HYPOXIE ET RADIOTHERAPIE

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HYPOXIE ET RADIOTHERAPIE

• E. LARTIGAU
• Centre Oscar Lambret
• Lille

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RADIOSENSIBILITE

• Effet oxygène
• Radiosensibilité intrinsèque
• Prolifération cellulaire
• Nombre de cellules clonogènes
• Cassures et réparations
• Contrôle du cycle cellulaire
• Oncogènes et anti-oncogènes

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• LESIONS DE L ADN dépôts dénergie
• énergie absorbée
• Gray J/Kg
• effets biophysiques
• effets biochimiques
• effets biologiques

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Cycle cellulaire

• Redistribution dans le cycle
• Sensibilité variable selon les phases du cycle
• Blocage dans le cycle G2 - M

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BrDu Staining
6
Chronic Hypoxia (HIF-1? staining) in Human Head
Neck Cancers(Aebersold et al, 2001)
HIF-1? staining
Blood vessels
Necrosis
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FACTEUR D AMPLIFICATION DE L OXYGENE
8
CASCADE RADICALAIRE
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• Facteur damplification de loxygène

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pO2 ET RADIOSENSIBILITE

• Hypoxie permanente diffusion
• Hypoxie transitoire perfusion

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Hypoxie chronique et transitoire
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Prédiction de l hypoxie tumorale

• Comment ?
• Multi-paramétrique
• pO2
• Hb
• (imagerie métabolique)

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Prédiction de l hypoxie tumorale

• Comment ?
• Directe - invasive
• - non invasive
• Indirecte - anémie
• - angiogénèse (densité vasculaire)

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Prédiction de l hypoxie tumorale

• Comment ?
• Non invasives
• MNR spectroscopie (MRS)
• PET
• Invasives
• biopsies (marqueurs hypoxiques)
• histographie

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• MESURE DE LA pO2 TUMORALE
• Méthodes invasives
• Polarographie Gold
  standard
• Biopsie après marquage
  (misonidazole, pimonidazole)
• Comet assay
• Méthodes non invasives
• IRM Augmentation du
  signal avec Gado.
• 31P MRS
• PET SCAN 18F Misonidazole ?
  FHV

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• Corrélation différentes méthodes ?
• Polarographie/IRM
• Cooper RA Radiother Oncol 2000
• (col utérin)
• Polarographie/Comet assay
• Aquino-Parsons C Radiother Oncol 1999
• pO2 lt 5 mm Hg/Fraction c. hypoxiques
  (plt.001).

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Polarographe Eppendorf (KIMOC-6650)
18
Eppendorf KIMOC-6650
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Mesures dans une adénopathie cervicale
sonde
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R.R.
Lartigau et al., Cancer 1993
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Modulation sous carbogène
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of pO2 values in N2 N3 nodes
Lartigau et al., Cancer 1993
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• pO2 facteur pronostique
• M. Nordsmark Radiother Oncol 1996, 2000
• 35 patients
• Fraction de valeurs lt 2.5 mmHg
• le important facteur pronostique du contrôle
  loco-rég.

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Uterine cervix carcinomaand Hb level

• Bush, 1986 1 055 patients
• Stage IIb, III

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Anémie et oxygénation tumorale

• Becker, IJROBP, 2000
• 133 patients, SCCHN
• Eppendorf
• 3 groupes Hb lt 11 sévère
• Hb F 11-12 moyenje
• M 11-13
• Hb F gt 12 Hb normale
• M gt 13

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Anemia tumour oxygenation

• severe mild normal
• anemia anemia Hb
• Median pO2 5 13 15
• (mm Hg) (p lt 0,0001)
• Values 55 32 30
• lt 5 mm Hg () (p lt 0,001)
• Becker, 2000

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Anémie et contrôle tumoral

• Warde, 1998, PMH
• 735 patients, T1/T2 glottique
• RTE 50 Gy / 20 fractions / 4 s.
• Suivi 7 ans, 131 rechutes
• Cox model Hb significatif

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Anémie et contrôle tumoral

• Hb Hasard ratio
• (g/dl) (comparé à Hb 15)
• 10 2.6
• 11 2.2
• 12 1.8
• 13 1.5
• 14 1.2 Warde, 1998

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Oxygénation tumorale
Tumeurs effet différentiel
Facteur limitant - radiations -
chimiothérapie
30
(No Transcript)
31
HYPOXIA - APOPTOSIS

• Hypoxia provides a physiological pressure in
  tumours for the expansion of variant cells that
  have lost their apoptotic potential.
• Graeber et al., Nature, 1996

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p53-modulated hypoxic induction of apoptosis in
vivo

• Number of apoptotic cells per 0.01 mm²

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CHIMIO RESISTANCE

• R - HYPOXIE ? R - MDR
• MDR HYPOXIE
• VINCRISTINE -
• ADRIA
• 5-FU -
• CDDP - -
• SAKATA, Br. J. C., 1991

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Potentiel métastatique modulation en fonction
de la pO2 KHT fibrosarcome Young
Hill, 1982
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ANGIOGENESE

• 1960 organes perfusés isolés
• 1976 vitrée de lapin
• 1977 membrane chorioallantoide de poussin
• Théorie mécaniste
• tumeur 1 mm prolifération vascularisation
• éléments nutritifs (glucose) croissance
• néo vaisseaux métastases

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Angiogenesis is Required for Sustained Tumor
Growth
Preclinical evidence Angiogenesis is essential
for sustained tumor growth In animal models,
inhibiting angiogenesis slows or stops tumor
growth Inhibition of angiogenesis limits tumor
cell access to the circulation and prevents
tumor growth at metastatic sites Clinical
evidence Vessel density in the tumor correlates
with progression and survival
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Angiogenic Switch
Angiogenesis
38
L. L. Carcinoma
39
L. L. Carcinoma
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Cancer du seinCorrélation angiogénèse -
métastases

• Etude prospective, 165 patients, suivi 33 mois
• Tumeur primitive, évaluation de la densité
  vasculaire grossissement 200, anti-facteur VIII
• Corrélation entre densité vasculaire et survie
  globale p lt 0.001
• gt 100 micro-vaisseaux DFS 0
• lt 33 micro-vaisseaux DFS 95
• N- survie globale densité p lt 0.001
• survie sans maladie densité p lt 0.001
• Weidner, 1992

41
(No Transcript)
42
ANGIOGENESE ET TUMEURS ORL

• Shpitzer et al, 1996
• T1 cavité buccale
• Chirurgie exclusive
• Récidive / contrôle local
• Anti facteur VIII densité microvaisseaux

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ANGIOGENESE ET TUMEURS ORL

• N 103 40 (x 250)
• N- 50 13 (x 250) p lt 0.05
• Shpitzer, 1996

44
Anemia
Interaction of hypoxia with tumor
characteristics. Adapted from Molls et al
Tumor Hypoxia
? Angiogenesis
? Geneticinstability
?02 regulated protein expression
Tumor metastasis Tumor aggressiveness Tumor
progression
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Hypoxie tumorale

• Augmenter l oxygénation tumorale
• correction de l anémie transfusion, EPO
• O2 transport Hb synthèse, PFC
• O2 dissolution HBO2, carbogène
• Effet vasculaire nicotinamide
• Traitement RT, hyperthermie

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Meta-analysis of hyperbaric oxygen studies
47
Anémie et cancer

• 1 ère étape
• corriger l anémie
• confort
• traitement

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EPREX
end rtx
start rtx
49
R0
Exclusive RT
R 1-2
Henke et al, Lancet, 2003
50
CNS Effects of Epoetin Alfa
Cortical Trauma Model
Epoetin alfa 24 hours before trauma
Saline
Brines ML, et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2000.

51
Molécules "bio-réduites"
Métabolisme pO2 dépendant Activation cytotoxicité
Radiosensibilisation ?? Mitomycine C,
Tirapazamine
52
Addition of a Hypoxic Cytotoxin to Standard
Treatment Exploits Tumor Hypoxia
Proliferation
Capillary
Surviving Fraction
O2
O2
Radiation / Chem. Drug
.
Drug concentration
150
100
50
0
Distance from Capillary (µm)
53
Tirapazamine

• Souris nude
• Lignées humaines (hétérotransplantées)
• - NA11, NEWO mélanomes
• - HRT 18 adénocarcinome rectal
• Drogues - CDDP, Bléomycine
• - 5 FU, VP 16, Déticene
• Pression partielle en oxygène
• - échanges gazeux
• - technique film mince

54
(No Transcript)
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TPZ Potentiates Multifraction Irradiation by
Growth Delay Assay (8 x 2.5 Gy in 4 d)
TPZ
SCCVII tumor
Rad alone
Saline
Etanidazole-Rad
Median Tumor Volume mm3)
TPZ - Rad
Rx
Days after first irradiation
56
EFC5512-TRACEongoing randomized study
(Sanofi/Gortec)
RANDOM I Z E
HN SCCa Stratified by -Primary site -Hgb
level -Stage
550 patients
Radiation 70 Gy/35 Fx
57
Impact of hypoxia in the primary tumour on local
failure (Rishin et al, ASCO 2004)
Hypoxic Tirapazamine
Oxic 5FU
Oxic Tirapazamine
Hypoxic 5FU
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Molécules anti-angiogéniques

• Effet anti vasculaire
• Spécificité anti-tumorale

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Radiation et angiostatine

• Gorski et al., Cancer Research, 1998
• In vivo
• LLC
• 20 Gy, J0 - J1
• Angiostatine 25 mg/m2 J0-J13

60
RETARD A LA CROISSANCE
Gorski et al, Cancer Research, 1998 In vivo,
L.L.C., 20 Gy JO, J1 Angiostatine 25 mg/kg
J0-J13
61
Radiation et VEGF

• Gorski et al., Cancer Research, 1999
• In vitro in vivo
• Lignées murines et humaines
• 40 Gy, anti VEGF
• production de VEGF

62
RADIATIONS ET VEGF
Gorski, 1999
63
Témoin
40 Gy anti VEGF
Gorski et al, Cancer Research, 1999 In vivo,
Murine cell lines, 40 Gy, Anti-VEGF
64
Angiostatine et radiations

• Angiostatine, fragment du plasminogène
• In vivo / in vitro
• - 1 tumeur murine LLC
• - 3 tumeurs humaines
• - Cellules humaines saines
• - endothélium aortique HAELS
• - endothélium veineux HUVECS
• Mauceni, Nature 1998

65
Angiostatine et radiations

• In vitro
• Tumour cell lines
• RT angio RT
• HAEL et HUVEC
• RT lt Angio RT
• Mauceni 98

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RADIATIONS ET VEGF

• In vivo
• Radiations è ä VEGF
• ä VEGF è ä survie endothélium
• Equilibre complexe entre cellules tumorales et
  environnement

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MOLECULES ANTI-ANGIOGENIQUES

• Associations
• - radiations ionisantes
• - drogues cytotoxiques
• - bio-modulateurs
• Futures stratégies combinées

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MOLECULES ANTI-ANGIOGENIQUES

• Synergie
• Séquence
• Effet transitoire
• Action sur les micro-vaisseaux

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• Current approaches targeting tumor hypoxia in
  HNSCC patients
• Danemark Nimorasole to all HNSCC patients
• Accelerated RT
• Osteopontine as predictor
• Netherland Randomized trial,
• Accelerated RT /- Carbogen / nicotinamide
• - Spain RT-CT carbogen
• UK Randomized trial
• RT-CDPP versus RT-nimorasole
• France Randomized trials
• / international RT-CDPP versus RT-CDDP-Tirapazamin
  e

70
PET SCAN 60 Cu ATSMChao KS IJROBP
2001

• FUTUR ?
• RP guidée sur les zones hypoxiques