The humanized mouse : study model of anti-cancer immunotherapy

Actuellement l'immunothérapie révolutionne le traitement du cancer, en basculant la stratégie de traitement du ciblage de la tumeur vers le ciblage du système immunitaire. Le blocage des points de contrôle immunitaire avec des anticorps anti-CTLA-4, anti-PD1 et anti-PD-L1 a donné des résultats cliniques impressionnants, mais le taux de réponse reste faible. Il est donc essentiel de mieux comprendre leurs mécanismes d'action, d'identifier les biomarqueurs de réponse et de toxicité, et d'évaluer des combinaisons thérapeutiques. De telles études mécanistiques et précliniques nécessitent d'optimiser des modèles murins adaptés. A ces fins, mon travail de thèse à consisté à mettre en place des modèles de souris humanisées dans lesquels des souris immunodéficientes sont greffées avec des cellules tumorales et immunitaires humaines afin d'étudier des approches d'immunothérapie, en monothérapie ou en combinaison avec d'autres traitements. Nous avons évalué la prise de greffe de lignées cellulaires tumorales et de xénogreffes dérivées de patients (PDX), dans différentes souris receveuses reconstituées, soit avec des cellules souches hématopoïétiques (CSH) de sang de cordon ombilical, soit avec des cellules mononuclées du sang humain (PBMC). Nous avons observé que l'injection de CSHs génère plusieurs sous populations de cellules immunitaires (cellules myéloïdes, lymphocytes T et B, cellules NK), détectables à partir de 4 semaines ; tandis que l'injection de PBMCs génère principalement des lymphocytes T, détectables à partir de 1 semaine. Dans ce dernier modèle, la reconstitution lymphocytaire est associée à un effet anti-tumoral, mais est aussi accompagnée du développement de la maladie du greffon contre l'hôte. Les deux modèles présentent des avantages et des inconvénients pour l'évaluation des immunothérapies du cancer, qui sont discutés dans ma thèse. En utilisant ces modèles, nous avons évalué l'effet thérapeutique d'un anticorps anti-PD1, utilisé en clinique, sur des lignées de cellules tumorales ou sur des PDXs de différents types de tumeurs. Nous avons observé une hétérogénéité dans la réponse au traitement, reflétant l'observation clinique des patients répondeurs et non-répondeurs. Finalement, afin d'évaluer l'intérêt des souris humanisées pour l'étude des combinaisons thérapeutiques, nous avons testé une thérapie anti-PD1 associée avec une thérapie ciblée dans le cancer de la vessie. Nos résultats, identifiant les atouts et les limitations des souris humanisées, démontrent la pertinence de ces nouveaux modèles pour l'évaluation des thérapies en immuno-oncologie et ouvrent des perspectives dans l'étude des combinaisons thérapeutiques.Immunotherapy is revolutionizing cancer treatment by shifting the treatment strategy from targeting the tumor to targeting the immune system. The blockade of immune checkpoints with anti-CTLA-4, anti-PD1 and anti-PD-L1 antibodies shows impressive clinical results. However, the response rate remains low. It is therefore essential to better understand the mechanisms of action of these therapies, to identify biomarkers of response and toxicity, and to evaluate therapeutic combinations. Such mechanistic and preclinical studies require the optimization of adapted murine models. For these purposes, my PhD work has focused on the development of humanized mouse models, in which immunodeficient mice are grafted with human tumor (cell lines or patient derived xenografts) and immune cells to study different immunotherapy approaches. In humanized mouse models, the human immune cell compartment can be reconstituted from either hematopoietic stem cells (HSC) from umbilical cord blood or with mononuclear cells from human blood (PBMC). We have observed that the injection of HSCs generates several subpopulations of immune cells (myeloid cells, T and B lymphocytes, NK cells), detectable from 4 weeks; while the injection of PBMCs mainly generates T lymphocytes, detectable from 1 week. In the latter model, lymphocyte reconstitution is associated with an anti-tumor effect, but is also accompanied by the development of graft-versus-host disease. Both models have advantages and disadvantages for the evaluation of cancer immunotherapies, which are discussed in my thesis. Using these models, we evaluated the therapeutic effect of a clinically used anti-PD1 antibody on tumor cell lines or on patient derived xenografts of different types of tumors. We observed a heterogeneity in the response to treatment, reflecting the clinical observation of responder and non-responder patients. Finally, in order to evaluate the interest of humanized mice for the study of therapeutic combinations, we tested an anti-PD1 therapy associated with a targeted therapy in bladder cancer. Our results, identifying the strengths and limitations of humanized mice, demonstrate the relevance of these new models for the evaluation of immuno-oncology therapies and open perspectives in the study of therapeutic combinations