L Pertinence des modèles de tumeurs humaines primaires xénogreffées

498 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 10 - décembre 2012
MISE AU POINT
Pertinence des modèles
de tumeurs humaines
primaires xénogreffées
sur souris immunodéficientes
Relevance of primary human tumors xenografted
into immunodeficient mice
D. Decaudin*
* Laboratoire d’investigation
pré clinique, département de
recherche translationnelle ; départe-
ment d’onco logie médicale, institut
Curie, Paris.
L
e traitement des cancers s’est amélioré en raison
d’une meilleure connaissance de l’oncogenèse
et du développement de nouvelles thérapies
ciblées. Dans le but de sélectionner les molécules les
plus efficaces, les études précliniques représentent
donc une étape importante. Différents modèles
précliniques de cancers peuvent être utilisés,
parmi lesquels les xénogreffes issues d’échantillons
tumoraux humains directement transplantés sur
souris immunodéficientes et connues sous le nom
de “Tumor Grafts” (1). La réalisation de ces greffes
constitue un processus à long terme comportant
diverses étapes dont l’objectif final est de montrer
que les modèles établis reproduisent leur tumeur
humaine d’origine, possèdent une haute valeur
prédictive de l’efficacité thérapeutique et imitent
fidèlement des situations observées en oncologie
− telles que les résistances aux traitements, les
métastases et les récidives. Cette mise au point a
pour objectif de discuter les critères proposés pour la
constitution et la validation des modèles pré cliniques
de cancers humains qui seront ultérieurement utilisés
au cours des études pharmacologiques.
Reproductibilité individuelle
des xénogreffes
La caractérisation histologique et moléculaire des
xénogreffes constitue la première étape de leur vali-
dation. En effet, il est important de déterminer au
minimum les caractéristiques tumorales retenues
dans la prise en charge des patients. La validation
des modèles nécessite donc diverses évaluations liées
aux types et sous-catégories de cancers. De plus,
la caractérisation des modèles doit être effectuée de
façon parallèle et concomitante pour la xénogreffe
et la tumeur correspondante du patient. De même,
les études histologiques doivent être réalisées par un
anatomopathologiste expérimenté dans le domaine
des cancers humains, qui doit déterminer si la xéno-
greffe reproduit ou non les caractéristiques de la
tumeur originale en examinant l’aspect des cellules
tumorales et l’architecture de leur prolifération.
De fait, bien que les cellules stromales et la vasculari-
sation ne soient pas d’origine humaine, l’organisation
histologique de la tumeur originale est générale-
ment bien conservée dans les xénogreffes (2) ; c’est
le cas, par exemple, dans les cancers du sein (3-5)
et du côlon (6). En revanche, si les aspects morpho-
logiques ont été largement décrits, très peu d’études
ont étudié le stroma et la vascularisation des xéno-
greffes et de leur tumeur humaine d’origine. Or, une
étude sur des cancers du pancréas a souligné le rôle
du stroma péritumoral et l’influence de la vasculari-
sation sur l’efficacité thérapeutique (7), soulignant
ainsi qu’une telle caractérisation accroîtrait la préci-
sion de l’évaluation préclinique pharmacologique.
Les analyses moléculaires constituent également
une étape capitale dans la caractérisation des
modèles. Deux critères principaux doivent être pris

La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 10 - décembre 2012 | 499
Résumé
Les xénogreffes issues d’échantillons tumoraux humains directement transplantés sur souris immuno-
déficientes reproduisent fidèlement l’importante hétérogénéité des cancers humains, particulièrement
lorsque des panels entiers d’un type tumoral spécifique peuvent être développés. Les procédures d’évaluation
de l’efficacité thérapeutique sont désormais complètement standardisées ; elles permettent facilement
d’étudier l’effet des traitements combinés, particulièrement lorsque des analyses statistiques objectives
sont requises. Enfin, la possibilité de manipulations génétiques ou thérapeutiques ex vivo avant trans-
plantation constitue un argument en faveur de leur utilisation. Ainsi, les modèles de tumeurs primaires
humaines greffées chez la souris constituent un outil utile et intéressant dans l’évaluation pharmacologique
des nouvelles thérapies anticancéreuses.
Mots-clés
Cancers humains
Xénogreffe
Souris
immunodéficientes
Caractérisation
moléculaire
Summary
Xenografts, obtained from
patients tumor samples and
directly transplanted into
immunodeficient mice, accu-
rately reproduce the marked
heterogeneity of human
cancers, particularly when
large panels of a specific tumor
type are available. Procedures
for assessment of therapeutic
efficacy have been well stan-
dardized and readily allow eval-
uation of combined therapies,
particularly for the purposes of
objective biostatistical assess-
ment. Finally, the possibility of
ex-vivo genetic or therapeutic
manipulations before xeno-
transplantation constitutes an
argument in favor of the use
of xenografted models. Hence,
preclinical models of human
cancers constitute a useful tool
that should be used for further
pharmacological assessments.
Keywords
Human cancers
Xenografts
Immunodeficient mice
Molecular characterization
en considération pour définir les marqueurs molé-
culaires pertinents pour lesquels une caractérisation
est nécessaire :
➤ ceux qui jouent un rôle dans l’oncogenèse, préco-
cement ou tardivement ;
➤ ceux qui ont un impact sur le choix des traite-
ments.
Dans ces 2 situations, il convient de noter que les
marqueurs moléculaires évoluent continuellement
avec le progrès des connaissances. Ainsi, afin de créer
des modèles précliniques utiles, il est nécessaire de
définir avec précision la liste des marqueurs molécu-
laires pour chaque type de cancer, et de le faire dans
le cadre d’une étroite collaboration entre cliniciens,
anatomopathologistes et chercheurs.
Les analyses génétiques et génomiques des xéno-
greffes et des tumeurs humaines correspondantes
constituent une autre étape nécessaire de la carac-
térisation initiale des modèles, afin de savoir si les
anomalies présentes dans les tumeurs humaines
sont modifiées au cours du processus de transplan-
tation in vivo et si elles sont maintenues en l’état
au cours des passages successifs chez la souris.
Ce point est particulièrement important lorsque
ces anomalies sont impliquées dans l’oncogenèse
ou qu’elles possèdent en clinique une valeur pronos-
tique. En réalité, très peu d’études ont comparé les
statuts génomiques entre les xénogreffes et les
tumeurs originales des patients. Une telle compa-
raison réalisée dans 4 types de cancers (cancers du
sein, tumeurs gynécologiques, adénocarcinomes
pancréatiques et glioblastomes) a montré que les
2 échantillons (xénogreffes et tumeurs humaines
correspondantes) s’appariaient ensemble, suggé-
rant ainsi une forte stabilité génomique au cours du
processus de transplantation in vivo (2). De même,
dans le cas des mélanomes choroïdiens, sur l’en-
semble des xénogreffes et tumeurs correspondantes
des patients, nous avons observé une concordance
totale du statut du chromosome 3 (8) et des statuts
mutationnels des gènes GNAQ, GNA11 et BAP1
(données personnelles). Si de telles observations ont
été rapportées pour d’autres types tumoraux (2), une
étude a montré que des anomalies additionnelles
pouvaient néanmoins apparaître dans les xéno-
greffes (9). Enfin, beaucoup plus rarement, les profils
d’expression génique ont été comparés, montrant
un degré élevé de conservation de l’expression des
gènes tumoraux, mais également une perte d’expres-
sion des gènes humains liés au stroma (gènes de la
réponse immunitaire, de la matrice extracellulaire,
de l’adhésion cellulaire et de l’angiogenèse) [10, 11].
Reproductibilité collective
des panels de xénogreffes
Du fait des progrès continus réalisés dans les connais-
sances sur les cancers humains et leurs divers sous-
types, l’homogénéité initiale a totalement disparu,
chaque tumeur spécifique d’un organe étant désor-
mais subdivisée en sous-catégories hétérogènes. Des
marqueurs moléculaires, des anomalies génétiques
et des profils d’expression génique sont actuellement
employés pour définir ces nouveaux sous-ensembles
qui nécessitent un diagnostic et une prise en charge
thérapeutique adaptés. Il paraît donc nécessaire
d’établir et de caractériser des panels de modèles
tumoraux qui reproduisent autant que possible
l’ensemble des sous-catégories observées chez les
patients atteints de cancer. De même, la recherche
de marqueurs moléculaires prédictifs de réponse
ou de résistance tumorale nécessite une sélection
objective et non biaisée pour laquelle des panels de
xénogreffes sont particulièrement utiles.
La création d’un panel de xénogreffes tumorales
comportant les diverses sous-catégories bien défi-
nies des cancers humains n’est cependant pas aussi
simple qu’il y paraît, et ce pour 2 raisons princi-
pales :
➤ la “prise tumorale” diffère fortement selon les
sous-groupes histologiques de cancers ; dans notre
expérience, elle est élevée pour les cancers du côlon
et du poumon (> 50 %), intermédiaire pour les
cancers de l’ovaire et les mélanomes uvéaux (35 %),
limitée pour les cancers du sein (9 %) et particulière-
ment faible pour les cancers de la prostate (< 1 %) ;
➤ les tumeurs capables de croître chez la souris
proviennent fréquemment de patients dont le
pronostic est médiocre, tant pour la survie sans réci-
dive que pour la survie globale (3, 8). Dans ce cas, il
peut arriver que les sous-groupes correspondant à

500 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 10 - décembre 2012
Pertinence des modèles detumeurs humaines primaires xénogreffées
sursouris immunodéficientes
MISE AU POINT
des tumeurs de mauvais pronostic chez les patients
soient surreprésentés, comme ce que nous avons pu
constater pour les cancers du sein triple-négatifs
(3, données personnelles). Cependant, si la repré-
sentation des différents sous-types tumoraux n’est
pas toujours strictement superposable à ce qui est
observé en clinique, l’établissement de modèles
correspondant à des tumeurs de mauvais pronostic
répond tout de même au besoin de développer sur
ces indications particulières des stratégies théra-
peutiques efficaces.
Prédictivité des xénogreffes
Le deuxième critère auquel les modèles pré cliniques
de tumeurs humaines doivent nécessairement
répondre consiste en la possession d’une forte
valeur prédictive de l’efficacité clinique des trai-
tements évalués in vivo. Deux approches peuvent
être employées :
➤comparer la réponse thérapeutique de la xéno-
greffe à celle de la tumeur correspondante du
patient ;
➤comparer la réponse d’un panel de xénogreffes
à celle d’une cohorte correspondante de patients.
La première approche a rarement été décrite dans
la littérature, probablement en raison des difficultés
liées à la comparaison de ces 2 situations différentes.
Plusieurs études ont cependant tenté de réaliser une
telle comparaison, et ont trouvé des taux de concor-
dance d’environ 75 % (2). Cependant, si l’efficacité
des traitements (chimiothérapie, radiothérapie, anti-
corps monoclonaux et autres composés ciblés) peut
être identique dans les expérimentations précliniques
et la pratique clinique, leurs circonstances d’utilisa-
tion se caractérisent par 3 différences principales :
➤les patients reçoivent fréquemment des traite-
ments combinés, ce qui ne permet pas l’évaluation
d’une thérapie spécifique ;
➤ les patients peuvent être atteints de tumeurs de
différentes tailles et localisations, contrairement
aux études précliniques, où les tailles tumorales
sont homogénéisées ;
➤les critères de réponse sont différents entre les
patients et les souris transplantées.
La seconde approche, qui compare la sensibilité
de panels de tumeurs humaines primitives chez la
souris à celle de cohortes de patients atteints de
tumeurs du même type, a été largement décrite
dans la littérature, à la fois pour divers agents
thérapeutiques et différents types de cancer (2, 12).
Sur la base de la totalité des données publiées, la
réponse préclinique des greffes tumorales aux agents
chimiothérapeutiques conventionnels paraît étroi-
tement corrélée aux résultats cliniques observés de
façon rétrospective ou prospective. Ainsi, dans une
série de 80 comparaisons entre réponses cliniques
et pré cliniques, H.H. Fiebig et al. ont observé une
prédiction correcte de la sensibilité tumorale dans
90 % des cas (19 tumeurs sur 21) et une prédiction
correcte de la résistance tumorale dans 97 % des
cas (57 tumeurs sur 59) [13].
Ainsi, la validation de la valeur prédictive élevée
de tumeurs précliniques traitées par des agents
chimiothérapeutiques conventionnels pour l’éva-
luation de l’efficacité clinique constitue une étape
initiale et nécessaire de la caractérisation d’un
modèle. Cependant, dans la prise en charge molé-
culaire moderne des affections malignes, la véri-
table question concerne la valeur prédictive de la
réponse des xénogreffes à des thérapies ciblées.
Dans ce cadre, il est important de préciser que les
thérapies ciblées ne sont pas régies par des critères
classiques de type “dose maximale tolérée”, et que
les données pharmaco dynamiques sont plus à même
d’indiquer l’atteinte éventuelle de la cible théra-
peutique. De ce point de vue, par l’abondance du
matériel tumoral, les xénogreffes offrent un outil
adapté à ces nouvelles approches.
Capacité des xénogreffes
à reproduire des situations
cliniques
Le dernier défi que les modèles précliniques de
tumeurs humaines doivent relever est d’imiter très
fidèlement certaines situations cliniques observées
durant l’évolution des cancers humains. Malheu-
reusement, 3 situations cliniques principales sont
fréquemment observées : les progressions méta-
statiques, les récidives après l’obtention d’une rémis-
sion complète induite par un traitement initial et les
résistances primaires ou secondaires aux traitements.
Après l’établissement in vivo du modèle, son poten-
tiel métastatique doit être évalué. La façon la plus
simple d’étudier ce potentiel est d’effectuer, après
le sacrifice éthique des souris, un examen anatomo-
pathologique des différents organes à la recherche de
cellules tumorales. Une limitation majeure de cette
approche expérimentale est cependant l’intervalle

Figure. Schémas expérimentaux de la prévention des récidives.
Jours après la transplantation
Jours après la transplantation
Chimiothérapie +
traitement expérimental
Chimiothérapie
Traitement expérimental
Délai
de croissance
Délai
de croissance
A
B
Tumeur initiale
Tumeur initiale
Régression
tumorale
Régression
tumorale
Maladie
microscopique
Maladie
microscopique
Rechute
tumorale
Rechute
tumorale
?
?
Volume tumoral médian (mm3)Volume tumoral médian (mm3)
La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 10 - décembre 2012 | 501
MISE AU POINT
relativement court entre la transplantation in vivo
initiale et le sacrifice de la souris, délai qui peut ne
pas être suffisant pour le développement de méta-
stases. D’autres approches expérimentales doivent
donc être élaborées dans le but d’améliorer le taux
de métastases dans les modèles de xénogreffes
tumorales :
➤ l’injection de cellules tumorales par voie intra-
veineuse ou intracardiaque ;
➤ l’exérèse chirurgicale de la tumeur primitive afin
d’augmenter le temps pour que la dissémination
métastatique se produise avant le sacrifice éthique
de la souris ;
➤ la réalisation de passages sous-cutanés en série
de métastases pulmonaires dans le but d’obtenir une
xénogreffe métastatique spontanée (14) ;
➤l’implantation orthotopique de la tumeur.
Les récidives après rémission complète (RC) initiale
sont fréquentes durant l’évolution des cancers
humains, et elles sont dues à la persistance de
cellules malignes résiduelles qui ont pu résister
au traitement de première ligne. Dans la majorité
des expérimentations pharmacologiques, l’évolu-
tion tumorale, et donc la survenue d’une rechute
locale, après obtention par le ou les traitement(s)
testé(s) d’une RC est rarement évaluée. De même,
en cas de RC chez la souris, la confirmation d’une
RC pathologique (pRC) est très exceptionnelle-
ment recherchée par une étude histologique du
site initial de la greffe tumorale. Le développement
de modèles précliniques définis par une RC initiale
post-thérapeutique et, après un délai de quelques
semaines, une réapparition constante de la tumeur,
permet l’évaluation de nouvelles thérapies dans la
prévention des rechutes, soit associées au traite-
ment initial, soit administrées en adjuvant après
obtention de la RC, soit les 2 (figure). Ce schéma
préclinique mime ainsi les situations cliniques à
risque au cours desquelles de nombreuses récidives
surviennent après une RC initiale.
Du fait de leur fréquence élevée en pratique onco-
logique, les résistances primaires et secondaires
doivent être modélisées dans des expérimentations
précliniques. Divers modèles précliniques de résis-
tance thérapeutique peuvent ainsi être développés
à partir des xénogreffes :
➤sélection des tumeurs résistantes d’emblée aux
traitements et maintien in vivo sous pression théra-
peutique ;
➤ induction d’une résistance secondaire à un trai-
tement maintenu de façon continue ;
➤ traitement des tumeurs par une molécule inno-
vante après évolution sous traitement standard.
Cette approche est particulièrement pertinente
en termes d’évolution clinique des patients (prise
en charge thérapeutique d’une progression de la
maladie sous traitement).
Conclusion
La constitution de modèles qui reproduisent fidèle-
ment des situations tumorales cliniques en termes
de caractéristiques biologiques, d’histoire natu-
relle in vivo et de réponse aux traitements offre
les conditions expérimentales nécessaires à l’éva-

502 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XXI - n° 10 - décembre 2012
Pertinence des modèles detumeurs humaines primaires xénogreffées
sursouris immunodéficientes
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Références bibliographiques
luation de domaines fondamentaux en cancéro-
logie : les marqueurs prédictifs de réponse et de
résistance identifiant les mécanismes impliqués
dans diverses voies de signalisation moléculaire,
la biologie des cellules malignes résiduelles et de
celles qui génèrent des tumeurs, les caractéristiques
des métastases, l’angiogenèse et les interactions
entre la tumeur et le stroma. La large disponibilité
du matériel tumoral et la possibilité de répéter
les expérimentations constituent 2 des facteurs
plaidant pour l’utilisation des modèles de tumeurs
primaires. De plus, dans certaines situations, des
analyses complémentaires de tissus tumoraux
frais, fixés et/ou congelés constituent des moyens
d’accroître la précision des résultats précliniques.
Des “va-et-vient” continus entre ces 2 échan tillons
tumoraux devraient faciliter la validation et la géné-
ration de nouvelles hypothèses mécanistiques,
permettant ainsi d’obtenir de nouvelles connais-
sances sur l’onco genèse. La constitution de modèles
pré cliniques de tumeurs primitives humaines est
donc un outil utile pour les oncologues, les biolo-
gistes du cancer et les chercheurs, pour qui l’objectif
final peut se résumer en quelques mots : assurer la
prise en charge thérapeutique optimale des patients
atteints de cancer. ■
Une expertise
en biotechnologie
a Novartis Company
PPR1590612 – Juin 2012
PPR0150112_APSandoz_180612_A4 04/10/12 18:58 Page1
Au sommaire
du prochain numéro :
Rétrospective 2012
coordonné par le Pr Jean-François Morère
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Vol. XXI - n° 10
Décembre 2012
le courrier du spécialiste
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en question
MIses Au pOInT
Pertuzumab dans les cancers du sein HER2+ métastatiques
L’ADN tumoral circulant :
application au mélanome uvéal métastatique
Relevance des modèles de tumeurs humaines primaires
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