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International audience; Concurrent chemoradiotherapy improves the outcome of locally advanced head and neck cancers and the current reference chemotherapy is cisplatin. These results are obtained at the cost of increased toxicities. To limit the risk of toxicity, organ at riskdose constraints have been established starting with 2D radiotherapy, then 3D radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy. Regarding grade ≥3 acute toxicities, the scientific literature attests that concurrent chemoradiotherapy significantly increases risks of mucositis and dysphagia. Constraints applied to the oral mucosa volume excluding the planning target volume, the pharyngeal constrictor muscles and the larynx limit this adverse impact. Regarding late toxicity, concurrent chemoradiotherapy increases significantly the risk of postoperative neck fibrosis and hearing loss. However, for some organs at risk, concurrent chemotherapy appears to increase late radiation induced effect, even though the results are less marked (brachial plexus, mandible, pharyngeal constrictor muscles, parotid gland). This additional adverse impact of concomitant chemotherapy may be notable only when organs at risk receive less than their usual dose thresholds and this would be vanished when those thresholds are exceeded as seems to be the situation for the parotid glands. Until the availability of more robust data, it seems appropriate to apply the principle of delivering dose to organs at risk as low as reasonably achievable.

Management of HNSCC relies on surgery, radiotherapy, and chemotherapy. Despite these treatments, the 5 years overall survival of patient is lower than 50%. Main causes of therapeutic failure are due to the profile of resistance of tumors. The efficacy of a combination rapalogues and anti-EGFR therapies in targeting the EGFR/mTOR/HIF-1 axis in solid tumors was shown previously. In this PhD work, we have evaluated the impact of a low-dose drug combination on head and neck cancer cells lines with a pharmacological and molecular approach. We show that the combination of rapamycine (5nM) and cetuximab (2,5μg/ml) efficiently inhibits the HIF-1 transcription factor and impairs cell clonogenic survival. The efficacy of radiation therapy is improved by this drug combination. However, cell resistance to the treatment is acquired via the induction of HIF-2 in our resistant model cell line. This induction is associated with more tumor relapse in tumors mice xenograft. The inhibition of HIF-2 achieves a dramatic drop of cell clonogenic survival to < 1%., Les traitements des cancers des VADS reposent sur la chirurgie, la radiothérapie, et la chimiothérapie. Malgré ces traitements, la survie globale des patients à 5 ans est de l’ordre de 50%. Les causes d’échec thérapeutique sont dues au profil de résistance des tumeurs. Le ciblage de l’axe EGFR/mTOR/HIF-1 par une combinaison de rapalogues et d’anti-EGFR a montré son efficacité sur certaines tumeurs solides. L’objet de ce travail de thèse a été de caractériser l’impact d’une combinaison de drogues à faibles doses sur des lignées cellulaires des VADS au moyen d’une approche pharmacologique et moléculaires. Nos résultats montrent que la combinaison de la rapamycine (5nM) au cetuximab (2,5μg/ml) diminue la survie clonogénique des cellules et permet une inhibition du facteur de transcription HIF-1α. Cette combinaison de drogue améliore l’efficacité de la radiothérapie. En revanche, l’induction de HIF-2a induite par le traitement provoque la résistance des cellules aux traitements par, et une rechute rapide des tumeurs in vivo. L’inhibition de HIF-2 permet une inhibition de la survie cellulaire d’environ 100% dans un modèle résistant.

Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (HNSCC) is the sixth most common cancer worldwide. The treatment of advanced stages HNSCC is based on surgical treatment combined with radiotherapy and chemotherapy or concomitant chemo-radiotherapy. However, the 5-year survival remains poor for advanced stages HNSCC and the development of new targeted therapies is eagerly awaited. F14512 combines an epipodophyllotoxin core-targeting topoisomerase II with a spermine moiety introduced as a cell delivery vector. This spermine moiety facilitates selective uptake by tumor cells via the Polyamine Transport System (PTS) and reinforces topoisomerase II poisoning. Here we report the evaluation of F14512 toward HNSCC.Four cell lines representative of head and neck cancer localizations were used: Fadu (pharynx), SQ20B (larynx), CAL33 and CAL27 (base of the tongue). PTS activity and specificity were evaluated by confocal microscopy and flow cytometry using the fluorescent probe F17073 which contains the same spermine moiety as F14512. Cytotoxicity, alone or in association with standard chemotherapeutic agents (cisplatin, 5FU), and radio-sensitizing effects were investigated using MTS and clonogenic assays, respectively. F14512 efficiency and PTS activity were also measured under hypoxic conditions (1% O2).In all 4 tested HNSCC lines, an active PTS was evidenced providing a specific and rapid transfer of spermine-coupled compounds into cell nuclei. Interestingly, F14512 presents a 1.6 to 11 fold higher cytotoxic effect than the reference compound etoposide (lacking the spermine chain). It appears also more cytotoxic than 5FU and cisplatin in all cell lines. Competition experiments with spermine confirmed the essential role of the PTS in the cell uptake and cytotoxicity of F14512. Hypoxia had almost no impact on the drug cytotoxicity. The combination of F14512 with cisplatin, but not 5FU, was found to be synergistic and, for the first time, we demonstrated the significant radio-sensitizing potential of F14512. The spermine moiety of F14512 confers a targeted effect and a much better efficacy than etoposide in HNSCC lines. The synergistic effect observed in association with cisplatin and radiotherapy augurs well for the potential development of F14512 in HNSCC., Les cancers tête et cou ou des voies aérodifestives supéreiures (VADS) représentent le sixième cancer le plus fréquent dans le monde entier. Le traitement des stades avancés de ces tumeurs est basé sur le traitement chirurgical combinée à la radiothérapie +/- à la chimiothérapie. Toutefois , la survie à 5 ans reste faible et le développement de nouvelles thérapies ciblées est nécessaire. Le F14512 combine un noyau épipodophyllotoxine de ciblage de la topoisomérase II avec un groupement spermine introduit afin de permettre de véhiculer la molécule par le STP. Ce groupement spermine facilite la captation sélective par les cellules tumorales par l'intermédiaire du système de transport de polyamine (STP) suractivé dans les cellules tumorales. Nous rapportons ici l'évaluation du F14512 sur des lignées cellulaires cancéreuses des VADS.Quatre lignées cellulaires représentatives de l'anatomie de la tête et du cou ont été utilisés : Il s'agissait des lignées Fadu ( pharynx ), SQ20B ( larynx ), CAL33 et CAL27 ( base de la langue ). L'activité du STP et la spécificité ont été évaluées par la cytométrie en flux et la microscopie confocale en utilisant une sonde fluorescente le F17073 contenant le même fragment spermine que le F14512. La cytotoxicité, seule ou en association avec des agents chimiothérapeutiques standards (cisplatine, 5FU), et les effets de radio-sensibilisation ont été étudiés par MTS et par des tests clonogéniques. L'activité du STP et l'efficacité du F14512 ont également été mesurés dans des conditions hypoxiques (1 % O2).Dans les quatre lignées testées, un STP actif a été mis en évidence permettant un transfert rapide et spécifique au noyau des composés couplés à un groupement spermine. Fait intéressant, le F14512 présente un effet cytotoxique 1,6 à 11 fois plus élevé que l'étoposide composé de référence (dépourvu de la chaîne de spermine). Il apparaît également plus cytotoxique que le 5FU et le cisplatine dans toutes les lignées cellulaires. Des expériences de compétition avec la spermine ont confirmé le rôle essentiel du STP dans la vectorisation et la cytotoxicité du F14512. Les conditions d'hypoxie n'avait presque pas d'impact sur la cytotoxicité des molécules. La combinaison du F14512 avec le cisplatine, mais pas le 5FU, s'est révélée être synergique et pour la première fois nous avons démontré le potentiel radio-sensibilisant significatif du F14512.Le groupement spermine du F14512 confère une action ciblée et une meilleure efficacité que l'étoposide sur des lignées cancéreuses des VADS. L'effet synergique observé en association avec le cisplatine et la radiothérapie apparait intéressant pour le développement potentiel de F14512 en cancérologie des VADS.