Cancer research in need of a scientific revolution: Using 'paradigm shift' as a method of investigation.

International audienceDespite important human and financial resources and considerable accumulation of scientific publications, patents, and clinical trials, cancer research has been slow in achieving a therapeutic revolution similar to the one that occurred in the last century for infectious diseases. It has been proposed that science proceeds not only by accumulating data but also through paradigm shifts. Here, we propose to use the concept of 'paradigm shift' as a method of investigation when dominant paradigms fail to achieve their promises. The first step in using the 'paradigm shift' method in cancer research requires identifying its founding paradigms. In this review, two of these founding paradigms will be discussed: (i) the reification of cancer as a tumour mass and (ii) the translation of the concepts issued from infectious disease in cancer research. We show how these founding paradigms can generate biases that lead to over-diagnosis and over-treatment and also hamper the development of curative cancer therapies. We apply the 'paradigm shift' method to produce perspective reversals consistent with current experimental evidence. The 'paradigm shift' method enlightens the existence of a tumour physiologic-prophylactic-pathologic continuum. It integrates the target/antitarget concept and that cancer is also an extracellular disease. The 'paradigm shift' method has immediate implications for cancer prevention and therapy. It could be a general method of investigation for other diseases awaiting therap

Translation of the ecological trap concept to glioma therapy: the cancer cell trap concept: The cancer cell trap concept.

International audienceViewing tumors as ecosystems offers the opportunity to consider how ecological concepts can be translated to novel therapeutic perspectives. The ecological trap concept emerged approximately half a century ago when it was observed that animals can prefer an environment of low quality for survival over other available environments of higher quality. The presence of such a trap can drive a local population to extinction. The cancer cell trap concept is the translation of the ecological trap into glioma therapy. It exploits and diverts the invasive potential of glioma cells by guiding their migration towards specific locations where a local therapy can be delivered efficiently. This illustrates how an ecological concept can change therapeutic obstacles into therapeutic tools

Fluorescent Tobacco mosaic virus-Derived Bio-Nanoparticles for Intravital Two-Photon Imaging

Multi-photon intravital imaging has become a powerful tool to investigate the healthy and diseased brain vasculature in living animals. Although agents for multi-photon fluorescence microscopy of the microvasculature are available, issues related to stability, bioavailability, toxicity, cost or chemical adaptability remain to be solved. In particular, there is a need for highly fluorescent dyes linked to particles that do not cross the blood brain barrier (BBB) in brain diseases like tumor or stroke to estimate the functional blood supply. Plant virus particles possess a number of distinct advantages over other particles, the most important being the multi-valency of chemically addressable sites on the particle surface. This multi-valency, together with biological compatibility and inert nature, makes plant viruses ideal carriers for in vivo imaging agents. Here, we show that the well-known Tobacco mosaic virus is a suitable nanocarrier for two-photon dyes and for intravital imaging of the mouse brain vasculature

Specific In Vivo Staining of Astrocytes in the Whole Brain after Intravenous Injection of Sulforhodamine Dyes

Fluorescent staining of astrocytes without damaging or interfering with normal brain functions is essential for intravital microscopy studies. Current methods involved either transgenic mice or local intracerebral injection of sulforhodamine 101. Transgenic rat models rarely exist, and in mice, a backcross with GFAP transgenic mice may be difficult. Local injections of fluorescent dyes are invasive. Here, we propose a non-invasive, specific and ubiquitous method to stain astrocytes in vivo. This method is based on iv injection of sulforhodamine dyes and is applicable on rats and mice from postnatal age to adulthood. The astrocytes staining obtained after iv injection was maintained for nearly half a day and showed no adverse reaction on astrocytic calcium signals or electroencephalographic recordings in vivo. The high contrast of the staining facilitates the image processing and allows to quantify 3D morphological parameters of the astrocytes and to characterize their network. Our method may become a reference for in vivo staining of the whole astrocytes population in animal models of neurological disorders

Perfusion, oxygenation and vascular architecture of gliomas : noninvasive evaluation of tumor physiology by magnetic resonance

Contains fulltext : 18734_perfoxanv.pdf (publisher's version ) (Open Access)VI, 145 p

Effets de la photoactivation par irradiation synchroton sur la microvascularisation et sur les tissus cérébraux chez la souris saine ou porteuse d'un gliome (développements en microscopie biphotonique et essais précliniques)

Les tumeurs intracrâniennes font partie des pathologies les plus fréquentes en neurologie après les accidents vasculaires cérébraux et les démences. On estime leur incidence à 10 nouveaux cas par an pour 100000 personnes. Les glioblastomes en sont la forme la plus virulente et malgré les avancées médicales des dernières années leur pronostic demeure très pessimiste. En effet, la médiane de survie est de l'ordre de 12 mois et le taux de survie à 5 ans est seulement de 2%. L'un des enjeux actuels de la recherche en neuro-oncologie est de mettre au point de nouveaux traitements à visée curative. C'est le cas de la thérapie de photoactivation du platine par irradiation synchrotron (PAT-Plat), technique qui a été développée au cours des dernières années et qui a montré des effets curatifs chez des rats porteurs du gliome F98. Dans ce travail de thèse, nous avons cherché à mieux caractériser les effets de la PAT-Plat et de ses différentes modalités (chimiothérapie à base de cisplatine et radiothérapie synchrotron) sur les tissus et la vascularisation cérébrale saine ainsi que sur le gliome F98. La microscopie biphotonique intravitale a été utilisée comme méthode d'observation et notre étude a donné lieu au développement de plusieurs méthodes (observation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE), imagerie de la vascularisation tumorale, marquage des astrocytes et des fibres élastiques en intravital). Nous avons ainsi démontré qu'une irradiation synchrotron (15Gy/79keV) n'entraînait pas d'effets secondaires à court terme (rupture de la BHE, diminution de la perfusion, gliose, ...) dans le cortex pariétal de souris nude. Nous avons également mis en évidence qu'un effet de synergie entre le cisplatine et l'irradiation était à l'origine des effets spectaculaires de la PAT-Plat. Enfin, nous avons souligné qu'outre son action sur les cellules tumorales, la thérapie entraînait une diminution de la perfusion des vaisseaux angiogéniques.Brain tumors are the third most frequent pathology encountered in neurology following stroke and dementia. Approximately 10 new cases are encountered each year in a population of 100.000. Glioblastoma are the most aggressive among brain tumors and despite medical progress they suffer of a poor prognosis (median survival time is 12 months; five years survival rate is 2%). One of the challenges in neuro-oncology is the development of new curative treatments against glioblastoma. One of them, the photoactivation therapy of platinum with synchrotron X-rays (PAT-Plat) was developed during the last years and has shown curative effects in rats bearing the F98 glioma. In the present study, we have attempted to characterize the effects of the PAT-Plat and its different modalities (chemotherapy with cisplatin and synchrotron radiotherapy) on healthy brain tissue and microvasculature as well as on the F98 glioma. Intravital multiphoton microscopy was used as the main imaging tool to investigate the effects of the PAT-Plat and many methodologies were developed (assessement of blood-brain-barrier (BBB) disruption, imaging of tumor microvasculature, staining of astrocytes and elastic fibers). We have shown that a 15Gy/79keV synchrotron irradiation does not induce short term side effects (BBB disruption, diminution of the perfusion, gliosis, ...) in the parietal cortex of nude mice. We have also demonstrated that a synergystic effect between cisplatin and irradiation is at the origin of the effects of the PAT-Plat. Finally, we have shown that the action of the PAT-Plat is not restricted to tumor cells; a decrease in the angiogenic vessels perfusion was also observed in the peritumoral area of the F98 glioma.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Nanoparticules fluorescentes à base de Pluronic (application à l'imagerie intravitale de la vascularisation par microscopie à deux photons et au transport de molécules)

Les chromophores classiques ne sont pas toujours efficaces en absorption à deux photons. Leur faible efficacité nécessite l'utilisation de fortes puissances laser et de grandes concentrations en colorants. Dans ce sens, la microscopie à deux photons in vivo requière le développement de nouvelles stratégies de marquage utilisant des chromophores spécialement dédiés à la microscopie à deux photons. Dans le cadre de collaborations avec des chimistes spécialisés dans la synthèse de molécules à forte section efficace d'absorption à deux photons, différents chromophores ont été synthétisés. Ces molécules organiques sont souvent hydrophobes et ne sont pas utilisables directement pour les applications en biologie. Le travail effectuer ici a consisté à encapsuler ces molécules dans des micelles de copolymères biocompatibles, les Pluronic. Les Pluronic sont des matériaux pouvant s'auto assembler en milieu aqueux sous forme de micelles et permettent de solubiliser des composés hydrophobes. Cette stratégie est déjà utilisé pour permettre de transporter différents composés hydrophobes dans les organismes vivants et a été utilisée ici pour transporter des chromophores ultrasensibles à deux photons dans le sang de manière à imager la vascularisation in vivo.Classic fluorescent dyes are not necessary efficient in two-photon absorption. Their low two-photon absorption efficiency often requires high laser power and important dye concentrations. Therefore, new dyes and other administration strategies need to be developed specifically for intravital two-photon microscopy. In collaboration with chemists, specialized in the synthesis of molecules with a high two-photon absorption cross-section, different dyes have been synthesized. Most of these dyes are hydrophobic and not directly suitable for biological applications. The work presented in this thesis consisted of encapsulating hydrophobic molecules in biocompatible Pluronic block copolymers. In water, Pluronic unimers with hydrophobic and hydrophilic blocks self-assembled in hydrophilic micelles forming a hydrophobic core around the molecules. This strategy has been used already for the transport and delivery of different hydrophobic molecules in living organism. In the present study, this strategy has been transposed to transport ultra sensitive two-photon dyes in the blood plasma for deep vascular imaging in vivo.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Glioma resection and tumor recurrence : back to Semmelweis.

International audienceNo abstrac

Effets de la radiothérapie par microfaisceaux synchrotron sur la microvascularisation cérébrale saine et tumorale chez la souris

La radiothérapie par microfaisceaux (MRT) est une nouvelle forme de radiochirurgie des tumeurs cérébrales utilisant les rayons X produits par un synchrotron. Elle est basée sur un fractionnemènt spatial du faisceau incident en microfaisceaux de quelques dizaines de micromètres de largeur et permet de délivrer des doses de radiation extrêmement élevées (plusieurs centaines de Gy) sans induire de dégâts tissulaires importants dans les tissus bordant la lésion. Dans ce travail, nous avons pu montrer que l'irradiation en mode microfaisceau n'induisait pas de modification des paramètres morphométriques du réseau vasculaire cérébral de la souris nude (densité de vaisseaux, volume sanguin) au cours des 3 premiers mois qui suivent une irradiation à 312 ou 1000 Gy. Le réseau vasculaire reste par ailleurs perfusé quelque soit la dose déposée. Une augmentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique a pu être mise en évidence entre la 12ème heure et le 12ème jour après une irradiation à 1000 Gy. Cependant, l'œdème cérébral détecté à la phase aigue après exposition et associé avec une augmentation significative du contenu cérébral en eau, semble être rapidement résorbé. L'absence de dommages vasculaires importants au niveau des tissus cérébraux sains assurerait un maintien de l'apport en oxygène et nutriments aux tissus irradiés et permettrait d'expliquer la résistance surprenante des tissus sains face à la l'irradiation microfaisceau. Par ailleurs nous avons montré que la MRT augmentait significativement la médiane de survie de souris nude porteuses de gliosarcomes 9L. Cependant, il semble que la MRT, dans les conditions dans lesquelles elle a été utilisée dans cette étude, n'ait qu'un effet limité sur le réseau vasculaire tumoral, puisque aucune modification du volume sanguin ou de l'index de taille des vaisseaux (mesurés par IRM) n'a pu être mise en évidence après MRT. En revanche, une augmentation de la perméabilité vasculaire tumorale, détectée 24h après irradiation, pourrait être exploitée afin de délivrer spécifiquement des chimio-agents à la lésion via le système circulatoire. Les paramètres d'irradiation devraient être optimisés afin de cibler au mieux le tissu vasculaire tumoral et d'augmenter encore l'index thérapeutique de la radiothérapie par microfaisceaux.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF