La Biologie, Guide des Traitements Ciblés en Cancérologie.

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1 28eme Colloque IBS-CORATA 34ème Symposium de Biologie Clinique La Biologie, Guide des Traitements Ciblés en Cancérologie. Jean-Michel Bidart Département de Biologie & Pathologie Médicales Le contexte De nouveaux enjeux : un changement démographique ( nombre de cancers) et nécessité de prise en charge plus précoce, de nouvelles attentes des cliniciens et des patients (efficacité, délai de réponse, information, ) des avancées scientifiques et techniques majeures (innovations diagnostiques et thérapeutiques) De l oncogenèse à la médecine personnalisée Les différentes étapes de la progression tumorale LOH et Mutati on APC Méthylati on ADN Mutati on K- ras LOH et Mutati on DCC LOH et Mutati on p53 DysplasieAdénome Adénome Adénome Carcinome précoce intermédiaire tardif Adapté de Fearon ER. Cell 61:759,

2 De l oncogenèse à la médecine personnalisée La cellule tumorale en 1975 et en 2000! noyau cytoplasme De l oncogenèse à la médecine personnalisée Le cancer bronchique en et en 2009 KRAS 1999?? EGFR BRAF HER2 EML4-ALK PIK3CA FGFR4 Plus de 50%des mutations dans les adénocarcinomes bronchiques sont situées dans des génes identifiés. De l oncogenèse à la médecine personnalisée Histoire naturelle de la maladie cancéreuse Le développement tumoral implique six processus majeurs. Fearon ER. Cell, 1990 Plus de 80 mutations dans un type tumoral, non identiques d une s : lien entre changements morphologiques et altérations tumeur à l autre, mais souvent voies et gènes suppresseurs) biologiques majeures (oncogènes de signalisation commune. Hanahan D & Weinberg RA. Cell,

3 De l oncogenèse à la médecine personnalisée Notion d addiction oncogénique Exprime la dépendance des cellules tumorales à des mutations et des avantages qu elles procurent en termes de prolifération et de survie. Felsher D W Cancer Res 2008;68: by American Association for Cancer Research De l oncogenèse à la médecine personnalisée La chimiothérapie anticancéreuse Principes de base : Les médicaments sont non sélectifs : pas de distinction entre «bonnes» et «mauvaises» cellules - > toxicité et faible indice thérapeutique Ils sont actifs sur les cellules engagées dans le cycle cellulaire : les tumeurs comportant beaucoup de cellules en multiplication sont plus sensibles. Les médicaments sont plus toxiques pour les cellules cancéreuses que pour les cellules saines. Le dernier anti-cancéreux du 20 e siècle TAXOTERE De l oncogenèse à la médecine personnalisée Le concept de Médecine Personnalisée One size fits all Médecine personnalisée Le bon traitement au bon patient au bon moment et au juste prix en terme de santé publique! 3

4 Le concept de Médecine Personnalisée Ciblées sur quoi? : Anomalies moléculaires causales : précoce, constante (ex : bcr-abl, c-kit), Anomalies moléculaires fréquentes : plus tardive, inconstante, pronostique (ex : amplif. HER2), Et comment? Anticorps monoclonaux ( mab) Molécules de synthèse organique ( ib) Les anticorps agissent au niveau extracellulaire. Cible présente : rôle (ex : expression HER1). Membrane Cytoplasme noyau Les molécules de synthèse organique agissent au niveau intracellulaire. La chimiothérapie anticancéreuse au 21ème siècle De nouvelles cibles pour les traitements anti-cancéreux : Altérations de la cellule cancéreuse Modifications de l environnement tumoral. CELL CYCLE INHIBITORS flavopiridol cdki (BMS387032, roscovitine) SIGNAL TRANSDUCTION INHIBITORS APOPTOSIS MODULATORS anti-bcl2 ONYX-015 RPR/IGN Adp53 Survivin TRAILagonists HER Family: Growth factor Ab (C225, Herceptin) Tyrosine kinase inhibitors (OSI, ZD1839) PI3K pathway: mtori (CCI779, RAD001 ) PKC inhibitors (eg, ISIS3521) Farnesyl transferase inhibitors (SCH66336, R115777, BMS214662) PDGFR and c-kit inhibitors (STI 571) Antibodies: VEGF (Avastin) Integrins (Vitaxine, EMD12974 ) Small molecules: AY439006, SU11248 Anti-telomerase Telomere interacting agents ANTI-INVASIVE AGENTS MMP inhibitors Modulators of chemokines and their receptors Src inhibitors Principales molécules (AMM) et indications Cible Hémat o Rein Sein CBNP C ORL Glivec (imatinib) C-kit X X Sprycel (dasatinib) C-kit X Mabthera (rituximab) CD20 X Mabcampath (alemtuzumab) CD52 X Avastin (bevacizumab) VEGF X X X X Nexavar (sorafenib) VEGFR X X Sutent (sunitinib) VEGFR X Erbitux (cetuximab) EGFR X X Tarceva (erlotinib) EGFR X X Herceptin (trastuzumab) HER2 X Tykerb (lapatinib) EGFR/ HER2 Torisel (Temsirolimus) mtor X X GI 4

5 La chimiothérapie anticancéreuse au 21ème siècle Analgesics (Cox-2) Depression (SSRI) Schizophrenia Cardiac Arrythmias Asthma Diabetes Des taux de réponse souvent faibles Migraine (acute) Rheumatoid Arthritis Migraine (prophylaxis) Osteoporosis HCV Incontinence Alzheimers Comment sélectionner les patients susceptibles de répondre? Oncology Spear et al 2001 Trends in Molecular Medicine 7(5); De très nombreuses molécules en développement Environ 8000 molécules en développement, dont 800 atteignent la phase I Quelles stratégies pour réduire le temps et le coût du développement d un médicament? La preuve du concept Imatinib (Glivec, STI571) Découverte des inhibiteurs de Bcr-Abl 1990 Début des essais de phase III Identification d une mutation chez les patients LMC 1980 Lien établi entre chr. Ph+ et Tyrosine kinase er patient atteint de LMC traité Glivec, traitement de 1ère intention de LMC à un stade précoce (FDA). 5

6 La preuve du concept Imatinib (Glivec, STI571) Molécule de synthèse : «design» par biologie structurale -> STI : dérivé 2-Phenylaminopyrimidine Objectif : inhiber l activité tyrosine kinase ABL -> Mort par apoptose des cellules LMC Ph1+ et son développement Imatinib (Glivec, STI571) CT scan results Aug 16, 2000 Feb 6, 2001 KIT PDGFR Before Glivec After Glivec ABL 100 Glivec ABL Phylogénie moléculaire des Tyr-kinases 50 Doxorubin Gastro-Intestinal Tumor (GIST) : du phenotype au genotype KIT (months) La grande famille HER 1. Surexpression de la protéine HER 2. Expression accrue du ligand / boucle autocrine 3. Hétérodimérisation 4. Mutants HER -> activation constitutive 5. Diminution de l activité phosphatase 6. Fonctions altérées en aval du signal D après Raymond E et al. Drugs. 2000;60: HRG (NRG1) Ligand binding domain Transmembrane Tyrosine kinase domain neu Erb-b2 HER2 Erb-b3 HER3 Erb-b4 HER4 6

7 Médecine personnalisée et cancer du sein XIX s. Histologie 1980 ER ELISA 1990s ER immunohistochimie 2001 HER-2 FISH 2004 OncotypeDX (RT-PCR) 2007 MammaPrint (DNA array) Hormonothérapie ~70% des cas Trastuzumab ~20% des cas Décroissance Thérapeutique? Médecine personnalisée Médecine personnalisée et cancer du sein Nom Cible Mécanisme d action Trastuzumab (Herceptin ) HER2 Erb-2 Inhibition de la prolifération et migration cellulaire médiées par HER2 Indications cliniques Cancer du sein métastatique (1998) Réponse Trastuzumab : 10% patientes non sélectionnées 35-50% patients HER2+ notion de test biologique ou Test Compagnon associé au traitement. Médecine personnalisée et cancer colorectal Nom Cible Mécanisme d action Indications cliniques Cetuximab (Erbitux ) HER1 EGFR Inhibition de la prolifération médiée par EGFR Cancer du colon métastatique (2004) SCC (ORL) k-ras muté k-ras wt EMEA (2008) : Erbitux pour le traitement des patients présentant un CRC métastatique exprimant EGFR, avec KRAS non-muté. 7

8 Médecine personnalisée et cancer bronchique Erlotinib (Tarceva) et Gefitinib (Iressa): Les mutations d EGFR conférent une augmentation de la sensibilité in vitro. Le statut mutationnel de K-Ras est un indicateur de résistance. Phase I gefitinib 1997 Phase I erlotinib 1999 AMM gefitinib EGFR muté Identification de l EGFR 1990 Surexpression EGFR dans CBNPC Mutations Amplification activatrices c-met EGFR. Médecine personnalisée et cancer bronchique Altération Moléculaire Médicament Fréquence De nouvelles cibles EGFR mutation EML4-ALK translocation HER 2 alteration PI3K mutation MET amplification/mutatio n RAS and RAF mutation Erlotinib, gefitinib New pan-her 10% Crizotinib 3-5 % Trastuzumab (mutation) PF (amplification) GDC-0941; XL-147 XL-765 ; PX-866 BEZ-235; BKM120 XL184, ARQ 197, MetMab Sorafenib, GSK AS703026, AZD % 2% 2% 5% 3-30% FGFR1 amplification BJG398, AZD4547, TKI258? 10 to 20 % Médecine personnalisée et cancer bronchique Des taux de réponse important (>50%) en phase précoce Inhibiteur d ALK et c-met/hgfr - PF (phase I) Taux de réponse : 59% (IC 95%: 39-76%) % of best change from baseline Rose PR Orange SD 19 Vert - PD + SHAW A.T. WCLC 09 - A6.4 8

9 Du choix thérapeutique au suivi de la réponse Notion de (Bio)Marqueur Biological biomarker Marker : A (Biomarker) substance sometimes - A characteristic found in the that blood, is objectively other body measured fluids, or tissues. and evaluated A high level as an of indicator biomarker of may normal mean biologic that a certain processes, type of cancer pathogenic is in the processes, body. Examples or pharmacologic of biomarkers include responses CA 125 to a therapeutic (ovarian cancer), intervention. CA 15-3 (breast cancer), CEA (ovarian, lung, breast, pancreas, and gastrointestinal tract cancers), and PSA (prostate cancer). Also called tumor marker. Clinical Endpoint - A characteristic or variable that reflects how a patient feels, functions or survives. Surrogate Endpoint - a biomarker intended to substitute for a clinical endpoint. A surrogate endpoint is expected to predict clinical benefit (or harm, or lack of benefit or harm) based on epidemiologic, therapeutic, pathophysiologic or other scientific evidence. Biomarker Definitions Working Group Du choix thérapeutique au suivi de la réponse Biomarqueurs validés par la FDA Marqueurs biologiques Type Source Type de Cancer Utilisation Clinique Alphafoetoprotéine Glycoprotéine Serum testicule Classification hcg Glycoprotéine Serum testicule Classification CA19-9 Carbohydrate Serum Pancréas Suivi CA125 Glycoprotéine Serum Ovaire Suivi CEA Protéine Serum Colon Suivi Thyroglobuline Protéine Serum Thyroïde Suivi PSA (total) Protéine Serum Prostate Dépistage et suivi PSA (complexe) Protéine Serum Prostate Dépistage et suivi PSA (libre PSA %) Protéine Serum Prostate Hyperplasie vs cancer CA15-3 Glycoprotéine Serum Sein Suivi CA27-29 Glycoprotéine Serum Sein Suivi EGFR Protéine Tumeur Colon Thérapeutique KIT Protéine (IHC) Tumeur GIST Diagnostic, thérapie Cytokératine Protéine (IHC) Tumeur Sein Pronostic Pathologie Récepteurs E et Pg Protéine (IHC) Tumeur Sein Thérapie hormonale HER2/neu Protéine (IHC) Tumeur Sein Pronostic et thérapie HER2/neu Protéine Serum Sein Suivi HER2/neu ADN (Fish) Tumeur Sein Pronostic et thérapie Chromosomes 3,7,9 et 17 ADN (Fish) Urine Vessie Dépistage et suivi NMP22 Protéine Urine Vessie Dépistage et suivi Fibrine/FDP Protéine Urine Vessie Suivi BTA Protéine Urine Vessie Suivi Cellules tumorales Frottis Muqueuse Col Dépistage Du choix thérapeutique au suivi de la réponse Marqueurs tumoraux et valeur prédictive de réponse Dissociation entre effet fonctionnel et effet antitumoral. Exemple : Calcitonine et CMT ZD6474 treatment Death CT (ng /ml) IL-8 (pg/ml) 0 0 9

10 Du choix thérapeutique au suivi de la réponse L impact du Génome Humain et des OMICs Les méthodes d analyse à haut-débit (OMICs) -> un nouveau paradigme (cognitif & clinique) cytogénétique Chromosomes ADN génétique ADN Constitutionel/familial sporadique ARN messager génomique protéomique Protéine Du choix thérapeutique au suivi de la réponse Les nouveaux biomarqueurs Type of Technique Comments markers Molecular markers - : Circ. growth ELISA, Western blotting Prognostic, but not predictive power factors - Circ. EC ELISA, Western blotting Limited to known molecules. Potentially prognostic and predictive molecules - Proteomic analysis 2 D gel / MALDI-TOF; SELDI-TOF Antibody chips, 2 D gel antibody screening microdissected tumor tissue -Genetic DNA/oligonucleotide microarrays; SAGE May identify novel genes involved in angiogenesis alterations & Requires tumor tissue expression profiling Cellular markers -Microvascular : Immunohistology Prognostic but not predictive power. Requires density repeated biopsies. Clinically unfeasible - Circ. EC and Flow cytometry; RT-PCR, TaqMan; Promising approach. May be coupled with gene ECP DNA/oligo Microarray expression analysis. Functional -Vascular markers: imaging and DCE-MRI, SPECT, DCE-CT, PET, Power Allows determination of blood flow, blood volume, mean function Doppler-US transit time, po 2, extravascular volume Good correlation Promising approach to identify novel molecules in serum or with MVD and evidence of modification by therapy. Most advanced approach -Molecular targeting Targeting antibodies or peptides coupled with a tracer and MRI, CT, SPECT detection. Strongly dependent on specificity and efficacy of targeting. No dynamic parameters (flow, MTT, MBV) La biopathologie du futur Un changement de paradigme Avant Maintenant Diagnostic tissu tumoral analyse morphologique Diagnostic fluide biologique Traitement «one fit all» analyse morphologique Diagnostic Traitement personnalisé tissu tumoral analyse moléculaire Traitement guidé tissu «sain» fluide biologique Suivi marqueurs tumoraux marqueurs Tumoraux? biomarqueurs de réponse 10

11 La biopathologie du futur Des processus complexes à maîtriser T2N0M0 Observations cliniques HistoPathologie Centre de Ressource Biologique (tumor bank) Tumeur Tissu non malin Serum Moelle ADN germinal échantillon Tissue Microarray Stockage & traitement de l information ADN ARN Serum Polymorphis m Analysis Methylation Studies RTK Mutational Profiling Gene Expression Arrays qrt/pcr Proteomique IHC FISH La biopathologie du futur Des arbres décisionnels évolutifs La biopathologie du futur Histoire naturelle de la maladie et biologie tumorale Chirurgie T1N1 Surrénale + Poumons + Os + Tumeur entière VNR CDDP Tissus Traitements Biopsie surrénale Txl Carbo Bev - Pemetrexed?? - Selon Biologie Adapté de B. Besse, JIB,

12 La biopathologie du futur L accès à l innovation pour les patients Mesure 21. Garantir un égal accès aux traitements et aux innovations. Actions 21.1 Faciliter l accès aux traitements par molécules innovantes Développer les plateformes de génétique moléculaire des cancers et l accès aux tests moléculaires. La biopathologie du futur Les plates-formes hospitalières de génétique moléculaire des cancers Objectifs : assurer une équité d accès aux tests moléculaires innovants pour tous les patients de la région, quelque soit l établissement où ils sont pris en charge assurer des tests de qualité hémopathies, tumeurs solides 28 plates-formes soutenues par l INCa et la DGOS Organisation régionale, voire interrégionale Multidisciplinarité pathologistes/ biologistes 12