Abstract FR:

Le cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC) est l'une des rares maladies tumorales, avec mélanome et carcinome vésical, pour lesquelles les médicaments immuno-oncologiques ont conduit à une révolution thérapeutique. Seuls 20 à 30% des patients atteints de CPNPC bénéficient de la monothérapie avec inhibiteurs des points de contrôle immunitaires (ICP) avec des réponses durables, tandis que les combinaisons ont conduit à réponse longue dans jusqu'à 40% des patients. Notre étude vise à mieux caractériser la modulation du microenvironnement tumoral lors d'un traitement ICP, plus ou moins une chimiothérapie concomitante, afin de guider des stratégies d'immunothérapie plus convaincantes. Inspiré par la technologie d'organes sur puce, nous avons reconstitué ex vivo un microenvironnement de tumeur pulmonaire immunocompétent simplifié en réalisant des co-cultures 3D dans des dispositifs microfluidiques. Cette approche nous a permis de réaliser une imagerie en direct et une quantification des effets de l'ICP sur l'écosystème tumoral. L’architecture de la puce se compose de trois micro-chambres parallèles, séparées par des micro-piliers qui permettent le confinement d'un hydrogel biomimétique dans le canal central par capillarité. En co-cultivant des cellules CPNPC et des lymphocytes T cytotoxiques autologues (récoltés à partir des TIL du même patient et amplifiés ultérieurement in vitro), nous pourrions récapituler, visualiser et quantifier une activité cytotoxique efficace et spécifique des cellules T contre les cellules cancéreuses autologues. Pour cela, nous avons développé un nouvel algorithme qui pourrait localiser les cellules cancéreuses et, grâce à un rapporteur fluorescent de l'activité caspase, mesurer leur mort d'une manière spécifique au temps et à l'espace. Dans ces co-cultures 3D, l'activité cytotoxique des cellules T a été renforcée par le traitement avec l'inhibiteur PD-1 et l'inhibiteur PD-L1, reconstituant ainsi sur puce une réponse ICI. De plus, cette méthode nous a permis d'extraire un paramètre, le potentiel d'induction de la mort, qui estime mathématiquement la «contagiosité de la mort» en calculant la proximité dans l'espace et le temps des signaux de mort. Fait intéressant, cette analyse nous a révélé que la mort des cellules cancéreuses causée par la chimiothérapie ou par les cellules T cytotoxiques est contagieuse, alors que dans les conditions témoins, la mort des cellules cancéreuses est stochastique. Cette observation peut avoir des implications biologiques et cliniques, par exemple en ce qui concerne « l'effet spectateur », observé après un traitement de radiothérapie. De plus, afin d'avoir un aperçu moléculaire de l'impact de la co-culture sur les cellules T, en présence ou en l'absence d'ICI, nous avons analysé par cytométrie de flux l'expression de plusieurs marqueurs de cellules T. Après 3 jours de co-culture sur puce, les lymphocytes T ont montré une expression accrue des marqueurs d'activation, tels que CD69 et CD25, ainsi qu'une augmentation de l’expression des marqueurs d'épuisement, notamment PD-1, TIGIT, TIM-3, LAG- 3, CD137 et OX-40. Le couplage de l'analyse d'image et de l'étude de la plasticité des lymphocytes T, nous a permis d'associer pour la première fois l'activité cytotoxique finement quantifiée des lymphocytes T avec leur statut d'activation / épuisement et de décrire un phénotype réactif aux immunothérapies. Dans cette thèse, nous avons démontré que la tumeur-sur-puce peut être exploité pour évaluer l'efficacité des inhibiteurs de points de contrôle immunitaires, potentiellement pour déterminer l'effet de médicaments combinés et enfin pour étudier les mécanismes de résistance primaire des cellules cancéreuses.