Projet ANR-10-BLAN-1508 – MOTUS : Métastases Osseuses Traitées par UltraSons et un bisphosphonate
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur MELODELIMA David (INSERM- DELEGATION DE LYON)
Partenaires : Applications des Ultrasons A la Thérapie; Mécanismes et Traitements des Métastases Osseuses des Tumeurs Solides; Université Claude Bernard - Lyon 1
Montant : 299965.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Métastases Osseuses Traitées par UltraSons et un bisphosphonateEffets antitumoraux obtenus sur des métastases osseuses de cancers du sein en combinant un bispohosphonate (acide zolédronique) avec un traitement par ultrasons
Contexte et objectifsLes métastases osseuses sont des complications fréquentes des cancers du sein. Elles sont responsables, de complications qui peuvent engager le pronostic vital ou aggraver rapidement la qualité de vie des patients. Ces métastases osseuses sont ostéolytiques, c’est-à-dire qu’elles provoquent une destruction osseuse. L’ostéolyse est la conséquence d’une stimulation de l’activité des ostéoclastes et d’une inhibition de l’activité des ostéoblastes par les cellules métastatiques. Les bisphosphonates sont des agents pharmacologiques qui inhibent l’activité des ostéoclastes mais n'agissent pas directement sur la tumeur aux doses prescrites. L'observation expérimentale d'une action antitumorale des bisphosphonates est décrite à des doses qui ne sont pas cliniquement acceptables.L'hypothèse de ce programme de recherche est que sous l'action des ultrasons, utilisés à des doses cliniquement acceptables, il est possible de favoriser la biodisponibilité et la pénétration des bisphosphonates dans la tumeur, induisant ainsi un effet antitumoral direct. La démonstration d'une telle possibilité thérapeutique permettrait d’ouvrir de nouvelles voies dans la prise en charge des métastases osseuses provenant de cancers du sein. Il est particulièrement approprié d’utiliser les ultrasons car il s’agit d’un rayonnement non ionisant pouvant induire une pénétration de médicaments dans les cellules ciblées. Une première étude de faisabilité in vivo a mis en évidence une pénétration accrue de bisphophonates dans les tumeurs et un effet antitumoral sous l'effet des ultrasons.Les objectifs sont:1- Comprendre les mécanismes mis en jeu dans un tel processus de potentialisation impliquant les ultrasons et les bisphophonates dans un contexte tumoral2- Mener des études précliniques sur l’animal pour tester les traitements (paramètres ultrasonores et doses de bisphosphonates) pour ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques dans la prise en charge des métastases osseuses provenant de cancers du sein.
Méthodes et résultatsDes ultrasons de faible intensité étaient utilisés pour produire une hyperthermie en combinaison avec un bisphosphonate (acide zolédronique). Une seule dose d’acide zolédronique, correspondant à une dose clinique, était combinée à une seule application ou à une application quotidienne du traitement ultrasonore. Les résultats étaient comparés avec un groupe témoin, un traitement avec uniquement les ultrasons ou uniquement la dose de bisphosphonate. Les effets thermiques étaient produits avec un transducteur ultrasonore plan fonctionnant à 2,9 MHz en utilisant une puissance acoustique de 7 watts délivrée de manière continue pour augmenter la biodisponibilité du bisphosphonate. Les traitements ultrasonores duraient 30 minutes. Une seule dose d’acide zolédronique était injectée et combinée avec une application quotidienne d’ultrasons durant deux semaines. L’efficacité des traitements était analysée par radiographie, anatomopathologie et histomorphométrie. Des dosages sériques permettaient également de doser les marqueurs de la résorption et de la formation osseuse.
Résumé de la soumission : Les métastases osseuses sont des complications fréquentes de nombreux cancers et notamment du cancer du sein. Ainsi, 90% des personnes décédant d’un cancer du sein présentent des métastases osseuses dites ostéolytiques. La formation de telles métastases est consécutive à une stimulation par les cellules métastatiques de l’activité des ostéoclastes. Il en résulte une ostéolyse maligne qui se traduit par une résorption osseuse accrue. Une diminution et une fragilisation de la masse osseuse est alors observée. Ces métastases peuvent engager le pronostic vital des patientes mais elles entraînent surtout une réduction drastique de leur qualité de vie à la suite des nombreuses complications quelles engendrent. Les traitements actuels ne permettent pas de traiter complètement les patientes atteintes de métastases osseuses. En revanche, il a été montré que les bisphosphonates, qui sont des agents pharmacologiques ayant une forte affinité pour le minéral osseux, réduisent les complications associées aux métastases osseuses et sont largement utilisés comme traitement palliatif. Leurs effets bénéfiques sont pour l’instant attribués à leur capacité à inhiber l’activité des ostéoclastes et donc à interrompre l’ostéolyse maligne. Des effets anti-tumoraux ont également été observés mais à des doses non utilisables en clinique. Ce système complexe est à l’étude au niveau préclinique, notamment au sein de l’unité 664 de l’INSERM.Nous cherchons à présent à augmenter l’effet antitumoral des bisphosphonates en les combinant avec des agents physiques ayant la capacité d’agir de manière synergique pour obtenir une activité anti-tumorale. C’est dans cette optique que notre stratégie s’oriente vers la potentialisation de l’action des bisphosphonates avec les ultrasons, afin d’ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques. Il est particulièrement approprié d’utiliser les ultrasons comme agent physique car il s’agit d’un rayonnement non ionisant pouvant induire, par effet thermique et/ou mécanique, une pénétration de médicaments dans les cellules ciblées et une activité ostéogénique accrue. Il s’agit d’un aspect thérapeutique nouveau dans le domaine des ultrasons et dont l’utilisation apparaît comme particulièrement prometteuse dans le cadre de ce projet de recherche. L’unité 556 de l’INSERM (U556) possède une expertise reconnue dans ce domaine, notamment pour les applications des ultrasons en cancérologie. L’utilisation d’ultrasons en combinaison avec un bisphosphonates pour la thérapie des métastases osseuses n’a jamais été suggérée mais semble être une approche prometteuse. En effet, une étude préliminaire, financée durant un an en 2009 par le programme « Projets transversaux » de l’Institut Fédératif de Recherche 62 nous a permis de mettre en évidence sur un petit nombre d’animaux l’existence d’une interaction synergique entre les ultrasons et une dose clinique de bisphosphonates pour induire un blocage de la croissance tumorale et même un effet anti-tumoral. L’objet de ce nouveau projet dans le cadre d’un programme ANR blanc est double :1-	Comprendre les mécanismes mis en jeu afin de pouvoir optimiser les traitements2-	Mener des études précliniques sur l’animal pour tester les traitements (paramètres ultrasonores et doses de bisphosphonates) pour ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques dans la prise en charge des métastases osseuses provenant de cancers du sein.L’expérience de deux laboratoires INSERM, l’un spécialisé dans la recherche sur les mécanismes et les traitements des métastases osseuses des tumeurs solides et l’autre sur les applications thérapeutiques des ultrasons sera une force pour mener à bien ce projet.
Résultats : Lors d’une étude récente, nous avons comparé huit modalités de traitement pour optimiser l’inhibition de la croissance tumorale sur un modèle de métastases osseuses murin. Les analyses radiographiques conduites le jour précédent le début des traitements montraient que toutes les souris présentaient des lyses osseuses homogènes (0.58 ± 0.15 mm2) sans différences statistiques entre les groupes. Après deux semaines de traitements, les souris traitées uniquement avec le bisphosphonate présentaient des lyses osseuses 55% plus petites que les souris du groupe témoin (p<0,05). Les souris traitées uniquement avec les ultrasons présentaient des lyses osseuses comparables à celles du groupe témoin (p=0,65). Une dose de bisphosphonate combinée à un seul traitement ultrasonore n’induisait pas de différence sur les lyses osseuses par rapport aux souris traitées uniquement avec une dose de bisphosphonates (p=0,30). Il est important de noter que les souris traitées en associant une dose de bisphophonate à un traitement ultrasonore quotidien répété durant deux semaines présentaient très peu de lyses osseuses. Celles-ci étaient 81% plus petites que celles du groupe témoin (p<0,01) et 58% plus petites que celles des souris appartenant au groupe traité uniquement par une dose de bisphosphonate (p<0,01). Une autre conclusion importante de ces premiers résultats est que les doses de bisphosphonates et les paramètres de traitement ultrasonores sont cliniquement acceptables , permettant d’envisager une transposition clinique de ce travail.
Perspectives : Des travaux complémentaires sont nécessaires pour comprendre les mécanismes physique et/ou biologiques responsables de l’effet antitumoral observe. Cette compréhension permettra d’optimiser cette nouvelle approche thérapeutique. Une utilisation clinique de cette méthode de traitement n’est pas concevable sans cette maîtrise.
Publications et brevets : 1.	Low Intensity Ultrasound Substantially Improves the Efficacy of Bisphosphonate Zoledronic Acid in the Treatment of Breast Cancer Bone Metastases in Animals. 2011. 11th International Symposium on Therapeutic Ultrasound, New-York, USA
2.	Efficacy of Bisphosphonate Zoledronic Acid is Substantially Improved by Low Intensity Ultrasound in the Treatment of Breast Cancer Bone Metastases in Animals. 2011. International Conference on Cancer-Induced Bone Disease, Chicago, USA
3.	Low Intensity Ultrasound associated with Bisphosphonate Zoledronic Acid Decrease Osteolytic Lesions in Breast Cancer Bone Metastases. 2012. 12th International Symposium on Therapeutic Ultrasound, Heidelberg, Germany.
4.	Low Intensity Ultrasound Enhances the Bioavailability of a Bisphosphonate Zoledronate in a Breast Cancer Bone Metastases Animal Model. 2012. IEEE Ultrasonic Symposium, Desden, Germany
5.	Zoledronic acid combined with an Ultrasound treatment Achieves Antitumoral Effect in Breast Cancer Bone Metastases. 2012. International Conference on Cancer-Induced Bone Disease, Lyon, France