Croissance tumorale

1
Croissance tumorale

• C. Hennequin
• Service de Cancérologie-Radiothérapie,
• Hôpital saint-Louis

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Lorganisme humain est pluricellulaireet
pluritissulaire

• Tous les tissus de régénèrent
• (sauf le tissu nerveux noble, les neurones)
• Cest à dire
• Les cellules maturent puis meurent
• Et sont remplaçées par Division cellulaire
  (mitose)
• des cell. Jeunes (Cell. Souche)
• Formation de cell. Identiques, dont lune va
  maturer
• Et lautre névolue pas (reste cell. Souche).

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Homéostasie cellulaire
Prolifération
Apoptose
Différenciation
Sénescence
4
Cancérogénéseperte de lhoméostasie cellulaire

• Pour diverses raisons, une ou plusieurs cellules
• Se mettent à proliférer
• Et ne respectent plus les besoins normaux du tissu

5
Cancer maladie de lADN

• Succession dans une même cellule de mutations
• sur des gênes normaux impliqués dans le
  processus de division cellulaire
• Perte des génes  suppresseurs  (p53 Rb)

(proto-oncogéne --------------------gt
oncogéne) mutation

• Amplifications multiples copies dun géne
• Délétions perte dun géne
• Translocations dun géne sur un autre
• gt création dune nouvelle protéine hybride

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Cancérogénése Processus multi-étapes

• Initiation Altération du génome dune cellule
  normale
• Pas de modifications phénotypiques
• Non suffisante à la cancérogénése
• Promotion Processus prolongé
• Nécessitant des expositions répétées
• à des agents carcinogénes
• Anomalies du noyau
• Progression Divisions successives et
  dévellopement du clone malin

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Les caractéristiques du cancer
1. Auto-suffisance en facteurs de
croissance 2. Insensibilité aux signaux
inhibiteurs de croissance 3. Absence
dapoptose 4. Potentiel réplicatif
illimité 5. Capacité dangiogénése 6. Capacité
dinvasivité et de métastaser
Hanahan Weinberg, Cell, 2000
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Progression tumorale
Divisions cellulaires
Cell. transformée
Clone malin
Dédiférenciation progressive
Cell. différenciées Cell. indiférenciées
Cell. morphologiquement proche du tissu normal
Certaines cell. acquièrent de nouvelles
caractéristiques
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Cycle cellulaire

• 1 cell.-mère -----------gt 2 cell. Filles
  identiques

Etre humain 10 000 milliards de cell. Ts les
jours 1 milliards de cell. doit être
renouvelé (Peau, tube digestif, systéme
hémato.,)
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Croissance exponentielle

• Après X cyles gt Nbre de cell 2X
• Après 30 cycles 230 ou 109 cellules --gt 1 gr
• Après 40 cycles 1012 cell. ---gt 1 kg
• Si on considère que le temps de cycle (Tc) est
  constant

N N0. 2 t/Tc
N0 Nbre initial de cell. t durée de la
croisance cellulaire
Nbre de Tps de doublement
11
Croissance tumorale
12
Croissance tumorale

• Temps de doublement (TD) temps pendant lequel le
  nombre de cellules tumorales a doublé
• Mesure difficile
• Croissance exponentielle
• 1 cell. --gt 2 cells --gt 4 cell. --gt 8 cell. --gt
• Vitesse de croissance lt---gt temps de cycle
  cellulaire
• Croissance non exponentielle
• Car pertes cellulaires, cellules quiescentes,

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Croissance tumoralecompartiments cellulaire
Pertes cellulaires - Nécrose - Apoptose -
Différenciation
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Fraction proliférante (Growth Fraction)
Croissance tumorale En fonction de la GF

• GF Variable
• dune tumeur à lautre

Type tumoral GF()
Sein 25 - 61
Mélanome 25 - 70
Epidermoïde 36 - 82
Estomac 58
AML 24
ALL 18 - 25
Nbre de Tps de doublement
15
Pertes cellulaires

• Exprimées en
• Taux (KL) fraction de cell. perdues par unité
  de temps
• Fraction (cell loss factor)
• Nbre de cell. Perdues/Nbre de cell. naissantes

Peau, Muqueuses, Intestin en perpétuel
remaniement Facteur de perte cellulaire (cell
loss factor) 1.0 ou 100
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Pertes cellulaires
L.I.() TD(jours) Tpot (jours) Pertes cellulaires ()
Cancers colo-rectaux 15 90 3.1 96
Cancers ORL 6.9 45 6.8 85
Cancer bronchique à pts cell. 19 90 2.5 97
Mélanomes 3.3 52 14 73
Sarcomes 2.0 39 23 40
Lymphomes 3.0 22 16 29
Tumeurs de lenfant 13 20 3.6 82
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Facteurs affectant la croissance tumorale
Temps de cycle Cellulaire ( 2 jours)
Temps De doublement Potentiel (Tpot)
Temps de Doublement (TD)
Fraction proliférante
Pertes Cellulaires
Tpot l. Ts/L.I. Ts durée de la phase S L.I.
labelling Index de cell. En phaseS
18
Croissance tumorale

• Si GF et Cell loss factor restent constants
• gt croissance exponentielle
• En fait, GF et pertes cellulaires varient en
  fonction du volume tumoral
• GF diminue avec le temps
• Les pertes cellulaires augmentent

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Croissance tumorale
Exponentielle (leucémies)
Nbre De cell. (log10)
Gompertzienne (tumeurs solides)
Tissu normal
Temps
Initiation
Promotion
20
Croissance tumorale gompertzienne
TD Nbre de cell. Poids
40 1012 1 Kg
30 109 1 Gr
20 106 1 mg
10 103 1µg
1012
Seuil de détection clinique
109
106
103
Période Infra-clinique
1
Temps
Nbre De cell. (log10)
21
Concept de micro-métastases
Traitement De la tumeur primitive
1012
109
Seuil de détection clinique
106
103
1
Temps
Nbre De cell.
Métastase
22
Croissance tumoraleevaluation en pratique
clinique

• Clinique Mesure des nodules cutanés, des
  ganglions
• Schéma daté
• Radiologique
• mesure des masses tumorales au scanner
• Biologique Marqueurs tumoraux
• Myélome secrétion dimmunoglobulines
• Tumeurs solides ACE, CA15-3 CA 125 PSA
• BHCG a foetoprotéine

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Méthodes de mesure de la prolifération tumorale

• Thymidine Labelling Index (L.I.)
• Incorporation de thymidine uniquement dans lADN
• Thymidine marquée
• avec 3H ou 14C
• Détection par autoradiographie
• Données morphologiques
• Ou par comptage
• gt de cellules en phase S

24
Méthode des mitoses marquées
Injection de thymidine tritiée chez lhomme ou
lanimal gt Mesure du temps de cycle (Tc)
25
2 .Cytométrie de flux
Les cell. Passent une par une dans un faisceau
laser (jusquà 10 000 cell./sec) Information sur
la taille cellulaire Marquage par Iodure de
Propidium colorant rouge gt se fixe sur lADN gt
Qtte dADN Nbre de cell. En phase S Index de
lADN (ploïdie)
26
Cytométrie de flux
27
Marquages aux analogues de la thymidine

• - Dérivés halogénés
• Bromo-deoxyUridine (BrdUr)
• Iodo-deoxyUridine (IUdR
• même métabolisme que la thymidine
• Détectés par Ac. Monoclonaux marqués
• Par un colorant
• Couleur verte en CytoFluo.
• Nbre de Cell. En phase S
• Avec des mesures répétées
• dans le temps mesure du Tc

28
Mesure du Tpot chez lhomme(relative movement)

• Mesure du Ts, LI et Tpot avec une seule biopsie
• Injection IV de BrUdr ou IdUrd
• Quelques heures (temps t) après biopsie tumorale
• Analyse mathématique en fonction du temps t en
  assumant que la progression dans le cycle est
  linéaire pour toutes les cellules

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Résultats chez plus de 2000 pts
Site N pts LI () Ts (Hr) Tpot (d)
ORL 712 9.6 11.9 4.5 (1.8 - 5.9)
SNC 193 2.6 10.1 34.3 (5.4 - 63.2)
Estomac 183 10.5 13.5 5.8 (4.3 - 9.8)
Colon 345 13.1 15.3 4.0 (3.3 - 4.5)
Sein 159 3.7 10.4 10.4 (8.2 - 12.5)
Col utérin 159 9.8 12.8 4.8 (4.0 - 5.5)
Mélanome 24 4.2 10.7 7.2
Lung 27 9.9 10.5 8.2
30
Marqueurs de proliferation

• Détectés par IHC
• Ki67
• proteine nucléaire associée aux cell.
  proliférantes
• Facteur pronostique
• DNA polymérases
• PCNA, auxillaire de la DNA polymérase
• Mesure de la fraction de cell. En phase S
• Cyclines, en particulier la cycline D1 (Cancer du
  sein)
• Histones H3 (Phase S) et H4
• Marquage des régions organisatrices du nucléoles
  (argyrophiles)

31
Hétérogénéité de la prolifération au sein dune
même tumeur

• La prolifération cellulaire est différente dune
  région tumorale à lautre
• Dépend étroitement de la vascularisation
  (Tannock, 1968)
• Les cell. Proches des Vx prolifèrent
• et la GF diminue au fur et à mesure quon
  séloigne des capillaires

32
Implications cliniques

• Cinétique tumorale facteur pronostique ?
• Implications pour les traitements

33
POTENTIAL DOUBLING TIME
T pot Doubling time of clonogens cells
in the absence of cell loss
Best predictor of tumor capacity for repopulation
34
MEASURE OF THE T pot
In vivo measurement
IV Infusion of BrdUrd Biopsy of the tumor 4 to 8
hours after BrdUrd Cellular preparation with
anti-BrdUrd MoAb and propidium iodide Flow
cytometry
LI Labelling index of cells incorporating
BrdUrd
Ts duration of DNA phase S
T pot ? Ts/LI
35
EORTC STUDY
Begg, IJROBP, 1990
Randomized study beetween Conventional RT and
hyperfractionation
T pot was analysed in 53 pts
Results
Ts 10,7 hours ( 4.7) LI 11.7 T pot
4,5 days
36
EORTC STUDY
Correlation beetween Tpot and Local control
Tpot 4.6 d
Tpotgt4.6 d
8/11 72,7 3/4 75
Conventional RT Hyperfractionation
2/6 33,3 5/9 55,5
NS
37
CORRELATION OF THE T potWITH LOCAL CONTROL
Oropharyngeal cancers
J. Bourhis, IJROBP, 1993
48 Pts
ns
38
J. Bourhis, IJROBP, 1993
T pot
Oropharyngeal cancers T2 stage 25 pts
plt0.05
LI
plt0.01
39
Marqueurs cinétiquesune réelle valeur
pronostique ?

• Compilation des séries de 11 centres dans les
  cancers ORL (Begg, Radioth. Oncol., 1999)
• Tpot aucune valeur pronostique
• LI valeur pronostique en univariée
• Qui disparaît en multivariée

Abandon de la technique
40
Paramètres cinétiques(Begg, Radioth. Oncol.,
1999)
476 pts Cancers ORL
41
Cancer de prostateIntérêt de la vélocité du PSA
Item 1 Item 2 Item 3 Item 4 Item 5 Item 6 Item
7 Item 8 Item 9
261,1,2,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0
Après Chirurgie
Après Radiothérapie
DAmico, NEJM, 351 125-135, 2004
DAmico, JAMA, 294 440-447, 2005
42
Implications pour les traitements

• Chimiothérapie
• Radiothérapie

Durée de traitement
Permet à la tumeur de croître entre les cycles ou
les séances
Chimiothérapie concept de dose-intensité Radiothé
rapie étalement
43
Carcinoma of the Larynx
J. Overgaard, Acta Oncologica, 1988
Frequency of local tumour control and late
radiation morbidity
Tumour control
Late oedema
Fistula
Schedule
21 62 247 536
236 219 7521 928
57 Gy daily rad. 60 Gy daily rad. 68 Gy
split-course 72 Gy split-course
633 744 618 736
44
Head and Neck CancersInfluence of radiation
schedule
Amdur, IJROBP, 1989
45
LITTERATURE REVIEW OF CORRELATIONBEETWEEN LOCAL
CONTROLAND OVERALL TREATMENT TIME
JF. Fowler, IJROBP, 1992
12 published clinical results have been reviewed
A significant loss of local control was
observed with prolongation of radiotherapy
Loss of local control per week 14 3-25
46
LOSS OF LOCAL CONTROLIN HEAD AND NECK
CANCERSFOR A ONE WEEK PROLONGATION
Authors
Site
n
Loss /wk
Larynx Head and neck Larynx Oropharynx Tonsil Tong
ue Larynx Head and neck Larynx Larynx Head and
neck Sup larynx
473 161 310 140 466 31 92 426 52 1012 468 203
Taylor Amdur Maciejewski CC Wang Bataini Mendehall
Overgaard Pajak Budihna Barton Parsons Hoekstra
15-25 21 20 Avg 20 14 9-14 12 12 Avg12 12 9 3
47
Effet de la repopulation tumorale entre les
cycles de chimiothérapie
D'après Tannock, Lancet-Oncology, Octobre 2000
0
3
6
9
12
semaines
0
3
6
9
12
semaines
80 des cellules tuées par cycle
95 des cellules tuées par cycle
48
Modifications du fractionnement
Fractionnement standard 5 x 2 Gy/ semaine 70 Gy
lt------gt 7 semaines Fractionnement accéléré
Dose identique, en moins de temps But combattre
la repopulation tumorale Hyperfractionnement
Augmentation de la dose totale en diminuant la
dose par fraction (utiliser au maximum l effet
différentiel) Tumeur/tissu sain Etalement
identique
49
Etude DAHANCA
Overgaard, Lancet, 2003
1485 pts inclus Cancers ORL traités par
Radiothérapie exclusive 66-68 Gy Randomisés
entre - 6 jours par semaine ou - 5 jours
par semaine (traitement le samedi)
50
Etude RTOG (Fu IJROBP, 2000)
70 Gy 35F 7 wks
CF
81.6 Gy 68F 6.8 wks
HFX
67.2 Gy 42F 6 wks
AFX-S
72 Gy 42 F 6 wks
AFX - CB
51
Etude RTOG (Fu IJROBP, 2000)
52
Traitements accélérés Principaux essais de Phase
III
n
Stades
Etalement (semaines)
Dose totale (Gy)
Contrôle local ()
Survie
82 512 918 1485 100 268
50 45 59 46 48 48 66 57 82 37 58 34
III-IV T2-T4 T2-T4 T1-T4 T2-T4 T3-T4
3,5 6,5 5 7 12 jours 4 5,5 6,5 5 7 3 7
66 66 72 70 54 66 68 68 68 68 62-64 70
- - 27 25 43 43 72 65 78 32 - -
Vancouver EORTC CHART DAHANCIA
6-7 CAIR GORTEC

Différence significative
Survie spécifique
53
Radiothérapie accélérée Principaux essais de
Phase III
Contrôle tumoral
Toxicité tardive
Très accéléré / dose totale identique
Très accéléré / dose totale diminuée
Accéléré / dose totale identique
Modéremment accéléré / dose totale identique
54
Cinétique cellulaire
Un composant fondamental de la réflexion en
cancérologie