Sujet de Thèse
Titre :
Fonctionnalisation de Quantum Dots dans le proche infrarouge et quantification de fluorescence sur modèles cellulaires : application à la chirurgie guidée
par fluorescence de cancers ORL
Dates :
2021/09/02 - 2024/09/01
Etudiant :
Encadrant(s) :
Description :
Le carcinome épidermoïde de la tête et du cou (HNSCC) est la sixième tumeur maligne la plus répandue dans le monde. La résection chirurgicale demeure
le traitement de première intention pour ces cancers. La marge peropératoire est considérée comme un facteur important de pronostic pour la survie globale.
Actuellement, il existe peu d'outils pour discriminer de manière fiable et en temps réel le tissu tumoral du tissu sain. La chirurgie peropératoire par
l'imagerie de fluorescence (FGS) dans le proche infrarouge (NIR) est une méthode d'imagerie qui utilise le marquage fluorescent des tissus tumoraux pour
fournir une imagerie de contraste augmentée. Le projet FluORL a pour objectif de traiter de problématiques fondamentales (en biologie et traitement
d'images) comme de problématiques appliquées (en optique biomédicale), le tout dans un but clinique d'optimiser l'utilisation de l'imagerie de fluorescence
pour la résection chirurgicale des cancers ORL. Le projet FluORL pluridisciplinaire s'organise en trois tâches. La première tâche concerne les travaux qui
seront menés en biologie : notre équipe, en collaboration avec des chimistes de l'ESPCI (Dr T Pons), étudie l'utilisation des Quantum dots (QDs)-NIR à
base d'Indium. Ces QDs à faible toxicité dépassent les propriétés optiques des fluorophores chimiques en termes de brillance et de photo-stabilité.
L'amélioration de la spécificité des fluorophores au moyen de couplages chimiques à des ligands permettra d'obtenir un meilleur contraste ; 95% de cancers
HNSCC surexprimant les récepteurs à l'intégrine avb6, nous proposons des QDs-integrin avb6 pour cette étude. Nous utiliserons des cellules 3D en mono et
hétéroculture (cellules cancéreuses/cancer-associated fibroblasts, CAF) car les CAF sont présents en grande quantité dans les cancers HNSCC et peuvent
représenter une barrière physique pour la pénétration des QDs. Nous étudierons l'accumulation, la pénétration et la distribution des QDs-NIR en mono- et
en coculture. Par la suite, à partir de tumeurs ORL de patients, nous développerons un modèle d'organoïde 3D qui maintient l'architecture et la composition
cellulaire de la tumeur ORL. Une fois le modèle optimisé, nous testerons l'accumulation, la distribution, la répartition et la sélectivité des QDs-NIR. Les
deux autres tâches du projet FluORL qui concernent le traitement d'images et l'optique biomédicale ont pour objectif d'apporter au chirurgien un confort de
visualisation en produisant à partir de séquences vidéo-endoscopiques des images panoramiques de la muqueuse buccale sur lesquelles l'émission de
fluorescence sera quantifiée. En effet, la visualisation endoscopique de la muqueuse buccale ne permet d'observer qu'environ 2 cm de muqueuse buccale.
Les lésions cancéreuses étant souvent multifocales, l'image panoramique propose de produire une image permettant la visualisation bimodale d'au moins 10
cm de muqueuse buccale, apportant au chirurgien une vision globale de son champ opératoire. Ces travaux seront menés en priorité sur les vidéos
endoscopiques acquises sur des patients (ayant préalablement donné leur consentement éclairé), vidéos pour lesquelles le vert d'indocyanine sera le
fluorophore utilisé. Les travaux de la tâche 3 seront également appliqués à la quantification de la fluorescence des QDs dans les modèles organoïdes, lorsque
ceux-ci seront développés dans le cadre de la première tâche, du projet FluORL, dédiée à la biologie.
C'est un projet collaboratif multidisciplinaire qui va impliquer le volet « traitement images et signal » (Pr W Blondel ; Dr M Amouroux), des chimistes de
l'ESPCI, Paris(Dr T Pons) et qui fera partie d'un projet international (PHC Kolmogorov) avec l'équipe de Pr V Loschenov (Institut de Physique Générale,
Moscou, Russie).
La thèse aura pour objectif de faire progresser les connaissances dans les tâches 1 (biologie cellulaire) et 3 (optique biomédicale) du projet FluORL à
l'interface avec les chercheurs impliqués dans la tâche 2 (traitement d'images). Le futur doctorant sera donc en charge du développement des modèles
cellulaires pour la caractérisation de la distribution des QDs-NIR et de la quantification de la fluorescence au sein de ces modèles.
le traitement de première intention pour ces cancers. La marge peropératoire est considérée comme un facteur important de pronostic pour la survie globale.
Actuellement, il existe peu d'outils pour discriminer de manière fiable et en temps réel le tissu tumoral du tissu sain. La chirurgie peropératoire par
l'imagerie de fluorescence (FGS) dans le proche infrarouge (NIR) est une méthode d'imagerie qui utilise le marquage fluorescent des tissus tumoraux pour
fournir une imagerie de contraste augmentée. Le projet FluORL a pour objectif de traiter de problématiques fondamentales (en biologie et traitement
d'images) comme de problématiques appliquées (en optique biomédicale), le tout dans un but clinique d'optimiser l'utilisation de l'imagerie de fluorescence
pour la résection chirurgicale des cancers ORL. Le projet FluORL pluridisciplinaire s'organise en trois tâches. La première tâche concerne les travaux qui
seront menés en biologie : notre équipe, en collaboration avec des chimistes de l'ESPCI (Dr T Pons), étudie l'utilisation des Quantum dots (QDs)-NIR à
base d'Indium. Ces QDs à faible toxicité dépassent les propriétés optiques des fluorophores chimiques en termes de brillance et de photo-stabilité.
L'amélioration de la spécificité des fluorophores au moyen de couplages chimiques à des ligands permettra d'obtenir un meilleur contraste ; 95% de cancers
HNSCC surexprimant les récepteurs à l'intégrine avb6, nous proposons des QDs-integrin avb6 pour cette étude. Nous utiliserons des cellules 3D en mono et
hétéroculture (cellules cancéreuses/cancer-associated fibroblasts, CAF) car les CAF sont présents en grande quantité dans les cancers HNSCC et peuvent
représenter une barrière physique pour la pénétration des QDs. Nous étudierons l'accumulation, la pénétration et la distribution des QDs-NIR en mono- et
en coculture. Par la suite, à partir de tumeurs ORL de patients, nous développerons un modèle d'organoïde 3D qui maintient l'architecture et la composition
cellulaire de la tumeur ORL. Une fois le modèle optimisé, nous testerons l'accumulation, la distribution, la répartition et la sélectivité des QDs-NIR. Les
deux autres tâches du projet FluORL qui concernent le traitement d'images et l'optique biomédicale ont pour objectif d'apporter au chirurgien un confort de
visualisation en produisant à partir de séquences vidéo-endoscopiques des images panoramiques de la muqueuse buccale sur lesquelles l'émission de
fluorescence sera quantifiée. En effet, la visualisation endoscopique de la muqueuse buccale ne permet d'observer qu'environ 2 cm de muqueuse buccale.
Les lésions cancéreuses étant souvent multifocales, l'image panoramique propose de produire une image permettant la visualisation bimodale d'au moins 10
cm de muqueuse buccale, apportant au chirurgien une vision globale de son champ opératoire. Ces travaux seront menés en priorité sur les vidéos
endoscopiques acquises sur des patients (ayant préalablement donné leur consentement éclairé), vidéos pour lesquelles le vert d'indocyanine sera le
fluorophore utilisé. Les travaux de la tâche 3 seront également appliqués à la quantification de la fluorescence des QDs dans les modèles organoïdes, lorsque
ceux-ci seront développés dans le cadre de la première tâche, du projet FluORL, dédiée à la biologie.
C'est un projet collaboratif multidisciplinaire qui va impliquer le volet « traitement images et signal » (Pr W Blondel ; Dr M Amouroux), des chimistes de
l'ESPCI, Paris(Dr T Pons) et qui fera partie d'un projet international (PHC Kolmogorov) avec l'équipe de Pr V Loschenov (Institut de Physique Générale,
Moscou, Russie).
La thèse aura pour objectif de faire progresser les connaissances dans les tâches 1 (biologie cellulaire) et 3 (optique biomédicale) du projet FluORL à
l'interface avec les chercheurs impliqués dans la tâche 2 (traitement d'images). Le futur doctorant sera donc en charge du développement des modèles
cellulaires pour la caractérisation de la distribution des QDs-NIR et de la quantification de la fluorescence au sein de ces modèles.
Mots clés :
tumeurs de la tête et du cou, fluorescence infra rouge, quantum dots, fonctionnalisation, organoïdes
Département(s) :
| Biologie, Signaux et Systèmes en Cancérologie et Neurosciences |
