Development of an innovative concept of detection and quantification of the Multidrug Resistance protein P-gp with LightSpot® fluorescent tracers, and of a new Triple Negative Breast Cancer spheroids preservation methodology in the OptiPASS® synthetic medium
Développement d’un concept innovant de détection et de quantification de la protéine « Multidrug Resistance » P-gp avec les traceurs fluorescents LightSpot® ainsi que d’une nouvelle méthodologie de conservation de sphéroïdes du cancer du sein Triple Négatif dans le milieu synthétique OptiPASS®
Résumé
Cancer drug resistance is a complex biological process representing a major challenge in Oncology for the optimization of cancer treatments. It is the main cause of treatment failure and is frequently associated with a significant risk of tumor relapse or recurrence. In this context, the "Résistance" group, part of the IMoST team (UMR INSERM / UCA 1240) has focused its research works on the study of cancer resistance through the development of in vitro preclinical tools. For this, this group uses Triple Negative Breast Cancer (CSTN) as study model, a breast cancer subtype particularly aggressive and often prone to the development of resistant profiles. One of the main mechanisms involved in cancer resistance is the basal or induced overexpression of transmembrane proteins called MultiDrug Resistance (MDR). These ubiquitous members of the ABC transporters superfamily are involved in the cellular cross-resistance to many cancer treatments, in particular by extracellular efflux of a large panel of xenobiotics. In this context, the “Résistance” group is developing LightSpot® fluorescent probes to detect and quantify the presence of MDR proteins. The first part of this works allowed to validate the use of this type of probes for the detection of cancer resistance established by the Permeability-glycoprotein (P-gp), a major MDR protein. In particular, the LightSpot®-FL-1 probe enables the sensitive and complete detection and quantification of P-gp, on fresh or fixed 2D and 3D cell models. On the other hand, the "Resistance" group is developing models of spheroids, faithfully mimicking the resistance of avascular tumor micro-regions. These 3D cell culture models have a great potential for high-throughput drug screening. Thus, the second part of this works allowed the development of an innovative concept for the preservation of CSTN MDA-MB-231 spheroids, as an alternative to conventional cryopreservation techniques. This concept involves maintaining spheroids for up to 7 days in OptiPASS® medium, in anoxia and at 4 °C. The results have demonstrated that these storage conditions preserved the integrity of various parameters of the spheroids, in particular their growth, their viability and their response to various anticancer drugs. This protocol for the preservation of spheroids will in particular allow to optimize their use, transport, and integration into large drug screening platforms. All of this doctoral research work focused on the development (1) of fluorescent tracers for the detection of MDR proteins and (2) of a spheroid storage protocol, are enhanced by a direct industrial transfer, within the BIORCELL3D consortium. The latter created by the strong public / private collaboration between the "Resistance" group and the BIOPASS and BIOMARQUEURS companies has enabled the development of an important value chain.
La résistance des cellules tumorales aux traitements est un processus biologique complexe représentant un défi majeur en Oncologie pour l’optimisation des traitements du cancer. Elle constitue la principale cause d’échec thérapeutique et est souvent associée à un risque important de rechute ou de récidives tumorales. Dans ce contexte, le groupe « Résistance » faisant partie de l’équipe IMoST (UMR INSERM/UCA 1240) a focalisé ses axes de recherche sur l’étude de la résistance tumorale par le développement d’outils précliniques in vitro. Pour ce faire, il utilise le modèle d’étude du Cancer du Sein Triple Négatif (CSTN), un sous-type de cancer du sein particulièrement agressif et souvent sujet au développement de profils résistants. L’un des principaux mécanismes impliqués dans la résistance tumorale est la surexpression basale ou induite de protéines transmembranaires appelées « MultiDrug Resistance » (MDR). Ces membres extrêmement ubiquitaires de la superfamille des transporteurs ABC sont impliqués dans la résistance croisée des cellules aux traitements anticancéreux, notamment par efflux extracellulaire d’un large panel de xénobiotiques. Dans ce cadre, le groupe « Résistance » développe des traceurs fluorescents LightSpot® permettant de détecter et quantifier la présence de protéines MDR. La première partie de ces travaux de thèse ont permis de valider l’utilisation de ce type de traceurs pour la détection de la résistance tumorale instaurée par la Permeability-glycoprotein (P-gp), une protéine MDR majeure. Notamment, le traceur LightSpot®-FL-1 permet de détecter et quantifier de manière sensible et complète la P-gp, sur des modèles cellulaires 2D et 3D, à l’état frais ou fixé. D’autre part le groupe « Résistance » développe des modèles de sphéroïdes, mimant fidèlement la résistance de microrégions tumorales avasculaires. Ces modèles de cultures cellulaires 3D présentent un fort potentiel pour le screening de médicaments à grande échelle. La seconde partie de ces travaux de thèse a permis de développer un concept innovant de préservation de sphéroïdes de CSTN MDA-MB-231, comme alternatif aux techniques conventionnelles de cryopréservation. Ce concept implique de maintenir les sphéroïdes jusqu’à 7 jours dans le milieu OptiPASS®, en anoxie et à 4°C. Les résultats obtenus ont démontré que ces conditions de conservations maintiennent intègres différents paramètres des sphéroïdes, notamment leur croissance, leur viabilité et leur réponse vis-à-vis de différents traitements anticancéreux. Ce protocole de préservation de sphéroïdes pourra notamment permettre d’optimiser leur utilisation, leur transport et leur intégration dans des grandes plateformes de screening médicamenteux. L’ensemble de ces travaux de recherche doctorale focalisés sur le développement (1) de traceurs fluorescents de détection des protéines MDR et (2) d’un protocole de conservation de sphéroïdes, sont valorisés par un transfert industriel direct, au sein du consortium BIORCELL3D. Ce dernier créé par la forte collaboration public/privé entre le groupe de « Résistance » et les sociétés BIOPASS et BIOMARQUEURS a permis l’élaboration d’une importante chaine de valorisation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)