1re partie : Vers un modèle préclinique plus efficace en immuno-oncologie

La recherche animale a été largement utilisée en oncologie et en onco-pharmacologie pour comprendre les mécanismes qui sous-tendent le développement du cancer et pour mettre au point des traitements anticancéreux efficaces.⁽¹⁾ Cependant, les défis à relever pour transformer les résultats obtenus en laboratoire en critères d'évaluation cliniques concrets sont nombreux et de taille, notamment le choix du modèle approprié pour répondre à des questions immunologiques précises.⁽²⁾ Des organismes tels que la levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae, le ver rond Caenorhabditis elegans, la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, la grenouille Xenopus laevis et le poisson-zèbre Danio rerio ont apporté des contributions importantes à notre compréhension du cancer ; cependant, la souris de laboratoire Mus musculus reste encore aujourd’hui le modèle de prédilection pour concevoir des thérapies spécifiques et évaluer leur efficacité avant les essais cliniques.⁽¹⁾

Les scientifiques disposent désormais d'une gamme de plus en plus large de souris utilisées en recherche préclinique, chacune présentant ses propres atouts et limites.⁽³⁾ Nous passons ici brièvement en revue les modèles les plus pertinents utilisés dans la recherche préclinique sur le cancer.

Modèles de transplantation de lignées cellulaires

Les modèles de transplantation de lignées cellulaires constituent les modèles murins les plus couramment utilisés en onco-immunologie. Ils consistent en des lignées cellulaires cancéreuses murines ou humaines, injectées soit par voie sous-cutanée, soit par voie orthotopique (pour reproduire leur évolution dans un environnement physiologique), soit par voie systémique (pour suivre leur propagation métastatique) chez des souris immunocompétentes.⁽⁴⁾ Ces modèles sont utiles pour étudier la pertinence physiopathologique de l'initiation tumorale in vivo, ainsi que pour les essais précliniques de médicaments.⁽⁵⁾Par exemple, les modèles de transplantation ont apporté des éclairages importants sur les mécanismes de résistance aux médicaments et sur de nouvelles thérapies combinées dans le cancer colorectal.⁽⁶⁾ Cependant, ces modèles ne reflètent pas l'hétérogénéité intra- et inter-tumorale des^{cancers humains¹} en raison de l'homogénéité génétique acquise par les lignées cellulaires au fil de passages in vitrorépétés, et constituent donc de mauvais prédicteurs de la réponse aux traitements.⁽⁷⁾

Xénogreffes issues de patients

Les xénogreffes dérivées de patients (PDX) sont obtenues en transplantant des biopsies tumorales humaines fraîches chez des souris immunodéficientes.⁽⁹⁾ Contrairement aux modèles de transplantation de lignées cellulaires, les PDX préservent l’hétérogénéité intra- et inter-tumorale telle qu’observée chez les patients atteints de cancer, et fournissent des données cliniquement utiles pour diverses tumeurs, notamment le cancer colorectal, le cancer du sein, le cancer du poumon non à petites cellules et le cancer de la prostate.⁽¹⁰⁾ Les PDX étant greffés chez des souris immunodéficientes, elles ne disposent pas d’un système immunitaire adaptatif normal : c’est pourquoi l’utilisation de ces modèles est généralement limitée aux études sur les thérapies par cellules T à récepteurs antigéniques chimériques (CAR-T) et par cellules T modifiées.⁽¹⁰⁾

Modèles murins génétiquement modifiés

Les modèles murins génétiquement modifiés (GEMM) sont des souris immunocompétentes sophistiquées porteuses d'une ou plusieurs mutations constitutives ou inductibles qui entraînent le développement de tumeurs.⁽⁵⁾ Ces modèles ont fourni à la communauté scientifique des informations importantes venant étayer la théorie de l'immunosurveillance, « une fonction physiologique naturelle » qui permet « la reconnaissance et la destruction des cellules transformées avant qu'elles ne se transforment en tumeurs, ainsi que l'élimination des tumeurs une fois celles-ci formées ».^{(11, 12)} Les GEMM reproduisent fidèlement le cancer humain en termes de composition génétique et d’interactions entre les cellules tumorales, le stroma et le microenvironnement tumoral ; à ce titre, ils sont utiles pour identifier les événements à l’origine de la tumeur et ceux qui favorisent sa progression, et revêtent donc une grande importance pour élucider les mécanismes complexes qui sous-tendent la biologie du cancer.⁽¹³⁾ Cependant, les GEMM présentent certaines limites : premièrement, la création et la validation de ces modèles sont laborieuses et coûteuses ; deuxièmement, ces modèles peuvent présenter des mutations imprévues (notamment des « effets hors cible ») causées par les propriétés intrinsèques des méthodes utilisées pour les développer (par exemple, CRISPR/Cas9) ; troisièmement, ces modèles comportent des mutations bialléliques au niveau du site cible et peuvent donc donner lieu à des phénotypes létaux pour l’embryon.^{(14, 15)}

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Modèles murins du système immunitaire humain

Les souris immunocompétentes ont été largement utilisées dans la recherche biomédicale, où elles constituent des outils efficaces pour analyser les réponses immunitaires dirigées contre des tissus allogéniques greffés. Cependant, des différences fondamentales entre la génétique et les systèmes immunitaires des souris et des humains ont empêché la réalisation de certaines études, notamment celles visant à évaluer l’efficacité des médicaments. Cette « lacune » a été comblée par des souris immunodéficientes reconstituées avec un système immunitaire humain (HIS).⁽¹⁰⁾ Ces modèles ont considérablement amélioré notre compréhension du fonctionnement du système immunitaire humain et ont contribué à l’étude des interactions complexes entre les cellules myéloïdes, les cellules présentatrices d’antigènes et les lymphocytes T dans des microenvironnements tumoraux reconstitués.⁽¹⁶⁾ Cela a conduit au développement de nouvelles thérapies et à l’évaluation de l’efficacité des immunothérapies avant leur transposition en milieu clinique.⁽³⁾ Cependant, les modèles HIS présentent également certaines limites, notamment une durée de vie limitée et une fonction immunitaire humaine incomplète (par exemple, absence de réponses en immunoglobuline G des lymphocytes B, organes lymphoïdes sous-développés) : il est extrêmement important que ces aspects soient soigneusement pris en compte lors de l’interprétation des résultats expérimentaux.⁽¹⁶⁾

Modèles murins humanisés de points de contrôle immunitaires

Les modèles humanisés de points de contrôle immunitaires (ICP) sont obtenus en insérant des ICP chimériques (c'est-à-dire murins et humains) dans les loci murins codant pour les ICP.⁽¹⁷⁾ Les études in vivo menées sur ces animaux ont joué un rôle déterminant dans l’évaluation de l’efficacité des composés immuno-oncologiques ciblant les ICP, ainsi que dans le développement de nouvelles immunothérapies pour les cancers solides tels que les mélanomes métastatiques, les carcinomes pulmonaires non à petites cellules et le cancer du foie.^{(13, 16)} De plus, les modèles ICP constituent des outils puissants pour étudier la manière dont les composés modulent la réponse des cellules immunitaires et/ou des cellules stromales dans un microenvironnement physiologique.⁽⁴⁾ Cependant, ces souris possèdent un système immunitaire murin et ne permettent donc pas de reproduire le potentiel des voies individuelles de l’ICP dans la régulation des lymphocytes T et, plus généralement, des réponses immunitaires.⁽¹⁶⁾

Les récentes avancées technologiques ont permis la mise au point d'un large éventail de nouveaux modèles expérimentaux précliniques ; cependant, de nombreux nouveaux médicaments oncologiques n'ont pas réussi à franchir l'étape des essais de phase II.⁽¹⁸⁾ Cela peut s’expliquer, au moins en partie, par des interprétations trompeuses des résultats obtenus dans des modèles qui ne constituent pas nécessairement la meilleure réponse à des questions immunologiques spécifiques.⁽²⁾ Il est donc urgent d’adopter une approche orientée vers la clinique dès les toutes premières étapes des projets de découverte de médicaments, car cela permettra de sélectionner des modèles précliniques appropriés et, par conséquent, de transposer plus efficacement la recherche préclinique en essais cliniques couronnés de succès.

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2e partie : BRGSF, un nouveau modèle immunodéficient pour les études en immuno-oncologie

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¹L'hétérogénéité ^tumoraledésigne l'existence de sous-populations cellulaires présentant des variations cellulaires, génétiques et épigénétiques au sein d'une tumeur primaire et de ses métastases (hétérogénéité intratumorale), ainsi qu'entre des tumeurs d'un même sous-type histopathologique (hétérogénéité intertumorale).⁽⁸⁾

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Références :

1. Galuschka, Claudia et al. « Modèles en oncologie translationnelle : une base de données publique dédiée à la recherche préclinique sur le cancer ». Cancer Research 77 (2017) : 2557. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-16-3099.
2. Bedognetti, Davide et al. « Vers une vision globale de la réactivité immunitaire face au cancer : compte-rendu de l'atelier de la SITC ». Journal for Immunotherapy of Cancer 7 (2019) : 131. doi : 10.1186/s40425-019-0602-4.
3. Chen, Qingfeng et al. « Immunothérapies anticancéreuses et plateformes d’évaluation des médicaments sur des souris humanisées ». Translational Oncology 12 (2019) : 987. doi : 10.1016/j.tranon.2019.04.020.
4. Zitvogel, Laurence et al. « Les modèles murins en onco-immunologie ». Nature Reviews Cancer 16 (2016) : 759. doi : 10.1038/nrc.2016.91.
5. Kersten, Kelly et al. « Modèles murins génétiquement modifiés dans la recherche en oncologie et la médecine oncologique. » EMBO Molecular Medicine 9 (2017) : 137. doi : 10.15252/emmm.201606857
6. Morris, Van K. « Traitement systémique du cancer colorectal métastatique présentant une mutation BRAF V600E : avancées récentes et stratégies futures ». Current Colorectal Cancer Reports 15 (2019) : 53. doi : 10.1007/s11888-019-00429-z.
7. Day, Chi-Ping et al. « Modèles précliniques de cancer chez la souris : un labyrinthe d’opportunités et de défis ». Cell 163 (2015) : 39. doi : 10.1016/j.cell.2015.08.068.
8. Stanta, Giorgio et Serena Bonin. « Aperçu de la pertinence clinique de l’hétérogénéité intratumorale ». Frontiers in Medicine 5 (2018) : 85. doi : 10.3389/fmed.2018.00085.
9. Annibali, Daniela et al. « Développement de modèles de xénogreffes tumorales dérivées de patients ». (2019) Dans : Fendt S. M., Lunt S. (dir.) Metabolic Signaling. Methods in Molecular Biology, vol. 1862. Humana Press, New York, NY. doi : 10.1007/978-1-4939-8769-6_15.
10. Saito, Ryoichi et al. « Des modèles murins précliniques fidèles pour une meilleure transposition clinique dans le domaine de l'immuno-oncologie. » International Journal of Clinical Oncology (2019). doi : 10.1007/s10147-019-01520-z.
11. Zitvogel, Laurence et al. « Les modèles murins en onco-immunologie ». Nature Reviews Cancer 16 (2016) : 759. doi : 10.1038/nrc.2016.91.
12. Actor, Jeffrey K. « Chapitre 8 – Immunomodulation ». (2012) Dans : Elsevier's Integrated Review, Immunology and Microbiology. Elsevier doi : 10.1016/B978-0-323-07447-6.00008-9.
13. Kalamara, Angeliki et al. « Comment trouver le médicament adapté à chaque patient ? Progrès et défis en pharmacogénomique. » Current Opinion in Systems Biology 10 (2018) : 53. doi : 10.1007/978-1-4939-8769-6_15.
14. Lee, Ho. « Modèles murins génétiquement modifiés pour le développement de médicaments et les essais précliniques ». Biomolecules & Therapeutics, vol. 22, n° 4 (2014) : 267-74. doi : 10.4062/biomolther.2014.074.
15. Xu, Cong et al. « Modèles murins de xénogreffes dérivées de patients : un outil de haute fidélité pour la médecine personnalisée. » Oncology Letters, vol. 17, n° 1 (2019) : 3-10. doi : 10.3892/ol.2018.9583.
16. Allen, Todd M. et al. « Modèles murins dotés d’un système immunitaire humanisé : progrès, défis et perspectives ». Nature Immunology 20 (2019) : 770. doi : 10.1038/s41590-019-0416-z.
17. Martin, Gaëlle. « Nouveau modèle murin humanisé CTLA-4 pour l'évaluation de l'efficacité des médicaments biologiques. » Sommet de Londres sur les modèles tumoraux, Royaume-Uni. 4-6 décembre 2019. Présentation par affiche.
18. Ireson, Christopher R. et al. « Le rôle des modèles tumoraux murins dans la découverte et le développement de médicaments anticancéreux. » British Journal of Cancer 121 (2019) : 101. doi : 10.1038/s41416-019-0495-5.