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Université de Sherbrooke
Prévention de l’augmentation de l’invasion des cellules cancéreuses du sein induite
par les radiations avec un inhibiteur de COX-2
Par
Rosalie Lemay
Faculté de médecine et des sciences de la santé
Département de médecine nucléaire et de radiobiologie
Thèse présentée à la Faculté de Médecine et des Sciences de la Santé pour l’obtention du
grade de philosophiae doctor (Ph.D.) en Sciences des radiations et imagerie biomédicale.
Sherbrooke, Québec, Canada
(Janvier 2016)
Membre du jury d’évaluation
Benoit Paquette, Ph.D., Co-directeur, Sciences des Radiations et Imagerie Biomédicale
Martin Lepage, Ph.D., Co-directeur, Sciences des Radiations et Imagerie Biomédicale
Kevin Whittingstall, Ph.D., Évaluateur interne, Sciences des Radiations et Imagerie
Biomédicale
Julie Carrier, M.D., Évaluatrice externe au programme
Mark Basik, M.D., Évaluateur externe à l’université

Résumé
Prévention de l’augmentation de l’invasion des cellules cancéreuses du sein induite
par les radiations avec un inhibiteur de COX-2
Par Rosalie Lemay
Département de médecine nucléaire et de radiobiologie
Thèse présentée à la Faculté de Médecine et des Sciences de la Santé pour l’obtention du
grade de philisophiae doctor (Ph.D.) en Sciences des radiations et imagerie biomédicale,
Faculté de médecine et des sciences de la santé, Université de Sherbrooke, Sherbrooke,
Québec, Canada J1H 5N4
La majorité des femmes ayant un cancer du sein en stade précoce sont traitées par
radiothérapie impliquant souvent l’irradiation du sein entier. Malgré l’efficacité de cette
modalité de traitement, la dose de radiation n’est pas optimale pour éliminer toutes les
cellules cancéreuses résiduelles, mais plutôt pour obtenir les meilleurs résultats à long
terme avec le moins de complications possibles. Les effets secondaires observés résultent
tous de processus inflammatoires engendrés par la radiation. L’augmentation de
l’expression et de l’activité de molécules inflammatoires, notamment la cyclooxygénase-2,
dans les tissus normaux et malins stimulent l’invasion et l’angiogenèse tumorales, deux
mécanismes importants menant à l’établissement de métastases. Le but global de ce projet
de recherche est d’améliorer la radiothérapie en tentant de réduire la récurrence du cancer
du sein. Les objectifs spécifiques étaient de déterminer grâce à l’imagerie par résonance
magnétique que l’irradiation du stroma sain pouvait augmenter in vivo la capacité
d’invasion des cellules cancéreuses du sein, stimuler la néovascularisation tumorale et
qu’une co-administration à la radiothérapie d’un agent anti-inflammatoire inhibiteur sélectif
de la cyclooxygénase-2 pouvait prévenir l’augmentation radio-induite de cette invasion.
Dans notre étude, nous avons établi une méthode utilisant l’imagerie par résonance
magnétique pour mesurer rapidement l’angiogenèse in vivo chez la souris dans des implants
de Matrigel. Cette méthode servira ultérieurement à analyser l’effet de la radiation sur
l’angiogenèse tumorale. Nous avons également suivi chez un modèle de souris l’invasion
des cellules cancéreuses mammaires implantées après irradiation du tissu sain. Nous avons
démontré que l’irradiation du tissu sain augmente l’invasion des cellules cancéreuses
mammaires. L’invasion radio-induite est stimulée par une irradiation unique de 30 Gy tout
comme avec un protocole d’irradiations fractionnées de 5x7,5 Gy se rapprochant plus des
doses utilisées en clinique. Ensuite, un traitement avec un inhibiteur sélectif de
cyclooxygénase-2, soit le NS-398, a été effectué. Le NS-398 limite l’augmentation radio-
induite de l’invasion. Ces résultats supporteraient le développement de nouveaux
traitements basés sur des inhibiteurs de COX-2 pour augmenter l’efficacité de la
radiothérapie chez les femmes ayant un cancer du sein.
Mots clés : Cancer du sein, radiation, inflammation, invasion, angiogenèse, imagerie par
résonnance magnétique

Abstract
Prevention of radiotherapy induced breast cancer cell invasion by a COX-2 inhibitor
By Rosalie Lemay
Department of Nuclear Medicine and Radiobiology
Thesis submitted to the Faculty of Medicine and Health Sciences for the graduation of
philosophiae doctor (Ph.D.) in Radiation Sciences and Biomedical Imaging, Faculty of
Medicine and Health Sciences, University of Sherbrooke, Sherbrooke, Quebec, Canada
J1H 5N4
Most women with early breast cancer are treated with radiotherapy to the whole breast.
Despite the efficiency of this treatment, the dose of radiation is not calculated to eliminate
all the residual cancer cells, but rather to obtain the best long-term results with minimal
side-effects. The observed side-effects all result from inflammatory processes caused by
radiation. Increase of inflammatory molecules expression and activity, such as
cyclooxygenase-2, in normal and malignant tissues induce invasion and tumour
angiogenesis. Both of these important mechanisms lead to metastasis formation. The
general aim of this research project is to improve radiotherapy by decreasing breast cancer
recurrence. Specific objectives were to determine with magnetic resonance imaging that
irradiation of normal tissues could increase breast cancer cells invasiveness in vivo,
stimulate tumour neovascularization and prevent radiation-enhanced invasion by the
administration of an anti-inflammatory agent inhibiting selectively the cyclooxygenase-2
during radiotherapy. In this study, we have developed a new assay to monitor angiogenesis
in Matrigel plugs in live mice using magnetic resonance imaging. This method would be a
promising tool to test the effect of radiation on tumour angiogenesis. We also followed in a
mouse model the invasion of mammary cancer cells implanted post-irradiation of healthy
tissues. We demonstrated that irradiation of healthy tissues leads to an increase in
mammary cancer cells invasion. Radiation-induced invasion was observed with a unique 30
Gy dose as well as with a more clinically-relevant fractionated protocol consisting in 5
irradiations of 7.5 Gy. Then, mice were treated with NS-398, a selective inhibitor of
cyclooxygenase-2. NS-398 limits the increase of invasion stimulated by radiation. These
results could support new treatments development based on COX-2 inhibition to increase
radiotherapy efficiency for women with breast cancer.
Keywords: Breast cancer, radiation, inflammation, invasion, angiogenesis, magnetic
resonance imaging

IV
Dédicace
J’ai hésité avant de rédiger cette dédicace. Initialement, je n’avais pas entamé cet ouvrage
pour rendre un hommage particulier. Puis face à leur courage, leur détermination et leur
pensée positive, j’ai choisi de dédier cette thèse à certaines femmes de ma famille. À
Stéphanie, Louise-Marie, Brigitte et Noémy, pour souligner mon admiration et leur combat
pour vaincre la maladie. Également pour Martin Richard, qui nous a malheureusement
quittés trop tôt.