Thèse Développement d'Un Protocole de Thérapie Sonodynamique pour le Traitement du Cancer du Pancréas. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Imagerie Biomédicale Multimodale Paris-Saclay Direction de la thèse : Anthony NOVELL ORCID 0000000336490956 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-09-15T23:59:59 La (Thérapie SonoDynamique) SDT apparaît aujourd'hui comme une approche thérapeutique innovante et particulièrement prometteuse pour le traitement des tumeurs profondes. Son développement clinique nécessite la levée de plusieurs verrous portant notamment sur la compréhension des mécanismes d'activation des sensibilisateurs, l'optimisation des paramètres ultrasonores permettant d'obtenir une efficacité thérapeutique maximale, ainsi que sur la conception de systèmes d'administration capables d'améliorer la sélectivité tumorale et l'efficacité du traitement.Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif de contribuer au développement de la SDT pour le traitement du PDAC en répondant à ces différents défis. Le projet s'articulera autour de trois axes complémentaires : (i) la formulation et la caractérisation de microbulles chargées en oxygène destinées à potentialiser la SDT ; (ii) l'optimisation des paramètres ultrasonores et la sélection du sonosensibilisateur le plus performant à l'aide de modèles in vitro ; et (iii) l'étude de la biodistribution du sonosensibilisateur ainsi que la validation de l'efficacité thérapeutique de la SDT dans des modèles précliniques de PDAC. L'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) se caractérise par un très mauvais pronostic, principalement en raison de sa résistance à de multiples agents chimiothérapeutiques, de son caractère invasif et de son fort potentiel métastatique. En 2020, on estimait à environ 500 000 le nombre de nouveaux cas de cancer du pancréas dans le monde, tous âges et sexes confondus. Avec plus de 450 000 décès par an. En France, entre 1990 et 2018, l'incidence du cancer du pancréas a augmenté et les projections indiquent ainsi que le PDAC pourrait devenir la deuxième cause de mortalité par cancer d'ici 2030. Malgré cette augmentation de l'incidence, le pronostic des patients est resté pratiquement inchangé au cours des cinquante dernières années, soulignant l'urgence de développer de nouvelles approches thérapeutiques. À l'heure actuelle, la chirurgie constitue la seule option thérapeutique potentiellement curative du PDAC. Toutefois, elle n'est envisageable que chez une faible proportion de patients diagnostiqués à un stade précoce. Dans les autres situations, la prise en charge repose principalement sur la chimiothérapie, seule ou associée à la radiothérapie, dans un objectif essentiellement palliatif. Malgré ces traitements, le taux de survie à cinq ans demeure inférieur à 5 %. Dans ce contexte, la thérapie photodynamique (PDT) apparaît comme une stratégie particulièrement prometteuse pour le traitement du PDAC validée par de nombreux modèles précliniques de PDAC. La PDT consiste à activer, par émission lumineuse à une longueur d'onde sélectionnée, un photosensibilisateur préalablement administré dans le tissu cancéreux. Le photosensibilisateur passe alors d'un état fondamental à un état excité, puis transfère son énergie à l'oxygène environnant. Ce processus conduit à la formation d'espèces réactives de l'oxygène menant à la mort des cellules tumorales par apoptose. Plusieurs essais cliniques évaluant l'association de la PDT avec différents sensibilisateurs sont actuellement en cours pour le traitement du PDAC. Toutefois, le développement de la PDT reste limité par plusieurs inconvénients : la faible pénétration de la lumière d'activation dans les tissus biologiques, le manque de sélectivité des photosensibilisateurs vis-à-vis des tissus tumoraux et leur efficacité réduite dans l'environnement fortement hypoxique caractéristique du PDAC. Ces dernières années, la thérapie sonodynamique (SDT) a suscité un intérêt croissant en tant qu'alternative non invasive à la PDT, notamment pour le traitement des tumeurs profondément localisées. Contrairement à la PDT, dont l'efficacité est limitée par la faible pénétration de la lumière dans les tissus biologiques, la SDT repose sur l'utilisation d'ultrasons focalisés (FUS), capables de traverser les tissus et de concentrer leur énergie dans un volume focal de quelques millimètres. Cette propriété permet une activation localisée des sensibilisateurs dans des structures anatomiques profondes, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives thérapeutiques pour des tumeurs difficilement accessibles, telles que celles du cerveau [1] ou du pancréas [2]. Associée à un guidage par imagerie (IRM ou échographie), la SDT offre un ciblage précis tout en restant une approche non invasive présentant peu d'effets indésirables.Malgré des résultats précliniques prometteurs et l'émergence de premiers essais cliniques, les mécanismes biologiques et physicochimiques impliqués dans la SDT demeurent encore partiellement compris. La cavitation ultrasonore est aujourd'hui considérée comme le principal mécanisme responsable de ses effets thérapeutiques. Selon les paramètres ultrasonores appliqués, les bulles générées par le FUS au sein des tissus peuvent entrer en cavitation stable, caractérisée par des oscillations périodiques produisant des microcourants, ou en régime de cavitation inertielle, correspondant à leur effondrement brutal et à la génération de forces mécaniques et d'ondes de choc susceptibles d'endommager les cellules tumorales [3]. Au-delà de ces effets mécaniques, la cavitation favorise également la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), reconnues comme des acteurs majeurs de la cytotoxicité induite par la SDT [4]. L'effondrement des bulles s'accompagne notamment d'un phénomène de sonoluminescence, correspondant à une émission transitoire de lumière [5], susceptible d'activer des photosensibilisateurs et de déclencher une production supplémentaire de ROS [6]. Plusieurs études expérimentales soutiennent cette hypothèse et montrent que de nombreux photosensibilisateurs peuvent également exercer une activité sonosensibilisatrice [7]. Par ailleurs, différentes stratégies visant à amplifier les effets de la SDT sont actuellement explorées, notamment l'utilisation de microbulles exogènes. En particulier, l'association de microbulles chargées en oxygène avec la SDT et le 5-fluorouracile a démontré une amélioration significative de l'efficacité thérapeutique dans des modèles précliniques de cancer du pancréas [8]. Cette thèse a pour objectif de contribuer au développement de la SDT pour le traitement du PDAC en répondant à ces différents défis. Le projet s'articulera autour de trois axes complémentaires : (i) la formulation et la caractérisation de microbulles chargées en oxygène destinées à potentialiser la SDT ; (ii) l'optimisation des paramètres ultrasonores et la sélection du sonosensibilisateur le plus performant à l'aide de modèles in vitro ; et (iii) l'étude de la biodistribution du sonosensibilisateur ainsi que la validation de l'efficacité thérapeutique de la SDT dans des modèles précliniques de PDAC. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre du consortium national PEPR LUMA, qui regroupe 14 laboratoires autour du développement de la PDT pour le traitement du PDAC. À ce titre, le ou la doctorant.e bénéficiera de l'expertise des différents partenaires, notamment dans les domaines de l'activation des sensibilisateurs et de la détection des espèces réactives de l'oxygène (ROS) générées dans le milieu environnant. Les modèles in vitro et in vivo utilisés au cours de la thèse seront développés conjointement par les différents laboratoires partenaires, puis transférés entre eux afin d'assurer leur mise en oeuvre harmonisée au sein du consortium.Le laboratoire BioMaps, au sein duquel se déroulera la thèse, possède une expertise reconnue dans le développement et l'exploitation de modèles tumoraux in vitro et in vivo, ainsi que l'ensemble des équipements nécessaires à la réalisation du projet. De plus, une plateforme d'ultrasons thérapeutiques dédiée à la délivrance ciblée de médicaments est d'ores et déjà disponible au laboratoire.Axe 1 - Développement et caractérisation de microbulles oxygénées (M1-M18).Le premier axe de cette thèse a pour objectif de développer des agents ultrasonores (microbulles) capables de transporter et de libérer localement de l'oxygène afin d'amplifier l'efficacité de la SDT. Les microbulles sont aujourd'hui largement utilisées en pratique clinique comme agents de contraste échographique et font également l'objet de nombreux développements pour la délivrance ciblée de médicaments sous l'action des ultrasons. Dans le cadre de ce projet, elles seront exploitées comme vecteurs d'oxygène. Leur activation par ultrasons focalisés devra permettre une libération contrôlée de l'oxygène au sein de la tumeur, avec pour objectif de restaurer localement un environnement favorable à la production de ROS, y compris dans les régions hypoxiques caractéristiques des PDAC.Le laboratoire BioMaps possède une expertise reconnue dans la formulation et la caractérisation de microbulles à visée thérapeutique. Le principal défi réside dans la faible stabilité des microbulles chargées en oxygène. En raison de la forte diffusivité de ce gaz, l'oxygène s'échappe rapidement de la bulle, en particulier après administration intraveineuse, ce qui réduit considérablement la durée de vie des microbulles et limite leur intérêt thérapeutique. Différentes formulations seront développées en modifiant les propriétés physicochimiques de la coque des microbulles, constituée de lipides et/ou de polymères. Des procédés de formulation maîtrisés au laboratoire seront mis en oeuvre afin de limiter la diffusion spontanée de l'oxygène, d'améliorer la stabilité circulante des microbulles et de favoriser une libération sélective du gaz uniquement sous l'effet des ultrasons. Les formulations obtenues seront caractérisées en termes de taille, de concentration, de stabilité, de charge en oxygène et de comportement acoustique, en vue d'identifier les candidats les plus performants pour les étapes ultérieures de la thèse.Axe 2 : Développements méthodologiques de la SDT sur modèle in vitro (M12-M30)Le deuxième axe de cette thèse a pour objectif de développer un dispositif expérimental in vitro et d'optimiser les séquences ultrasonores destinées à la mise en oeuvre de la SDT sur des modèles cellulaires. Les principaux paramètres acoustiques, notamment la fréquence, la pression acoustique, le rapport cyclique, la durée d'exposition et le nombre de cycles, seront étudiés afin d'identifier les conditions permettant de maximiser l'efficacité thérapeutique.Dans un premier temps, les paramètres ultrasonores favorisant la déstabilisation contrôlée des microbulles oxygénées développées dans l'axe 1 et la libération locale d'oxygène seront déterminés. Leur capacité à induire la production de ROS sera ensuite évaluée en présence des différents sonosensibilisateurs (pour plusieurs concentrations) développés par les partenaires du consortium PEPR LUMA, afin de sélectionner les combinaisons les plus performantes. La quantification des ROS reposera sur des protocoles expérimentaux développés et validés par l'équipe du Pr Vincent Sol (Université de Limoges), garantissant une comparaison robuste des différentes conditions expérimentales.Les séquences ultrasonores optimisées seront ensuite validées sur des lignées cellulaires humaines du PDAC, sélectionnées par le consortium. Les effets thérapeutiques seront évalués au travers de la viabilité cellulaire (mesure de l'apoptose), de la production intracellulaire de ROS et, selon les résultats obtenus, d'autres marqueurs de réponse biologique pertinents. Cet axe permettra d'identifier les conditions optimales d'activation de la SDT avant leur transfert vers les études précliniques in vivo.Axe 3 : Validation de la SDT sur modèles tumoraux précliniques (M18-M36)Le troisième axe de cette thèse sera consacré à la validation préclinique de la SDT dans un modèle murin du PDAC. Dans un premier temps, un modèle orthotopique de PDAC sera mis en place et caractérisé. Une étude de biodistribution du sonosensibilisateur sélectionné à l'issue de l'axe 2 sera ensuite réalisée afin de déterminer son accumulation tumorale et sa cinétique de distribution. À cette fin, le sensibilisateur sera marqué avec un fluorophore permettant son suivi par imagerie de fluorescence dans la tumeur ainsi que dans les principaux organes (rein, foie, ...). Sa distribution et sa dégradation seront évaluées à différents temps après administration par voie intraveineuse.Si l'accumulation tumorale du sensibilisateur s'avère insuffisante pour induire un effet thérapeutique satisfaisant (sur la base des donnée in vitro de l'axe 2), une administration intratumorale sera envisagée avant l'application des ultrasons afin d'augmenter sa concentration locale.L'efficacité thérapeutique de la SDT sera ensuite évaluée sur le modèle orthotopique selon six groupes expérimentaux (n = 8 animaux par groupe) : (1) groupe témoin (sham, sans traitement), (2) sonosensibilisateur seul, (3) microbulles oxygénées seules, (4) microbulles oxygénées + ultrasons, (5) sonosensibilisateur + ultrasons et (6) sonosensibilisateur + microbulles oxygénées + ultrasons. Les traitements seront administrés deux fois par semaine à partir d'un volume tumoral d'environ 100 mm³.L'efficacité thérapeutique sera évaluée par le suivi longitudinal de la croissance tumorale et l'analyse de la survie des animaux. En complément, une caractérisation histologique des tumeurs sera réalisée en fin d'étude afin de quantifier l'étendue de la nécrose tumorale et d'évaluer les effets biologiques induits par le traitement.

Nous recherchons un candidat ou une candidate pour une thèse ayant un profil Master 2 en biologie ou en physique ou issu d'une école d'ingénieur en ingénierie biomédicale. Le ou la candidat/Candidate idéal/e sera motivé/e par des approches multidisciplinaires, faisant preuve d'une forte curiosité scientifique et d'une appétence pour l'innovation. Une capacité à travailler en équipe et à s'engager dans des projets complexes est essentielle, ainsi qu'une bonne maîtrise des techniques de laboratoire et une connaissance des outils analytiques modernes. Cette opportunité est ouverte aux personnes passionnées par la recherche et désireuses de contribuer à des avancées significatives dans le domaine de la thérapie contre le cancer et de l'imagerie biomédicale.

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• Chimie