La caractérisation de la mutation IDH1R¹³²H dans un modèle de gliome humain de haut grade par imagerie multimodale, une étude translationnelle in vitro et in vivo

The IDH1R¹³²H characterization by multimodal imaging in human high-grade glioma, in vitro and in vivo translational study

• Auteur / Autrice : Alexandra Clement
• Direction : Antoine Verger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie adaptative diagnostique et interventionnelle (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Aurélie Kas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Verger, Monique Dontenwill, Karl-Josef Langen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélie Kas, Monique Dontenwill

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie pour le diagnostic

Diagnostic non invasif

Analyse multivariée

Imagerie par résonance magnétique

Tomographie par émission

Aspect moléculaire

Gliomes

Mots clés libres

Gliomes

TEP multitraceurs

IRM multiparamétriques

Préclinique

Étude translationnelle

Glioma

Multitracer PET

Multiparametric MRI

Preclinical

Translational study

Résumé

L’intégration des paramètres moléculaires dans la classification des gliomes par l’OMS en 2016, particulièrement la mutation IDH1R¹³²H, a un réel impact diagnostique. Cette mutation est associée à un meilleur pronostic mais les mécanismes physiopathologiques sous-jacents à son expression sont encore mal connus. Ce travail propose une approche par imagerie multimodale intégrant de l’IRM multiparamétrique et de la TEP multitraceurs multiparamétrique pour la caractérisation non invasive de cette mutation dans les gliomes. Des cellules de gliome de haut grade humain (U87-MG) exprimant ou non la mutation IDH1R¹³²H (IDH1+ ; IDH1-) par la méthode CRISP/Cas9 ont été étudiées en culture cellulaire (in vitro), dans un modèle préclinique de rat après une greffe orthotopique (in vivo) et après dissection (ex vivo). In vitro, les tumeurs IDH1+ ont montré de faibles niveaux d’expression des intégrines αvβ3 et des récepteurs TSPO considérés comme des marqueurs biologiques d’agressivité dans les voies de l’angiogenèse et de l’inflammation tumorale. In vivo, ces tumeurs IDH1+ présentaient une néo-vascularisation plus dense mais davantage fonctionnelle, similaire à un réseau vasculaire cérébral sain en IRM (4.7T). Les variations des spectres par résonance magnétique corroboraient ces résultats faisant état d’un profil en métabolites moins agressif pour ces tumeurs exprimant la mutation IDH1R¹³²H. La combinaison des paramètres statiques et dynamiques en TEP avec une diminution de la fixation et une pente plus prononcée en TEP au [⁶⁸Ga]NODAGA-(RGDyK)₂, ainsi qu’une diminution de la fixation en TEP à la [¹⁸F]DPA-714 dans les tumeurs IDH+, ciblant respectivement les intégrines αvβ3 et les récepteurs TSPO permettait d’obtenir de bonnes performances diagnostiques dans la discrimination de la mutation IDH1R¹³²H. Ex vivo, l’analyse spectroscopique retrouvait un profil de métabolites moins agressif. Cette étude translationnelle, démontrant l’intérêt de l’imagerie multimodale et multiparamétrique, associe l’expression de la mutation IDH1R¹³²H à un profil tumoral de moindre agressivité dans des cellules de gliome de haut grade humain. Cette étude pilote, après validation sur des cultures de cellules primaires humaines, pourrait conduire à une étude clinique d’imagerie multimodale pour la caractérisation non invasive de la mutation IDH1R¹³²H.

The integration of molecular parameters in the classification of gliomas by the WHO in 2016, particularly IDH1R¹³²H mutational status, has significant diagnostic impact. This mutation is associated with a better prognosis but the physiopathological mechanisms underlying its expression remain poorly understood. Our work evaluates a multimodal imaging approach integrating multiparametric MRI and multiparametric multitracer PET to non-invasively characterize this mutation in gliomas. High grade human glioma cells (U87-MG) expressing or not the IDH1R¹³²H mutation (IDH1+ ; IDH1-), constructed using CRISP/Cas9 were studied in cell culture (in vitro), in a preclinical rat model after stereotactic grafting (in vivo) and after autopsy (ex vivo). In vitro, IDH1+ tumors expressed low levels of integrins αvβ3 and TSPO receptors which are considered to be biological markers of aggressiveness involving angiogenesis and tumor inflammation pathways. In vivo, MRIs (4.7T) of these IDH1+ tumors showed areas of high vascular densities which were characterized by functional neo-vascularizations, comparable to healthy cerebral vascular networks. Magnetic resonance spectra variations confirmed these results and revealed a less aggressive metabolite profile for these IDH1+ tumors. The combination of static and dynamic PET parameters with decreased uptake and a pronounced decrease in the PET slope of [⁶⁸Ga]NODAGA-(RGDyK)₂, as well as decreased PET uptake of [¹⁸F]DPA-714 in IDH1+ tumors, targeting αvβ3 integrins and TSPO receptors, yielded good diagnostic performances to discriminate the IDH1R¹³²H mutation. Ex vivo, spectroscopic analyses indicated less aggressive metabolic profile. This translational study demonstrates the benefits of multimodal and multiparametric imaging, and associates expression of the IDH1R¹³²H mutation, in high-grade human glioma cells with a less aggressive tumor profile. Validation of results from this pilot study in human primary cell cultures, may lead to a clinical multimodal imaging study to non-invasively characterize the IDH1R¹³²H mutation.