Pertinence et validations préclinique et clinique du modèle spontané canin de mélanome dans le développement thérapeutique en oncologie

Pharmaceutical development is a long and fastidious process. In fact, each drug candidate has to meet with a certain safety criteria list, pharmacokinetic and pharmacodynamics profiles need to be determined prior to first use in humans and market approval.For years, the pharmaceutical industry has been suffering from a lack of innovative molecules and thus despite the efforts and cost increases in R&D programs. And most novel drug candidates entering clinical trials fail to reach approval, largely because preclinical models used in development do not provide adequate information about their efficacy or toxicity. That’s why; more predictive models of efficiency in oncology, shaping more precisely the human pathology are needed.The study of novel drug candidates in dogs with naturally occurring tumors allows drug assessment in neoplasms sharing many fundamental features with its human counterparts, and thus provides an opportunity to answer questions guiding the cancer drug development path in ways not possible in more conventional models. Moreover, the strong homologies in clinical presentation, morphology, and overall biology between dogs and their human counterparts make companion animals a good model to investigate tumor process from ætiology to tailored treatments.The aim of this project was to validate the canine spontaneous tumor model, by combining preclinical and clinical approaches, in the comprehension of the underlying mechanisms of cancer from carcinogenesis to drug resistance and tumor dormancy and also the discovery of new tools essential for the prediction, diagnosis clinical follow-up and treatment.Metastatic melanoma is one of the most aggressive forms of cutaneous tumors in humans. It constitutes 4 to 11% of skin malignancies and only 2% of the cancers of the epidermis. These highly immunogenic tumors hold a severe prognosis when metastasized and contribute to an immune anti-tumor reaction which could potentially lead to immune escape and resistance to most standard treatment protocols. And even if the 5-year survival has been improved to 50 – 80% over the past decades, its incidence is still in the rise with 7000 cases and 75% related deaths reported every year in France.In dogs, melanomas are one of the most frequently diagnosed malignancies of the oral cavity. These cancers account for 7% of all malignant tumors in dogs and 160000 reported every year worldwide. It also constitutes one of the most aggressive metastasizing tumors with a median post-surgery survival rate of 173 days.We developed and characterized immunucytochemically, pharmacologically and genomically two canine melanoma cell lines from naturally occurring dog tumors with distinct clinical profiles. A list of genetic alterations of these two profiles has also been established and is in accordance with the published literature, presenting same features as human tumors. And because tumor heterogeneity is responsible of resistance to treatment and relapse, we isolated and investigated cancer stem cell populations in our cell line models in order to identify the linked biomarkers which may constitute future potential targets for the expansion of the oncological therapeutic panel.In conclusion, due to its intact immune system, tumor niche and also because it shares the same environment as we do, the canine patient represent a promising opportunity in the advancement of cancer research, the acceleration of translation process and the setting up of more effective and less toxic molecules with dual benefits for the human and veterinary medicine toward better patient care.En recherche et développement pharmaceutiques un candidat thérapeutique doit passer plusieurs barrières précliniques afin de déterminer certains paramètres pharmacocinétiques et pharmacodynamiques avant toute administration à l’homme. Malgré les efforts investis en R&D ces dernières années, l’industrie du médicament a souffert d’un ralentissement dans le développement de nouvelles molécules innovantes. Car avant sa mise sur le marché, tout candidat doit justifier de la sécurité liée à son utilisation mais aussi de sa balance bénéfice/ risque. Les modèles standards utilisés en développement en oncologie ne sont pas assez prédictifs et bien souvent non-adaptés, avec une niche tumorale inexistante. C’est pourquoi il est aujourd’hui essentiel de travailler sur des systèmes plus sensibles et mimant plus fidèlement la pathologie humaine afin d’obtenir des médicaments plus efficaces et moins toxiques pour une meilleure prise en charge. L’utilisation du modèle spontané de cancers comme approche prédictive en oncologie comparée a été rapportée par plusieurs équipes à travers le monde. En effet, les fortes similitudes au niveau histologique, moléculaire et clinique rapportées entre les tumeurs humaines et canines, font de ce modèle un allié essentiel pour l’optimisation du développement pharmaceutique chez l’homme ayant un bénéfice réciproque à la fois à la médecine humaine et vétérinaire.Chez l’homme, les mélanomes constituent l’une des formes les plus agressives des cancers cutanés. Ils représentent 4 à 11% des néoplasies cutanées et seulement 2% des cancers de l’épiderme. Ce sont des tumeurs très immunogènes et de très mauvais pronostic au stade métastatique contribuant au développement d’une réponse immunitaire anti-tumorale bien souvent responsable d’échappements et de résistances au traitement. Et malgré l’amélioration de 50 à 80% de la survie globale à 5 ans ces vingt dernières années, son incidence ne cesse d’augmenter et environ 7000 cas sont rapportés chaque année en France avec plus de 75% de décès liés à ces tumeurs.Bien que rares, ces tumeurs représentent 7% des cancers diagnostiqués chez le chien et environ 160000 cas sont recensés chaque année au niveau mondial. Sa localisation est buccale dans plus de 50% des cas. C’est aussi l’un des cancers les plus agressifs chez le chien, avec une survie globale post-opératoire de 173 jours associé à des métastases ganglionnaires et pulmonaires le plus souvent.Le but de ce travail a été la validation préclinique et clinique du modèle tumoral spontané canin dans la compréhension des mécanismes de cancérogenèse, de dormance tumorale et de développement thérapeutique. Validation préclinique, dans un premier temps via le développement et la caractérisation de modèles cellulaires et murins de mélanomes canins. Puis, dans un second temps, la validation clinique par le biais d’essais thérapeutiques chez le patient chien.A partir de prélèvements issus de deux profils cliniques distincts, deux lignées cellulaires de mélanome canin ont été développées et caractérisées sur le plan pharmacologique, génomique et fonctionnel. Une liste d’altérations génétiques a été établie sur ces deux profils en accord avec la littérature et présentant des points communs avec la pathologie humaine. De plus, il est bien établi que l’hétérogénéité tumorale est responsable de résistances au traitements conduisant aux rechutes, c’est pourquoi nous nous sommes par la suite intéressés à l’étude des populations souches tumorales au sein de notre modèle et à l’identification de marqueur permettant le ciblage de ces cellules pouvant contribuer ainsi à l’avancement de l’enrichissement de l’arsenal thérapeutique oncologique.En conclusion, le patient chien est doté d’un système immunitaire intact et d’une niche tumorale complète, constituant ainsi un système in-vivo très intéressant pour l’homme, pouvant contribuer à avancer la recherche et améliorer grandement nos connaissances sur cette pathologie

Spontaneous canine melanoma : relevance, preclinical and clinical validations in the human drug development process

En recherche et développement pharmaceutiques un candidat thérapeutique doit passer plusieurs barrières précliniques afin de déterminer certains paramètres pharmacocinétiques et pharmacodynamiques avant toute administration à l’homme. Malgré les efforts investis en R&D ces dernières années, l’industrie du médicament a souffert d’un ralentissement dans le développement de nouvelles molécules innovantes. Car avant sa mise sur le marché, tout candidat doit justifier de la sécurité liée à son utilisation mais aussi de sa balance bénéfice/ risque. Les modèles standards utilisés en développement en oncologie ne sont pas assez prédictifs et bien souvent non-adaptés, avec une niche tumorale inexistante. C’est pourquoi il est aujourd’hui essentiel de travailler sur des systèmes plus sensibles et mimant plus fidèlement la pathologie humaine afin d’obtenir des médicaments plus efficaces et moins toxiques pour une meilleure prise en charge. L’utilisation du modèle spontané de cancers comme approche prédictive en oncologie comparée a été rapportée par plusieurs équipes à travers le monde. En effet, les fortes similitudes au niveau histologique, moléculaire et clinique rapportées entre les tumeurs humaines et canines, font de ce modèle un allié essentiel pour l’optimisation du développement pharmaceutique chez l’homme ayant un bénéfice réciproque à la fois à la médecine humaine et vétérinaire.Chez l’homme, les mélanomes constituent l’une des formes les plus agressives des cancers cutanés. Ils représentent 4 à 11% des néoplasies cutanées et seulement 2% des cancers de l’épiderme. Ce sont des tumeurs très immunogènes et de très mauvais pronostic au stade métastatique contribuant au développement d’une réponse immunitaire anti-tumorale bien souvent responsable d’échappements et de résistances au traitement. Et malgré l’amélioration de 50 à 80% de la survie globale à 5 ans ces vingt dernières années, son incidence ne cesse d’augmenter et environ 7000 cas sont rapportés chaque année en France avec plus de 75% de décès liés à ces tumeurs.Bien que rares, ces tumeurs représentent 7% des cancers diagnostiqués chez le chien et environ 160000 cas sont recensés chaque année au niveau mondial. Sa localisation est buccale dans plus de 50% des cas. C’est aussi l’un des cancers les plus agressifs chez le chien, avec une survie globale post-opératoire de 173 jours associé à des métastases ganglionnaires et pulmonaires le plus souvent.Le but de ce travail a été la validation préclinique et clinique du modèle tumoral spontané canin dans la compréhension des mécanismes de cancérogenèse, de dormance tumorale et de développement thérapeutique. Validation préclinique, dans un premier temps via le développement et la caractérisation de modèles cellulaires et murins de mélanomes canins. Puis, dans un second temps, la validation clinique par le biais d’essais thérapeutiques chez le patient chien.A partir de prélèvements issus de deux profils cliniques distincts, deux lignées cellulaires de mélanome canin ont été développées et caractérisées sur le plan pharmacologique, génomique et fonctionnel. Une liste d’altérations génétiques a été établie sur ces deux profils en accord avec la littérature et présentant des points communs avec la pathologie humaine. De plus, il est bien établi que l’hétérogénéité tumorale est responsable de résistances au traitements conduisant aux rechutes, c’est pourquoi nous nous sommes par la suite intéressés à l’étude des populations souches tumorales au sein de notre modèle et à l’identification de marqueur permettant le ciblage de ces cellules pouvant contribuer ainsi à l’avancement de l’enrichissement de l’arsenal thérapeutique oncologique.En conclusion, le patient chien est doté d’un système immunitaire intact et d’une niche tumorale complète, constituant ainsi un système in-vivo très intéressant pour l’homme, pouvant contribuer à avancer la recherche et améliorer grandement nos connaissances sur cette pathologie.Pharmaceutical development is a long and fastidious process. In fact, each drug candidate has to meet with a certain safety criteria list, pharmacokinetic and pharmacodynamics profiles need to be determined prior to first use in humans and market approval.For years, the pharmaceutical industry has been suffering from a lack of innovative molecules and thus despite the efforts and cost increases in R&D programs. And most novel drug candidates entering clinical trials fail to reach approval, largely because preclinical models used in development do not provide adequate information about their efficacy or toxicity. That’s why; more predictive models of efficiency in oncology, shaping more precisely the human pathology are needed.The study of novel drug candidates in dogs with naturally occurring tumors allows drug assessment in neoplasms sharing many fundamental features with its human counterparts, and thus provides an opportunity to answer questions guiding the cancer drug development path in ways not possible in more conventional models. Moreover, the strong homologies in clinical presentation, morphology, and overall biology between dogs and their human counterparts make companion animals a good model to investigate tumor process from ætiology to tailored treatments.The aim of this project was to validate the canine spontaneous tumor model, by combining preclinical and clinical approaches, in the comprehension of the underlying mechanisms of cancer from carcinogenesis to drug resistance and tumor dormancy and also the discovery of new tools essential for the prediction, diagnosis clinical follow-up and treatment.Metastatic melanoma is one of the most aggressive forms of cutaneous tumors in humans. It constitutes 4 to 11% of skin malignancies and only 2% of the cancers of the epidermis. These highly immunogenic tumors hold a severe prognosis when metastasized and contribute to an immune anti-tumor reaction which could potentially lead to immune escape and resistance to most standard treatment protocols. And even if the 5-year survival has been improved to 50 – 80% over the past decades, its incidence is still in the rise with 7000 cases and 75% related deaths reported every year in France.In dogs, melanomas are one of the most frequently diagnosed malignancies of the oral cavity. These cancers account for 7% of all malignant tumors in dogs and 160000 reported every year worldwide. It also constitutes one of the most aggressive metastasizing tumors with a median post-surgery survival rate of 173 days.We developed and characterized immunucytochemically, pharmacologically and genomically two canine melanoma cell lines from naturally occurring dog tumors with distinct clinical profiles. A list of genetic alterations of these two profiles has also been established and is in accordance with the published literature, presenting same features as human tumors. And because tumor heterogeneity is responsible of resistance to treatment and relapse, we isolated and investigated cancer stem cell populations in our cell line models in order to identify the linked biomarkers which may constitute future potential targets for the expansion of the oncological therapeutic panel.In conclusion, due to its intact immune system, tumor niche and also because it shares the same environment as we do, the canine patient represent a promising opportunity in the advancement of cancer research, the acceleration of translation process and the setting up of more effective and less toxic molecules with dual benefits for the human and veterinary medicine toward better patient care

Aggressiveness potential of spontaneous canine mucosal melanoma can dictate distinct cancer stem cell compartment behaviors in regard to their initial size and expansion abilities

International audienc

Isolation and characterization of two canine melanoma cell lines new models for comparative oncology

International audienceBackground: Metastatic melanoma is one of the most aggressive forms of cancer in humans. Among its types, mucosal melanomas represent one of the most highly metastatic and aggressive forms, with a very poor prognosis. Because they are rare in Caucasian individuals, unlike cutaneous melanomas, there has been fewer epidemiological, clinical and genetic evaluation of mucosal melanomas. Moreover, the lack of predictive models fully reproducing the pathogenesis and molecular alterations of mucosal melanoma makes its treatment challenging. Interestingly, dogs are frequently affected by melanomas of the oral cavity that are characterized, as their human counterparts, by focal infiltration, recurrence, and metastasis to regional lymph nodes, lungs and other organs. In dogs, some particular breeds are at high risk, suggesting a specific genetic background and strong genetic drivers. Altogether, the striking homologies in clinical presentation, histopathological features, and overall biology between human and canine mucosal melanomas make dogs invaluable natural models with which to investigate tumor development, including tumor aetiology, and develop tailored treatments.Methods: We developed and characterized two canine oral melanoma cell lines from tumors isolated from dog patients with distinct clinical profiles; with and without lung metastases. The cells were characterized using immunohistochemistry, pharmacology and genetic studies.Results: We have developed and immunohistochemically, genetically, and pharmacologically characterized. Two cell lines (Ocr_OCMM1X and Ocr_OCMM2X) were produced through mouse xenografts originating from two clinically contrasting melanomas of the oral cavity. Their exhaustive characterization showed two distinct biological and genetic profiles that are potentially linked to the stage of malignancy at the time of diagnosis and sample collection of each melanoma case. These cell lines thus constitute relevant tools with which to perform genetic and drug screening analyses for a better understanding of mucosal melanomas in dogs and humans.Conclusions: The aim of this study was to establish and characterize xenograft-derived canine melanoma cell lines with different morphologies, genetic features and pharmacological sensitivities that constitute good predictive models for comparative oncology. These cell lines are relevant tools to advance the use of canine mucosal melanomas as natural models for the benefit of both veterinary and human medicine

Synthesis and Biological Evaluation of <i>N</i>‑[2-(4-Hydroxyphenylamino)-pyridin-3-yl]-4-methoxy-benzenesulfonamide (ABT-751) Tricyclic Analogues as Antimitotic and Antivascular Agents with Potent in Vivo Antitumor Activity

Benzopyridothiadiazepine (<b>2a</b>) and benzopyridooxathiazepine (<b>2b</b>) were modified to produce tricyclic quinazolinone <b>15</b>–<b>18</b> or benzothiadiazine <b>26</b>–<b>27</b> derivatives. These compounds were evaluated in cytotoxicity and tubulin inhibition assays and led to potent inhibitors of tubulin polymerization. <i>N</i>-[2­(4-Methoxyphenyl)­ethyl]-1,2-dihydro-pyrimidino­[2,1-<i>b</i>]­quinazolin-6-one (<b>16a</b>) exhibited the best <i>in vitro</i> cytotoxic activity (GI₅₀ 10–66.9 nM) against the NCI 60 human tumor cell line and significant potency against tubulin assembly (IC₅₀ 0.812 μM). In mechanism studies, <b>16a</b> was shown to block cell cycle in G2/M phase and to disrupt microtubule formation and displayed good antivascular properties as inhibition of cell migration, invasion, and endothelial tube formation. Compound <b>16a</b> was evaluated in C57BL/6 mouse melanoma B16F10 xenograft model to validate its antitumor activity, in comparison with reference ABT-751 (<b>1</b>). Compound <b>16a</b> displayed strong <i>in vivo</i> antitumor and antivascular activities at a dose of 5 mg/kg without obvious toxicity, whereas <b>1</b> needed a 10-fold higher concentration to reach similar effects