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EP4301460A1 - Procede pour estimer le niveau de toxicite d'un traitement par radiotherapie sur un patient - Google Patents

Procede pour estimer le niveau de toxicite d'un traitement par radiotherapie sur un patient

Info

Publication number
EP4301460A1
EP4301460A1 EP22712962.4A EP22712962A EP4301460A1 EP 4301460 A1 EP4301460 A1 EP 4301460A1 EP 22712962 A EP22712962 A EP 22712962A EP 4301460 A1 EP4301460 A1 EP 4301460A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
factor
radiosensitivity
patient
treatment
toxicity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22712962.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sandrine PEREIRA
Fanny CARBILLET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alara Group
Neolys Diagnostics SAS
Original Assignee
Alara Group
Neolys Diagnostics SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alara Group, Neolys Diagnostics SAS filed Critical Alara Group
Publication of EP4301460A1 publication Critical patent/EP4301460A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/573—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for enzymes or isoenzymes
    • G—PHYSICS
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1031—Treatment planning systems using a specific method of dose optimization
    • G—PHYSICS
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    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
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    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
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    • G01N2333/912—Transferases (2.) transferring phosphorus containing groups, e.g. kinases (2.7)
    • G01N2333/91205—Phosphotransferases in general
    • G01N2333/9121—Phosphotransferases in general with an alcohol group as acceptor (2.7.1), e.g. general tyrosine, serine or threonine kinases
    • G01N2333/91215—Phosphotransferases in general with an alcohol group as acceptor (2.7.1), e.g. general tyrosine, serine or threonine kinases with a definite EC number (2.7.1.-)
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    • G01N2440/00—Post-translational modifications [PTMs] in chemical analysis of biological material
    • G01N2440/14—Post-translational modifications [PTMs] in chemical analysis of biological material phosphorylation
    • G—PHYSICS
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    • G01N2800/00—Detection or diagnosis of diseases
    • G01N2800/52—Predicting or monitoring the response to treatment, e.g. for selection of therapy based on assay results in personalised medicine; Prognosis

Definitions

  • TITLE METHOD FOR ESTIMATING THE LEVEL OF TOXICITY OF A TREATMENT
  • the present invention relates to the field of oncology and more particularly to the evaluation of the risk factors of a radiotherapy treatment on a patient suffering, for example, from cancer in the head or neck area, in order to determine whether it is able to withstand further irradiation without major or even lethal toxicological risk.
  • Radiotherapy is one of the most frequently used and effective treatments for cancer. Like any cancer treatment, the therapeutic benefit of radiation therapy is weighed against the potential adverse effects (or toxicity) in normal tissues. Therefore, accurate scoring and reporting of adverse effects of radiotherapy is of critical importance for improving the quality of RT and researching treatment efficacy.
  • the total dose of ionizing radiation delivered to the tumor is a major factor in locoregional control.
  • the increase in this dose to tumor volumes is most often correlated with an increase in the dose to healthy tissue.
  • tissue reaction such as dermatitis or proctitis
  • this tissue reaction is an indicator of a particularly high sensitivity of the patient to ionizing radiation.
  • radiotherapeutic treatment even interrupted at the time of the appearance of the first visible tissue signs, can increase the post-treatment morbidity or even mortality of patients, not only because the cancer it was supposed to treat could not be eradicated completely due to premature discontinuation of treatment, but also due to collateral damage to healthy tissue induced by the radiation itself.
  • the planning of external radiotherapy must then take into account dose constraints to the organs at risk. Delivery of the highest dose generates more toxicity both early and late.
  • Dysphagia is a clinical sign that may result from irradiation with excessive doses but is not directly representative of the level of toxicity in general. Indeed, the level of toxicity can result in other clinical syndromes, and taking into account the risk of dysphagia is not a relevant indicator.
  • This document also proposes a method based on the genotyping of a blood sample by polymorphism analysis and not by determining the amount of phosphorylated pATM protein ATM in the basal state in the sample.
  • the protocol is based on genomic analysis, which does not appear to be directly predictive of individual radiosensitivity.
  • radioresistance group I
  • moderate radiosensitivity caused by delayed nucleoshuttling of I ⁇ TM, which includes patients in the operating room
  • hyperradlosensitivity caused by a gross repair defect of the DSB, which includes fatal cases
  • group IP group IP
  • It provides a protocol based on the kinetics of the degradation of protein markers during additional irradiations applied to a sampled tissue.It provides for the realization of immunofluorescence experiments on a collection of cutaneous fibroblasts from 12 radioresistant patients, 5 hyperradiosensitive patients and 100 OR patients irradiated at 2 Gy.
  • the numbers of micronuclei, of foci yH2AX and pATM that reflect the different steps in the recognition and repair of DNA double-strand breaks (DSBs) were assessed from 10 minutes to 24 hours after irradiation and plotted according to the degrees of severity established by the criteria common terminology for adverse effects.
  • the object of the invention is to provide a better quality estimate of the risk factor, personalized for each patient, with a lower margin of uncertainty.
  • the present invention relates to a method for estimating the level of toxicity of a treatment by radiotherapy on a patient in accordance with claim 1 or one of the dependent claims.
  • Biochemical analysis will be understood within the meaning of the present patent to mean all molecular biology analyses, carried out using a biological sample taken from the patient, making it possible to determine a radiosensitivity factor.
  • the invention does not relate to methods based on genetic analyzes alone.
  • the determination of the radiosensitivity factor is carried out on fibroblasts obtained from a sample of connective tissue from said patient.
  • the determination of the radiosensitivity factor is carried out on fibroblasts obtained from a sample of the skin of said patient.
  • the determination of the radiosensitivity factor is carried out on lymphoblasts/lymphocytes obtained from a blood sample from the patient.
  • the radiosensitivity factor is determined by determining the total fractions of the cell sample of said sample of the amount of phosphorylated ATM protein (pATM) in the basal state.
  • said level of toxicity is determined by fitting two-variable logistic regression models, comprising:
  • Figure 1 shows the results on the development of mucosal inflammation in patients with radiosensitivity of CTCAE grade greater than or equal to 2
  • Figure 2 shows the results on the development of mucosal inflammation in patients with radiosensitivity of CTCAE grade greater than or equal to 3
  • Figure 3 represents the results on dysphagia in patients with radiosensitivity of CTCAE grade greater than or equal to 2 -
  • Figure 4 represents the results on dysphagia in patients with radiosensitivity of CTCAE grade greater than or equal to 3
  • Figure 5 shows the results on acute toxicity and late toxicity on patients.
  • Figure 8 shows the results for dysphagia and mucositis for patients with CTCAE grade toxicities greater than or equal to 2 and 3.
  • Figure 7 shows the results for patients with prostate cancer and presenting with late toxicities of CTCAE grade greater than or equal to 2.
  • the aim of the invention is to provide a physician with an objective and reliable indicator representative of a patient's ability to withstand irradiation in the context of radiotherapy. This indicator is determined based on the results of at least two protocols:
  • TPS in English treatment planning System
  • CTCAE Commission Criteria for Adverse Events
  • the first factor is determined by a known method of biochemical analysis of a sample from the patient considered for quantify a marker or a combination of markers, in particular proteins of the family of kinases such as ATM and ATR,
  • ionizing radiation can break certain types of chemical bonds by generating free radicals (in particular by peroxidation) and other reactive species causing DNA damage.
  • DNA damage by endogenous or exogenous attacks can lead to different types of DNA damage depending in particular on the energy deposited: base damage, single-strand breaks and double-strand breaks (CBDs).
  • Unrepaired DSBs are associated with cell death, toxicity, and specifically radiosensitivity. Poorly repaired CBDs are associated with genomic instability, mutagenic phenomena and susceptibility to cancer.
  • the body has specific repair systems for each type of DNA damage. As far as DSBs are concerned, mammals have two main modes of repair: repair by suture (ligation of the strands) and repair by recombination (insertion of a homologous or non-homologous strand).
  • the determination of the radiosensitivity factor is carried out using a sample of healthy tissue, preferably fibroblasts or lymphoblasts/lymphocytes.
  • the former are preferably taken from the connective tissue or the skin of an individual and the latter from the blood.
  • This sample can be taken by biopsy or blood sample.
  • the determination of the radiosensitivity factor can be carried out with a kit for characterizing the radiosensitivity of a cell sample from an individual to ionizing radiation.
  • This kit includes: a) means for extracting the total fractions of the cell sample, that is to say reagents such as a lysis buffer known to those skilled in the art, b) means for determining in said fractions of said sample cellular the amount of phosphorylated pATM protein ATM in the basal state (in the state in which the protein is found in the cell, without external modification such as irradiation), such as a plate coated with a specific anti-pATM antibody to perform an ELISA test,
  • the basal state of a protein corresponds to the level of expression of said protein in the absence of activation or repression induced by cellular oxidative stress but also in the absence of damage to the cell by radiation.
  • the total fraction of a cell sample obtained after total lysis contains all the cell proteins including nuclear and cytoplasmic proteins and more particularly pATM proteins.
  • the expression of the ATM protein can also be determined upstream by quantifying the expression of mRNAs coding for the protein by genomic analysis techniques.
  • the operator takes a cell sample from the patient, such as a blood sample comprising lymphoblasts or lymphocytes.
  • the blood constituents can be separated by centrifugation on a cushion made up of a copolymer of sucrose (sucrose) and epichlorohydrin, Ficoll ⁇ . After centrifugation under appropriate conditions known to those skilled in the art, the blood constituents are separated by density, the lymphocytes thus purified are redispersed in a suitable culture medium, preferably in a culture medium of the RPMI 1840 type provided by the Gibco company and comprising 10% fetal calf serum and 1% penicillin/streptomycin. These lymphocytes in the basal state thus obtained are then used as they are, without being irradiated (absorbed dose 0 Gy). The biological material is subjected to total lysis by any appropriate means.
  • the isolation and capture of the phosphorylated (thus active) ATM proteins in each of the total, cytoplasmic and/or nuclear fractions is carried out by ELISA TEST using plates coated with a specific anti-pATM antibody. In each fraction, the amount of pATM present is then analyzed by luminescence at 450 nm using a plate reader. All of the techniques indicated are known to those skilled in the art.
  • the genetic factor is determined by a known method of sequencing DNA extracted from a sample taken from the patient in question to qualify markers or a combination of markers, in particular DNA polymorphisms.
  • DNA polymorphisms may be present in individuals developing toxicities following irradiation.
  • the determination of the genetic factor is carried out from a sample of healthy tissue, preferably lymphoblasts / lymphocytes or fibroblasts.
  • the former are preferably taken from the blood and the latter from the connective tissue or the skin of an individual.
  • This sample can be taken by blood sample or biopsy.
  • the determination of the genetic factor can be carried out by a procedure well known to those skilled in the art consisting in carrying out an analysis by genotyping of the DNA and comprising: a) means for extracting the DNA from the cellular sample, it that is to say reagents such as a lysis buffer known to those skilled in the art, b) means for determining at the level of the DNA of said cell sample the genotype of certain polymorphisms in the basal state (state in which the DNA is found in the cell, without external modification such as irradiation), by the use of sequencing reagents known to those skilled in the art and of a sequencer.
  • the basal state corresponds to the absence of damage to the DNA of the cell by radiation.
  • the genotyping information is then analyzed in siiico to determine the genotypes of the polymorphisms tested for each individual.
  • a Multivariate logistic regression is then used to determine a Polygenic Risk Score. The calculation of this Score is detailed in the following article:
  • the treatment factor is determined from the data available from the treatment planning system (TRS), extracted from the software for preparing the radiotherapy irradiation treatment plan of a patient under consideration.
  • TRS treatment planning system
  • the TPS has become an indispensable tool in modern radiotherapy. It allows, from the medical prescription, the images and the anatomical volumes recovered by the medical physics team to prepare the treatment plan, to set up the most suitable treatment ballistics (energy of the beams; number, shape and incidence of the fields; intensity modulation or not, etc.). Often, several trials are made.
  • the calculation of the dose is carried out using an algorithm which models the deposition of energy in matter, according to the laws of interaction of the particles involved. it allows:
  • the calculation of the dose in the patient, from the scanner images, requires knowing the conversion curve of the Hounsfield Units (HU, information contained in the scanner images) into relative electron density (information directly linked to tissue composition). This curve is measured for a scanner and a given voltage, in a "phantom” containing inserts of different electronic densities, in order to cover all the electronic densities available in the human body.
  • the calculations carried out by the TPS take into account the properties of the accelerator: Dose rate, energy, homogeneity and symmetry of the beams, filtration, collimation accessories, etc., are all elements for which a precise description must be given to the GST. This setting is directly linked to the acceptance step of a processing machine described elsewhere.
  • the TPS allows you to plan treatments. From the volumic images of the patient and the volumes to be treated as well as the OARs delineated by the radiotherapist, the dosimetrist programs treatment beams with the right parameters: energy, dimensions, orientation, dynamic filter, etc., in order to obtain the best possible dose distribution for the treatment.
  • the calculation of the dose is based on algorithms capable of simulating the interaction of photons and electrons in the tissues, for example by the Monte Carlo simulation code,
  • the processing factor calculated from the data coming from the TPS software consists for example of:
  • radiosensitivity factor-treatment factor mathematical models were developed by fitting bivariate logistic regression models, including:
  • the evaluation of the predictive value of the combination of treatment and radiosensitivity factors is carried out by an ROC curve analysis, the determination of the AUC (Area Under Curve) and the evaluation of the probabilities (Ghi-square test).
  • Figures 1 to 8 show the rate of correlation between the predictive indicators and the pathologies that actually appeared in a cohort of patients who underwent radiotherapy for head and neck cancer (HNC) observed in several clinical trials.
  • HNC head and neck cancer
  • the predictive indicators were determined for the tests illustrated in Figures 1 to 4: a) From a dosimetric model (left column) b) From a radiosensitivity factor obtained based on the quantification of the ATM protein phosphorylated in lymphocytes (middle column) c) From a combination of a treatment factor and a combined radiosensitivity factor in accordance with [Invention (right column).
  • the predictive indicators were determined for the tests illustrated in FIG. 5: a) From a radiosensitivity factor based on the quantification of the phosphorylated ATM protein in the lymphocytes (left column) b) From a combination a treatment factor and a combined radiosensitivity factor according to the invention (right column).
  • the analysis of the validation population included the evaluation of the predictive value of the indicator determined according to the method that is the subject of the invention.
  • the predictive indicators determined for the tests are illustrated by FIG. 6 from a combination of a treatment factor (based on dosimetric data) and a combined radiosensitivity factor in accordance with [the invention.
  • the patients were classified according to the combination between the radiosensitivity factor and the treatment factor in 2 classes, Radiosensitive and radioresistant.
  • Figure 7 presents the rate of correlation between the predictive indicators and the late toxicities that appeared in a cohort of patients who underwent radiotherapy for prostate cancer observed in a clinical trial.
  • the predictive indicators were determined (ROC curves): d) From ! a dosimetric model (named Dmax) e) From a radiosensitivity factor obtained based on the quantification of the phosphorylated ATM protein (pATM) in the lymphocytes f) From the calculation of the polygenic risk score (PRS) based on the genotyping information of 3 polymorphisms already described in the literature (rs11122573 from Kerns et al, J Nati Cancer Inst 2020, rs2293054 and rs845552 from De Langhe et al. RO 2014).
  • PRS polygenic risk score

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Abstract

La présente invention concerne le domaine de l'oncologie et plus particulièrement de l'évaluation des facteurs de risques d'un traitement de radiothérapie sur un patient atteint par exemple du cancer dans la zone de la tête ou du cou, afin de déterminer s'il est en mesure de supporter une nouvelle irradiation sans risque toxicologique majeur voire létal.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE POUR ESTIMER LE NIVEAU DE TOXICITE D’UN TRAITEMENT
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine de l'oncologie et plus particulièrement de l’évaluation des facteurs de risques d’un traitement de radiothérapie sur un patient atteint par exemple du cancer dans la zone de la tête ou du cou, afin de déterminer s’il est en mesure de supporter une nouvelle irradiation sans risque toxicologique majeur voire létal.
La radiothérapie (RT) est l'un des traitements les plus fréquemment utilisés et les plus efficaces contre le cancer. Comme tout traitement anticancéreux, le bénéfice thérapeutique de la radiothérapie est mis en balance avec les effets indésirables potentiels (ou la toxicité) dans les tissus normaux. Par conséquent, une notation et un rapport précis des effets indésirables de la radiothérapie sont d'une importance cruciale pour l'amélioration de la qualité de la RT et la recherche sur l'efficacité du traitement.
La dose totale de radiations ionisantes délivrées à la tumeur est un facteur majeur du contrôle locorégional. L’augmentation de cette dose aux volumes tumoraux est le plus souvent corrélée avec une majoration de la dose aux tissus sains.
Environ 1 à 15% des patients traités par radiothérapie pour un cancer montrent une réaction tissulaire (tel qu’une dermite ou une rectite) qui peut mettre en jeu le bon déroulement du traitement dans la mesure où elle peut conduire le médecin à décider l'arrêt du traitement radiothérapeutique avant la fin du protocole prévu. Par ailleurs, cette réaction tissulaire est un indicateur d'une sensibilité particulièrement élevée du patient au rayonnement ionisant. Ainsi, le traitement radiothérapeutique, même interrompu au moment de l'apparition des premiers signes tissulaires visibles, peut augmenter la morbidité voire la mortalité post-traitement des patients, non seulement parce que le cancer qu’il était censé traiter n'a pas pu être éradiqué complètement dû à l’arrêt prématuré du traitement, mais encore à cause de l'endommagement collatéral des tissus sains induit par le rayonnement lui-même. La planification de la radiothérapie externe doit alors tenir compte de contraintes de dose aux organes à risque. La délivrance d'une dose la plus élevée génère davantage de toxicité à la fois précoce et tardive.
Cette toxicité doit être enregistrée prospectivement par les praticiens. L’enregistrement et la cotation doivent se faire de manière simple, reproductible et sensible afin d’obtenir une évaluation précise et adaptée pour chaque organe et le référentiel « CTCAE » (Common Terminology Criteria for Adverse Events) élaboré par l’institut « National Cancer Institute » constitue un indicateur reconnu pour éclairer le radiothérapeute sur l'opportunité d’engager une nouvelle irradiation, il utilise une gamme de grades allant de 1 à 5 correspondants, dans l’ordre croissant, aux qualificatifs Doux, Modéré, Sévère, En danger de mort, Décès.
Pour objectiver le critère approprié pour un patient, il est nécessaire de disposer d'outils d’analyse fiables, pour éviter de renoncer à une nouvelle irradiation pour un patient qui pourrait la supporter, et renoncer à une nouvelle irradiation pour un patient pour lequel cela entraînerait des conséquences fatales.
Il est donc désirable de disposer d’une méthode d’essai prédictive pour pouvoir déterminer la dose maximale cumulée qu’un patient donné peut recevoir sans risque. Cette question se pose en premier lieu en radiothérapie dans un contexte de fortes doses ionisantes.
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique plusieurs articles scientifiques concernant la toxicité résultant d'une radiothérapie.
L’article De Ruyck K, et al. : "A predictive model for dysphagia following IMRT for head and neck cancer: Introduction of the EMLasso technique", Radiother. Oncol., vol. 107, no. 3, 22 avril 2013, pages 295-299 concerne le risque de dysphagie, notamment après une radiothérapie combinée à une chimiothérapie. Une dysphagie est un signe clinique pouvant résulter d’une irradiation avec des doses excessives mais n’est pas directement représentatif du niveau de toxicité en général. En effet, le niveau de toxicité peut se traduire par d’autres syndromes cliniques, et la prise en compte du risque de dysphagie ne constitue pas un indicateur pertinent. Ce document propose par ailleurs une méthode basée sur le génotypage d’un prélèvement sanguin par analyse de polymorphisme et non pas par détermination de la quantité de protéine pATM phosphorylée ATM en l'état basal dans le prélèvement. Le protocole est basé sur une analyse génomique, qui ne semblent pas être directement prédictifs de la radiosensibilité individuelle.
L’article Kang J. et al. : "Genomics models in radiotberapy: F rom mechanistic to machine learning". Md. Phys., vol. 47, no. 5, 15 mai 2020, pages e2G3~ e217 décrit également une approche basée sur la génomique. L’article propose un examen des cadres de modélisation de la radiogénomique et des efforts vers la radiothérapie guidée par génomique pour créer des tests cliniques pour la radiosensibilité des tissus normaux ou des tumeurs. La figure 2a de D2 concerne un exemple théorique de la combinaison des modèles NTCP à une variable biologique. La variable biologique peut ne pas être un facteur de radiosensibilité au sens de l’invention revendiquée.
L’article El Naqa 1 , et al. : "Radiogenomics and radiotherapy response modeling", Phys. Med. Biol., vol. 62, no. 16, 1 août 2017, pages R179-R206 décrit également une approche basée sur la génomique. Il ne concerne pas la prédiction d’un facteur de radiosensibilité mais une étude génomique qui ne semble pas être directement prédictive de la radiosensibilité individuelle.
L’article Orlandi E. et al. : "Multivariable model for predicting acute oral mucositis during combined IMRT and chemotherapy for locally advanced nasopharyngeal cancer patients”, Oral Oncol., vol. 86, 11 octobre 2018, pages 266-27 2 décrit des modèles NTCP dans les cancers ORL mais uniquement avec des données dosimétriques et pas de variable biologique.
L’article Werbrouck J. et al. : "Acute normal tissue reactions in head-and-neck cancer patients treated with IMRT: Influence of dose and association with genetic polymorphisms in DNA DSB repair genes", Int. J. Radiation Oncol. Biol. Phys., vol. 73, no. 4, 26 février 2009, pages 1187-1195 ne concerne pas la prédiction d’un facteur de radiosensibilité mais une étude génomique qui ne semble pas être directement prédictive de la radiosensibilité individuelle. L’article Granzotto A. et al. : "Influence of nucleoshuttling of the ATM protein in the healthy tissues response to radiation therapy: Toward a molecular classification of human radiosensitivity”, Int. J. Radiation Oncol. Biol. Phys., vol. 94, no. 3, 14 novembre 2015, pages 450-480 propose l’analyse de la radiosensibilité humaine basée sur 3 groupes : radiorésistance (groupe I) ; radiosensibilité modérée causée par le retard de nucleoshuttling de IΆTM, qui inclut les patients en salle d’opération (groupe II) ; et rhyperradlosensibilité causée par un défaut de réparation grossier du DSB, qui comprend des cas mortels (groupe IP). Elle prévoit un protocole basé sur la cinétique de la dégradiation de protéine marqueurs lors d’irradiations additionnelles appliquées sur un tissu prélevé. Il prévoit la réalisation d'expériences d’immunofluorescence sur une collection de fibroblastes cutanés de 12 patients radiorésistants, 5 hyperradiosensibles et 100 patients OR irradiés à 2 Gy. Les nombres de micronoyaux, de foyers yH2AX et pATM qui reflètent les différentes étapes de la reconnaissance et de la réparation des cassures double brin (DSB) de l’ADN ont été évalués de 10 minutes à 24 heures après l'irradiation et tracés en fonction des degrés de gravité établis par les critères de terminologie commune pour les effets indésirables.
Inconvénients de l’art antérieur
Les solutions de l’art antérieur basées sur la quantification de biomarqueurs n’était pas totalement satisfaisante et on observe des variations notables d’un patient à l’autre, se traduisant par des prédictions trop favorables dans certains cas, ce qui peut entraîner des conséquences fâcheuses pour certains patients, et trop pessimistes dans d’autres cas, ce qui privent le patient d’une poursuite du traitement de radiothérapie qui aurait permis de réduire les cellules cancéreuses.
L’objet de l’invention est de fournir une estimation de meilleure qualité de facteur de risque, personnalisé pour chaque patient, avec une moindre marge d’incertitude.
Solution apportée par l'invention
Afin de répondre à ces inconvénients, la présente invention concerne un procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient conforme à la revendication 1 ou à une des revendications dépendantes. On entendra par « analyse biochimique » au sens du présent brevet toutes les analyses de biologie moléculaire, réalisées à partir d’un prélèvement biologique sur le patient permettant de déterminer un facteur de radiosensibilité.
L'invention ne concerne pas les procédés basés sur des analyses génétiques seules. Selon une première variante, la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée sur des fibroblastes provenant d’un prélèvement de tissu conjonctif dudit patient.
Selon une deuxième variante, la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée sur des fibroblastes provenant d'un prélèvement de la peau dudit patient. Selon une troisième variante, la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée sur des lymphoblastes / lymphocytes issus d'un prélèvement sanguin du patient.
Avantageusement, la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée par détermination des fractions totales de l’échantillon cellulaire dudit prélèvement de la quantité de protéine ATM phosphorylée (pATM) en l’état basal.
Selon un exemple de mise en œuvre, ledit niveau de toxicité est déterminé par un ajustement des modèles de régression logistique à deux variables, comprenant :
(a) le résultat du test pATM sur les lymphocytes sanguins et
(b) la prédiction à partir de modèles dosimétriques basés sur les données dosimétriques de planification du traitement pour des toxicités de grade ≥3 ou de grade≥ 2
Description détaillée d'un exemple non limitatif de mise en œuyre de l'invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit illustrée par les dessins annexés relatifs à un exemple non limitatif de réalisation où :
- [Fig. 1] La figure 1 représente les résultats sur le développement d’inflammation des muqueuses sur des patients présentant une radiosensibilité de grade CTCAE supérieur ou égal à 2
- [Fig. 2] La figure 2 représente les résultats sur le développement d’inflammation des muqueuses sur des patients présentant une radiosensibilité de grade CTCAE supérieur ou égal à 3
- [Fig. 3] La figure 3 représente les résultats sur la dysphagie sur des patients présentant une radiosensibilité de grade CTCAE supérieur ou égal à 2 - [Fig. 4] La figure 4 représente les résultats sur la dysphagie sur des patients présentant une radiosensibilité de grade CTCAE supérieur ou égal à 3
- [Fig. 5] La figure 5 représente les résultats sur la toxicité aiguë et la toxicité tardive sur des patients.
- [Fig. 8] La figure 8 représente les résultats sur la dysphagie et la mucite pour des patients présentant des toxicités de grade CTCAE supérieur ou égal à 2 et 3.
- [Fig. 7] La figure 7 représente les résultats pour des patients atteints de cancers de la prostate et présentant des toxicités tardives de grade CTCAE supérieur ou égal à 2.
Principe général
L'invention a pour but de fournir à un médecin un indicateur objectif et fiable représentatif de la capacité d’un patient à supporter une irradiation dans le cadre d’une radiothérapie. Cet indicateur est déterminé en fonction des résultats d'au moins deux protocoles :
- une analyse de radiosensibilité in vitro pratiquée sur un prélèvement biologique du patient, pour établir un facteur de radiosensibilité sur l’échantillon prélevé avec ou sans application d’irradiation après prélèvement
- une analyse dosimétrique de la planification de traitement appelé TPS en anglais (treatment planning System) établie pour préparer un plan de traitement par irradiation en radiothérapie pour établir un facteur de traitement
Ces deux facteurs sont combinées pour établir un indicateur prédictif du niveau de risque toxicologique dans le référentiel « CTCAE » ( Common Terminology Criteria for Adverse Events). lis peuvent être complétés par d'autres analyses, y compris par des analyses génétiques combinées aux analyses susvisées.
Détermination du facteur de radiosensibilité
Le premier facteur, désigné par facteur de radiosensibilité, est déterminé par une méthode connue d’analyse biochimique d’un prélèvement du patient considéré pour quantifier un marqueur ou une combinaison de marqueurs, notamment de protéines de la famille des kinases teiles que ATM et ATR,
Il est connu que la question de la sensibilité des tissus au rayonnement ionisant est liée aux mécanismes de réparation des dommages de l'ADN. En effet, au niveau cellulaire, le rayonnement ionisant peut casser certains types de liaisons chimiques en générant des radicaux libres (en particulier par peroxydation) et d'autres espèces réactives à l'origine des dommages de l’ADN. L'endommagement de l'ADN par des agressions endogènes ou exogènes (telles que les radiations ionisantes et les radicaux libres), peut aboutir à différents types de dommages de l’ADN en fonction notamment de l'énergie déposée : les dommages de bases, les cassures simple-brin et les cassures double-brin (CDB). Les CDB non réparées sont associées à la mort cellulaire, à la toxicité et plus précisément à la radiosensibilité. Les CDB mal réparées sont associées à l'instabilité génomique, aux phénomènes mutagènes et à la prédisposition au cancer. L'organisme dispose de systèmes de réparation spécifiques à chaque type de dommage de l'ADN. En ce qui concerne les CDB, les mammifères possèdent deux principaux modes de réparation : la réparation par suture (ligation des brins) et la réparation par recombinaison (insertion d’un brin homologue ou non- homologue).
On sait aussi que la sensibilité des tissus au rayonnement ionisant est très variable d’un organe à l'autre et d'un individu à l’autre. Même en dehors de certaines rares cas de radiosensibilité extrême, dont l'origine génétique semble avérée, on pense que la radiosensibilité découle d’une manière générale d'une prédisposition génétique : elle est donc propre à un individu.
A titre d’exemple non limitatif, la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée à partir d’un échantillon de tissu sain, de préférence des fibroblastes ou des lymphoblastes / lymphocytes. Les premiers sont de préférence prélevés sur le tissu conjonctif ou la peau d'un individu et les seconds à partir du sang. Cet échantillon peut être prélevé par biopsie ou prélèvement sanguin.
Exemple d’un protocole de détermination du facteur de radiosensibilité
La détermination du facteur de radiosensibilité peut être réalisé avec un kit pour caractériser la radiosensibilité d'un échantillon cellulaire d'un individu aux rayonnements ionisants. Ce kit comprend : a) des moyens pour extraire les fractions totales de l'échantillon cellulaire, c'est-à-dire des réactifs tels qu'un tampon de lyse connus de l'homme du métier, b) des moyens pour déterminer dans lesdites fractions dudit échantillon cellulaire la quantité de protéine pATM phosphorylée ATM en l’état basal (dans l’état dans laquelle on trouve la protéine dans la cellule, sans modification externe telle qu’une irradiation), comme une plaque revêtue d’un anticorps spécifique anti-pATM pour réaliser un test ELISA,
L’état basal d’une protéine correspond au niveau d’expression de ladite protéine en l'absence d’activation ou de répression induit par un stress oxydatif cellulaire mais aussi en l’absence d’endommagement de la cellule par un rayonnement.
La fraction totale d’un échantillon cellulaire obtenu après lyse totale contient l’ensemble des protéines de la cellule dont les protéines nucléaires et cytoplasmiques et plus particulièrement des protéines pATM.
L’expression de la protéine ATM peut être également déterminée en amont en quantifiant l’expression des ARNmessagers codant pour la protéine par des techniques d’analyse génomiques.
Notion de << fraction totale » et de « basal ». ainsi que les autres types de marqueurs
L'opérateur prélève sur le patient un échantillon cellulaire tel qu'un échantillon de sang comprenant des lymphoblastes ou des lymphocytes.
La séparation des constituants du sang peut être effectuée par centrifugation sur un coussin constitué d’un copolymère de saccharose (sucrose) et d'épichlorhydrine, le Ficoll©. Après centrifugation dans des conditions appropriées connues de l’homme du métier, les constituants du sang sont séparés par densité, les lymphocytes ainsi purifiés sont redispersés dans un milieu de culture adapté, de préférence dans un milieu de culture de type RPMI 1840 fourni par la société Gibco et comprenant 10 % de sérum de veau fœtal et 1 % de pénicilline/streptomycine. Ces lymphocytes à l’état basal ainsi obtenus sont ensuite utilisés tels quels, sans être irradiés (dose absorbée 0 Gy), Le matériel biologique est soumis à une lyse totale par tout moyen approprié. L’isolation et la capture des protéines ATM phosphorylées (donc actives) dans chacune des fractions totales, cytoplasmiques et/ou nucléaires est réalisée par TEST ELISA grâce à l’emploi de plaques revêtues d’un anticorps spécifique anti-pATM. Dans chaque fraction, la quantité de pATM présente est ensuite analysée par luminescence à 450 nm grâce à un lecteur de plaques. L’ensemble des techniques indiquées sont connues de l’homme du métier.
Détermination du facteur génétique
Le facteur génétique est déterminé par une méthode connue de séquençage de l’ADN extrait d'un prélèvement du patient considéré pour qualifier des marqueurs ou une combinaison de marqueurs, notamment des polymorphismes de l’ADN.
H est connu que certains poiymorphismes de l’ADN peuvent être présents chez des individus déveioppant des toxicités à la suite d’une irradiation. On sait aussi que la sensibilité des tissus au rayonnement ionisant est très variable d’un organe à l'autre et d’un individu à l’autre.
A titre d’exemple non limitatif, la détermination du facteur génétique est effectuée à partir d’un échantillon de tissu sain, de préférence des lymphoblastes / lymphocytes ou des fibroblastes. Les premiers sont de préférence prélevés à partir du sang et les seconds sur le tissu conjonctif ou la peau d'un individu. Cet échantillon peut être prélevé par prélèvement sanguin ou biopsie.
Exemple d’un protocole de détermination du facteur génétique
La détermination du facteur génétique peut être réalisée par une procédure bien connue de l’homme de métier consistant à effectuer une analyse par génotypage de I’ADN et comportant : a) des moyens pour extraire I’ADN de l'échantillon cellulaire, c'est-à-dire des réactifs tels qu’un tampon de lyse connus de l'homme du métier, b) des moyens pour déterminer au niveau de I’ADN dudit échantillon cellulaire le génotype de certains polymorphismes en l’état basal (état dans lequel on trouve I’ADN dans la cellule, sans modification externe telle qu’une irradiation), par l’utilisation de réactifs de séquençage connus de l’homme de métier et d’un séquenceur.
L’état basal correspond à l’absence d’endommagement de I’ADN de la cellule par un rayonnement. Les informations de génotypage sont ensuite analysées in siiico afin de déterminer les génotypes des polymorphismes testés pour chaque individu. Une régression logistique multivariée est ensuite utilisée pour déterminer un Score de Risque polygénique. Le calcul de ce Score est détaillé dans l'article suivant :
» Choi SW, Mak TS, O'Reilly PF, Tutorial: a guide to performing polygenie risk score analyses. Nat Protoc. 2020 Sep;15(9):2759-2772. doi: 10.1G38/s41598- 020-0353-1. Epub 2020 Jul 24. PMID: 32709988; PMCID: PMC7612115
Détermination du facteur de traitement
Le facteur de traitement est déterminé à partir des données disponibles à partir du système de planification de traitement (TRS), extraites du logiciel de préparation du plan de traitement par irradiation en radiothérapie d’un patient considéré. La TPS est devenue un outil indispensable à la radiothérapie moderne. Elle permet, à partir de la prescription médicale, les images et les volumes anatomiques récupérés par l'équipe de physique médicale pour préparer le plan de traitement, de mettre en place la balistique de traitement la plus adaptée (énergie des faisceaux ; nombre, forme et incidence des champs ; modulation d’intensité ou non,..). Souvent, plusieurs essals sont faits. Le calcul de la dose est réalisé à l’aide d’un algorithme qui modélise le dépôt d’énergie dans la matière, selon les lois d’interaction des particules mises en jeu. il permet :
. La visualisation en 3D des images anatomiques du patient (multi-modalités : IRM, scanner et TEP).
. Le recalage éventuel de 2 ou plusieurs jeux d’images indépendants,
. La délinéation des volumes cibles et à risque.
. La création d’une balistique de traitement (positionnement des faisceaux, choix de leur énergie, forme, etc).
. Le calcul de la dose en 3D dans le patient, grâce à des algorithmes qui modélisent le dépôt d’énergie des particules mises en jeu dans les tissus,
. La visualisation quantitative du dépôt de dose dans les organes sous forme d'histogramme dose volume (HDV), Le fonctionnement précis de ce logiciel nécessite un paramétrage important.
. Le calcul de la dose dans le patient, à partir des images scanner, nécessite de connaître la courbe de conversion des Unités Hounsfield (UH, information contenue dans les images scanner) en densité électronique relative (information directement liée à la composition des tissus). Cette courbe est mesurée pour un scanner et une tension donnée, dans un « fantôme » contenant des inserts de densités électroniques différentes, afin de couvrir toutes les densités électroniques disponibles dans le corps humain. Les calculs réalisés par le TPS prennent en compte les propriétés de l’accélérateur : Débit de dose, énergie, homogénéité et symétrie des faisceaux, filtration, accessoires de collimation, etc, sont autant d’éléments pour lesquels il faut donner une description précise au TPS. Ce paramétrage est directement lié à l’étape de la recette d’une machine de traitement décrite ailleurs.
Une fois paramétré pour les accélérateurs disponibles, le TPS permet de planifier les traitements. A partir des images volumiques du patient et des volumes à traiter ainsi que des OARs délinéés par le médecin radiothérapeute l,e dosimétriste programme des faisceaux de traitement avec les bons paramètres : énergie, dimensions, orientation, filtre dynamique, etc, afin d’obtenir la meilleure distribution de dose possible pour le traitement. Le calcul de la dose repose sur des algorithmes capables de simuler l’interaction des photons et des électrons dans les tissus, par exemple par le code de simulation Monte Carlo,
Le facteur de traitement calculé à partir des données provenant du logiciel de TPS est constitué par exemple :
- de la dose cumulée (en Gy) sur l’ensemble du traitement de radiothérapie reçue par un organe sain au voisinage de la zone tumorale
- de la dose maximale (en Gy) reçue par un organe sain au voisinage de la zone tumorale pendant une séance de radiothérapie
- de la répartition des doses sur les organes sains au voisinage de la zone tumorale
- et plus généralement toute indicateur dosimétrique représentatif du radiotraitement du patient considéré.
Combinaison des facteurs de traitement et de radiosensibilité
- Des modèles mathématiques facteur de radiosensibilité-facteur de traitement combinés ont été développés en ajustant des modèles de régression logistique à deux variables, comprenant :
- (a) le résultat du test pATM sur les lymphocytes sanguins (en utilisant la classification dichotomique précédemment déterminée des patients comme radio-sensibles vs radio-résistants, avec une variable binaire, OUI = radio- sensible, NON = radiorésistante) et
- (b) la prédiction à partir de modèles dosimétriques basés sur les données dosimétriques de planification du traitement pour des toxicités de grade ≥3 ou de grade≥ 2.
De tels modèles dosimétriques sont proposés dans les articles suivants :
. Orlandi, E., lacovelli, N. A., Rancati, T., Cicchetti, A., Bossi, P., Pignoli, E„, et al. Modèle multlvariable de prédiction de la mucosité buccale aiguë au cours d'une combinaison d'IMRT et de chimiothérapie pour les patients atteints de cancer du nasopharynx localement avancé, (titre original en anglais « Multivariable model for predicting acute oral mucositis during combined IMRT and chemotherapy for locally advanced nasopharyngeal cancer patients”. Oral Oncol 2018, 86, 286-272.
. Cavallo, A., Rancati, T., Cicchetti, A., lacovelli, N. A., Palorini, F., Fallai, C. et al. Développement de modèles multivariables pour les toxicités aiguës dans la radiothérapie du cancer du nasopharynx (titre original en anglais « Development of multivariable models for acute toxicities in nasopharyngeal cancer radiotherapy Radiother ») Oncol 2017, 123, S858-S859.
L’évaluation de la valeur prédictive de la combinaison des facteurs de traitement et de radiosensibilité est réalisée une analyse de courbe ROC, la détermination des AUC (Area Under Curve) et l’évaluation des probabilités (Test Ghi-square).
Résultats constatés Les figures 1 à 8 présentent le taux de corrélation entre les indicateurs prédictifs et les pathologies réellement apparues sur une cohorte de patients ayant subi une radiothérapie contre le cancer de la tête et du cou (HNC) observés dans plusieurs essais cliniques.
Les indicateurs prédictifs ont été déterminés pour les essais illustrés par les figures 1 à 4 : a) A partir d’un modèle dosimétrique (colonne de gauche) b) A partir d’un facteur de radiosensibilité obtenu basée sur la quantification de la protéine ATM phosphorylée dans les lymphocytes (colonne du milieu) c) A partir d’une combinaison d’un facteur de traitement et d’un facteur de radiosensibilité combiné conformément à [Invention (coionne de droite).
Les indicateurs prédictifs ont été déterminés pour les essais illustrés par la figure 5 : a) A partir d’un facteur de radiosensibiiité basée sur la quantification de la protéine ATM phosphorylée dans les lymphocytes (coionne de gauche) b) A partir d'une combinaison d’un facteur de traitement et d’un facteur de radiosensibiiité combiné conformément à l’invention (colonne de droite).
53 patients ont été considérés pour évaluer la capacité prédictive de la RDI pour la toxicité aiguë de grade 3 (G3). Les patients ont été traités dans un cadre « radical » avec une radiothérapie postopératoire et ont été évalués prospectivement pour la toxicité déterminée par le grade CTCAE au départ et chaque semaine pendant la radiothérapie. La détermination de la réalité des conséquences pathologique a été réalisée au moins 6 mois après la fin de la radiothérapie.
67 patients ont été inclus dans la cohorte de validation, lis ont été suivis prospectivement pour le score de toxicité de la même manière que pour la cohorte d’entraînement. Ces points ont également fait l’objet d'une évaluation toxique tardive jusqu’à un suivi de trois ans. Les essais dans la population de validation ont été effectués à l'aveugle.
L’analyse de la population de validation comprenait l’évaluation de la valeur prédictive de l'indicateur déterminé selon le procédé objet de l’invention.
Les essais montrent que dans tous les cas, la qualité prédictive de l’indicateur déterminé selon l'invention est supérieure aux indicateurs connus dans l’état de la technique.
Les indicateurs prédictifs déterminés pour les essais sont illustrés par la figure 6 à partir d’une combinaison d’un facteur de traitement (basé sur des données dosimétriques) et d’un facteur de radiosensibiiité combiné conformément à ['invention. Les patients ont été classés selon la combinaison entre le facteur de radiosensibilité et le facteur de traitement en 2 classes, Radiosensibles et radiorésistants.
Dans cette étude, quatorze patients sur 101 (13,9 %) ont une mucite orale aiguë de grade 1 , 38 de grade 2 (37,6 %), 39 de grade 3 (38,6 %) et 3 de grade 4 (3 %). Vingt et un (20,8%) patients ont une dysphagie aiguë de grade 1 , 39 de grade 2 (38,6%), 33 de grade 3 (32,7%) et 2 de grade 4 (2%). Les patients ont été traités soit avec une radiothérapie postopératoire, soit par une combinaison de chimio/radiothérapie et ont été évalués prospectivement pour la toxicité déterminée par le grade CTCAE au départ et chaque semaine pendant la radiothérapie. La détermination de la réalité des conséquences pathologique a été réalisée au moins 6 mois après la fin de la radiothérapie.
La figure 7 présente le taux de corrélation entre les indicateurs prédictifs et les toxicités tardives apparues sur une cohorte de patients ayant subi une radiothérapie contre ie cancer de prostate observés dans un essai clinique, Les indicateurs prédictifs ont été déterminés (courbes ROC): d) A partir d!un modèle dosimétrique (nommé Dmax) e) A partir d’un facteur de radiosensibiiité obtenu basée sur la quantification de la protéine ATM phosphorylée (pATM) dans les lymphocytes f) A partir du calcul du score du risque polygénique (PRS) basé sur les informations de génotypage de 3 polymorphismes déjà décrits dans la littérature (rs11122573 from Kerns et al, J Nati Cancer Inst 2020, rs2293054 and rs845552 from De Langhe et al. RO 2014). g) A partir d'une combinaison d'un facteur de traitement avec un facteur de radiosensibiiité et un facteur de risque polygénique combiné conformément à l’invention

Claims

Revendications
1 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient comportant une étape de caractérisation de la radiosensibilité d'un échantiüon cellulaire envers un rayonnement ionisant, ledit échantillon cellulaire ayant été obtenu à partir de cellules prélevées sur ledit patient, pour déterminer un premier facteur de radiosensibilité par une analyse biochimique, caractérisé en ce que la détermination du facteur de radiosensibilité par une méthode d’analyse biochimique d’un prélèvement du patient considéré en l'état basal, pour quantifier un marqueur ou une combinaison de marqueurs, en ce qu'il comporte en outre une étape d’analyse des données dosimétriques à partir des données issues de la planification du traitement, pour déterminer un deuxième facteur de traitement, et en ce que le niveau de toxicité étant déterminé par une combinaison dudit premier facteur de radiosensibilité et deuxième facteur de traitement.
2 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détermination dudit facteur de de radiosensibilité représentatif de la capacité d’un patient à supporter une nouvelle irradiation dans le cadre d'une radiothérapie est déterminé en fonction des résultats d’au moins deux protocoles :
- une analyse de radiosensibilité in vitro pratiquée sur un prélèvement biologique du patient, pour établir un facteur de radiosensibilité sur l’échantillon prélevé avec ou sans application d’irradiation après prélèvement
- une analyse dosimétrique de la planification de traitement appelé TPS en anglais (treatment planning System) établie pour préparer un plan de traitement par irradiation en radiothérapie pour établir un facteur de traitement.
3 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication précédente caractérisé en ce que la détermination dudit facteur est en outre fonction d’un protocole de détermination du facteur génétique.
4 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détermination du facteur de radiosensibilité par détermination de la quantité de protéine pATM phosphorylée ATM dudit prélèvement en l’état basal.
5 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée sur des fibroblastes provenant d’un prélèvement de tissu conjonctif dudit patient.
8 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée sur des fibroblastes provenant d’un prélèvement de la peau dudit patient.
7 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication 1 caractérisé en ce que la détermination du facteur de radiosensibilité est effectuée sur des lymphoblastes / lymphocytes issus d’un prélèvement sanguin du patient.
8 - Procédé pour estimer le niveau de toxicité d’un traitement par radiothérapie sur un patient selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit niveau de toxicité est déterminé par un ajustement des modèles de régression logistique à deux variables, comprenant ;
(a) le résultat du test pATM sur les lymphocytes sanguins et
(b) la prédiction à partir de modèles dosimétriques basés sur les données dosimétriques de planification du traitement pour des toxicités de grade ≥3 ou de grade≥ 2.
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