted to species of rodents suitable for the pathological study of ototoxic change secondary to VS and/or its treatment.Conclusion: The models presented in this thesis may be used for the preclinical evaluation of combined therapeutic approaches with single dose gamma radiation. A better understanding of the mechanisms involved in ototoxicity secondary to VS and of its treatment would improve the molecular targeting in order to warrant better auditory outcomes.