Traitement concomitant du cancer rectal avec la chimiothérapie basée sur des dérivés de platin et la radiothérapie : études sur la cytotoxicité, la pharmacocinétique et l'effet concomitant in vitro et in vivo

Abstract: Advances in curing rectal cancer came from successful chemoradiotherapy. Platinum-based drugs such as oxaliplatin have also been studied and integrated in treatment strategies against rectal cancer. Although platinum-based drugs can act as radiosensitizers, their radiosensitizing activity is limited by their narrow therapeutic index which avoids the dose escalation. In addition, it is important also to optimize the schedule of drug administration with radiation treatment to gain advantage of drug-radiation interactions and maximize tumor response. We evaluated the new liposomal formulation of cisplatin and oxaliplatin (Lipoplatin and Lipoxal, respectively) that should increase the anticancer effectiveness while minimizing the side effects. We investigated different chemoradiation schedules to assess the best antitumor efficacy with regard to our hypothesis of the "true" concomitant chemoradiotherapy which consist in the addition of radiation at the time of maximum accumulation of platinum in the DNA of cancer cells. We performed in vitro studies using human colorectal carcinoma HCT116, and in vivo using nude mice HCT116 xenograft. Pharmacokinetic studies on platinum accumulation were measured by inductively coupled plasma mass spectrometry. Regarding the results of DNA-platinum concentrations, the synergy with radiation was assessed for in vitro and in vivo studies. Cytotoxicity was determined by a colony formation assay, while the resulting tumor growth delay in animal model was correlated to induction of apoptosis and histophatology analyses. The synergism of combined treatments was evaluated using the combination index method. In this study, a radiosensitizing enhancement was observed with combining radiation treatment with cisplatin, oxaliplatin and their liposomal formulations in both in vitro and in vivo studies. Variations of platinum accumulation with incubation time in normal and tumor tissues and in different cell compartments, as well as platinum-DNA were measured. A higher level of synergism was observed when radiotherapy was performed in vitro at 8 h of exposure and in vivo at 4 and 48 h after drug administration, which corresponded to the times of maximal platinum binding to tumor DNA. These results were correlated to a highest induction of apoptosis and a low mitotic activity. In conclusion, the optimal treatment schedule of chemoradiotherapy is dependent on the time interval between drug administration and radiation, which was closely associated to the kinetics of platinum accumulation to DNA and the intracellular concentration of the platinum drugs. Regarding our hypothesis, administered radiotherapy to the time intervals of maximum synergism could improve efficacy of chemoradiation treatment. This should be confirmed in clinical trials. //Résumé: Les progrès des traitements du cancer colorectal proviennent principalement des succès en chimio-radiothérapie. Toutefois, l'augmentation de l'activité radiosensibilisante du cisplatine et de l'oxaliplatine est principalement limitée par leur toxicité ce qui limite la dose administrée. Par conséquent, l’optimisation de la séquence et de la cédule d’administration entre la chimiothérapie et la radiothérapie devient essentielle pour maximiser l’interaction du rayonnement ionisant et de la chimiothérapie et ainsi optimiser la réponse tumorale. Notre objectif est de développer une cédule optimale de la chimio-radiothérapie pour obtenir la meilleure efficacité anti-tumorale tout en minimisant les effets secondaires aux tissus sains. Pour atteindre ce dernier objectif, nous avons également évalué la nouvelle formulation liposomale de cisplatine et d’oxaliplatine (Lipoplatin™ et Lipoxal™, respectivement) qui ont pour but d'accroitre l'efficacité anticancéreuse tout en réduisant les effets secondaires. Nous avons étudié la séquence optimale de radio-chimiothérapie en lien avec notre hypoThèse de "vraie" concomitance qui favorise l'ajout de rayonnement au moment de l'accumulation maximale de platine dans l'ADN des cellules cancéreuses. Nous avons effectué des études in vitro utilisant le carcinome colorectal humain HCT116, et in vivo sur des souris nue HCT116 xénogreffe. Les études pharmacocinétiques sur l'accumulation de platine ont été mesurées par spectrométrie de masse couplée au plasma induit. La cytotoxicité a été déterminée par un essai de formation de colonie, tandis que le retard de croissance tumorale obtenue en modèle animal est corrélé à l'apoptose et analyses histopathologiques. La synergie des traitements combinés a été évaluée en utilisant l'indice de combinaison. Dans cette étude, nous avons observé une amélioration de la radiothérapie combinée avec le cisplatine, l'oxaliplatine et leurs formulations de liposomes à la fois in vitro et in vivo. Des variations entre l'accumulation du platine dans les cellules cancéreuses, de tissus normaux et tumoraux, ainsi que des adduits du platine à ADN en fonction de la cédule d'administration du médicament ont été observées. Un fort effet concomitant in vitro a été observé lorsque la radiothérapie a été délivrée à 8 h et in vivo à 4 et 48 h après l'administration du médicament, ce qui correspondait au temps de liaison maximale du platine à l'ADN tumoral. L'augmentation de la radiosensibilisation a été corrélée à une élévation de l’apoptose et une réduction de l’activité mitotique. La cédule de traitement optimal de la chimio-radiothérapie dépend de l'intervalle de temps entre l'administration de la radiation et de la drogue, ce qui a été étroitement associé à la cinétique d’accumulation de platine à l’ADN et de leurs concentrations intracellulaires. En conclusion, les meilleurs résultats in vitro et in vivo pourraient être ultérieurement confirmés en essai clinique pour valider ces concepts