Thèse Evaluation In Vitro et In Vivo de l'Effet Modulateur de la Thérapie Photodynamique au 5-Ala sur l'Activation et la Polarisation de la Microglie dans le Modèle du Glioblastome Humain. H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Biologie Santé de Lille
Laboratoire de recherche : Centre de Recherches en Cancérologie de Lille
Direction de la thèse : Nadira DELHEM ORCID 0000000315282357
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-28T23:59:59

Le glioblastome est la tumeur primitive maligne du système nerveux central la plus fréquente et la plus agressive, avec une médiane de survie d'environ 15 mois malgré les traitements standards associant chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie. Sa récidive quasi systématique s'explique par son caractère infiltrant et par un microenvironnement tumoral (TME) fortement immunosuppressif. Celui-ci est particulièrement riche en cellules microgliales et macrophagiques associées aux glioblastomes, qui peuvent représenter jusqu'à 60 % de la masse tumorale. Reprogrammées par les cellules tumorales, ces cellules adoptent majoritairement un phénotype M2 pro-tumoral favorisant la croissance, l'invasion, l'angiogenèse et l'échappement immunitaire.

La thérapie photodynamique (PDT) à l'acide 5-aminolévulinique (5-ALA) repose sur l'accumulation sélective de protoporphyrine IX dans les cellules tumorales et la production d'espèces réactives de l'oxygène après illumination entrainant la mort des cellules cancéreuses. En plus de son effet cytotoxique direct, la PDT est reconnue pour induire une mort cellulaire immunogène et moduler la réponse immunitaire.
Les travaux précliniques et les essais cliniques de phase I (INDYGO) et II (DOSINDYGO) menés par notre équipe ont démontré la faisabilité de la PDT au 5-ALA dans le glioblastome, son innocuité son potentiel bénéfice en survie, ainsi qu'un effet immunomodulateur systémique.

L'objectif de cette thèse est d'évaluer in vitro et in vivo l'impact de la PDT au 5-ALA sur l'activation et la polarisation de la microglie, principales cellules immunitaires dans le glioblastome. En analysant les effets directs et indirects de la PDT sur des modèles cellulaires de glioblastome et de microglie humaine, ce projet vise à déterminer si cette approche est susceptible de reprogrammer le microenvironnement tumoral vers un phénotype anti-tumoral et ouvrir ainsi la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques combinées.

I.Introduction

I.1) Le glioblastome
Le glioblastome est la tumeur primitive maligne du système nerveux central la plus répandue, la plus agressive et la plus mortelle. Elle représente environ 48% des tumeurs malignes primitives du SNC. La médiane de survie globale des personnes atteintes d'un glioblastome est faible, de 15 mois après le diagnostic, et ce, malgré la mise en place de traitements invasifs [1]. Le traitement de première ligne de cette maladie repose sur une chirurgie de résection maximaliste suivie d'une radio-chimiothérapie concomitante avec du Temozolomide (TMZ), puis d'une chimiothérapie adjuvante également à base de Témozolomide. Afin d'optimiser la résection du tissu cancéreux durant la chirurgie, des techniques de chirurgie fluoroguidée avec de l'acide 5-aminolévulinique (5-ALA) sont utilisées. Cependant, malgré la mise en place de ce traitement, la récidive de cette pathologie tumorale reste inéluctable. Cela s'explique par le caractère infiltrant du glioblastome, rendant la résection totale de la tumeur impossible. De plus, le glioblastome mobilise et interagit avec différents types cellulaires au sein de son microenvironnement tumoral (TME). En effet, la tumeur s'entoure d'un microenvironnement composé de cellules non tumorales avec lesquelles elle interagit pour favoriser sa propre croissance, sa résistance aux traitements et sa récidive [2]. Cependant, il y a très peu d'informations concernant l'interaction des cellules tumorales avec leur microenvironnement, c'est pourquoi des études approfondies seraient nécessaires afin de développer des thérapies plus efficaces.

I.2) Le microenvironnement du glioblastome
Le microenvironnement du glioblastome est complexe, constitué d'une large variété de cellules dont les fonctions peuvent être altérées par la sécrétion de cytokines et de chimiokines par les cellules cancéreuses. Les connaissances actuelles concernant le TME de la tumeur montrent que les cellules non tumorales qui le composent comprennent des cellules neurales, des cellules souches, des cellules endothéliales, mais surtout, une large proportion de cellules immunitaires dont les plus fréquentes sont les macrophages et la microglie associés aux glioblastomes (GAMs). Les cellules microgliales sont des cellules phagocytaires résidentes spécifiques au SNC, et sont des composantes majeures du microenvironnement tumoral du glioblastome représentant jusqu'à 59% de sa masse tumorale [3]. Cependant, au sein du TME, ces cellules sont « reprogrammées » par les cellules tumorales et adoptent un phénotype pro-tumoral et anti-inflammatoire (phénotype M2), par opposition au phénotype pro-inflammatoire et antitumoral (phénotype M1). Elles soutiennent alors la croissance, l'invasion tumorale et l'angiogenèse en sécrétant des facteurs de croissance comme le TGF-, ou des facteurs pro-angiogéniques comme le VEGF. Elles favorisent ainsi l'immunosuppression et la modification de l'homéostasie immunitaire [2]. Ainsi, le TME et en particulier la microglie, sont présentés comme des acteurs clés de la résistance et de la progression du glioblastome [3]. C'est ainsi que nait la nécessité de trouver une thérapie capable de contrer le caractère infiltrant du glioblastome, tout en ayant un impact sur la modulation du TME vers un phénotype anti-tumorale. Ainsi, la thérapie photodynamique (PDT) pourrait être une alternative intéressante, en complément de la résection chirurgicale de la tumeur, en induisant une mort dite immunogène de cellules cancéreuses et en modulant le microenvironnement vers un profil anti-tumoral.

I.3) La thérapie photodynamique (PDT)
La thérapie photodynamique est basée sur une réaction photochimique, provoquée par l'exposition de cellules ayant reçu une molécule photosensibilisatrices (PS) à une lumière de longueur d'onde spécifique à ce PS [5]. L'énergie conférée par la lumière place le PS en configuration activée, et permet aux électrons excités de réagir avec l'oxygène environnant pour former des espèces réactives de l'oxygène (EROs). L'accumulation de ces EROs est cytotoxique et induit une mort sélective des cellules tumorales, ayant accumulé la molécule photosensibilisatrice. Les électrons excités peuvent également revenir vers leur état fondamental en émettant un photon fluorescent, permettant la mise en oeuvre de méthodes théranostiques ou de chirurgie fluoroguidée. Dans le cadre du glioblastome, l'acide 5-aminolévulinique (5-ALA) est déjà utilisé en clinique comme prodrogue d'un photosensibilisateur, la protoporphyrine IX (PpIX), pour la chirurgie de résection fluoroguidée des gliomes. Son innocuité et son profil de tolérance pour l'administration humaine sont donc déjà bien connus. Son accumulation au sein des cellules cancéreuses repose sur le déficit en ferrochelatase par les cellules cancéreuses. La ferrochelatase est une enzyme permettant la métabolisation de la PpIX en Hème au sein du cycle de l'hème. Son déficit empêche cette métabolisation au sein des cellules tumorales, induisant une accumulation spécifique du photosensibilisateur [4]. La PDT au 5-ALA permet ainsi d'optimiser le retrait de tissus tumoral tout en préservant le parenchyme cérébral sain [5][6]. Appliquée seule, elle pourrait également permettre le traitement de tumeurs de petites tailles inaccessibles à la chirurgie car trop profondes et/ou localisées dans des zones fonctionnelles. D'autre part, des études confirment l'impact immunomodulateur de la PDT, en montrant notamment son impact sur la prolifération des cellules immunitaires. De plus, il a été montré notamment par le laboratoire, que la PDT au 5 ALA induit une réponse immunitaire antitumorale dans d'autres cancers que le glioblastome tel que le carcinome hépatocellulaire ou le carcinome du nasopharynx [7][8].
Cependant, à ce jour, aucune étude n'a démontré un impact de la PDT au 5-ALA sur la modulation du système immunitaire dans le glioblastome. Dans ce contexte, il serait donc intéressant d'étudier l'impact de cette PDT appliquée au glioblastome, sur la modulation du système immunitaire et plus précisément sur les cellules immunitaires résidentes du cerveau, à savoir, les cellules microgliales.

II) Résultats préliminaires du laboratoire :
L'équipe ImmunoPDT et Immunothérapie des Cancers (IPIC) dans laquelle je souhaite réaliser ma thèse appartient au laboratoire OncoThAI (UMR1189), dirigé par le Pr. Nadira Delhem. Cette équipe s'intéresse à l'utilisation de la PDT et aux immunothérapies dans le traitement des cancers. Dans le cadre du glioblastome, le laboratoire a validé, in vitro, l'efficacité de la PDT au 5-ALA sur des lignées de glioblastome (les cellules U87 et U251). Les résultats préliminaires du laboratoire montrent également que cette thérapie permet la destruction des cellules tumorales in vivo sur un modèle de rat. Ces résultats pré-cliniques ont permis de réaliser un essai clinique de phase 1, l'essai INDYGO, mené par le laboratoire de mai 2017 à avril 2021, incluant 10 patients atteints d'un glioblastome, pris en charge par chirurgie de résection maximaliste complétée d'un traitement par PDT au 5-ALA per-opératoire et suivie des traitements adjuvants habituels. Cette étude a confirmé la faisabilité et l'innocuité du traitement du glioblastome par PDT au 5-ALA en complément de la chirurgie de résection maximaliste dans le même temps opératoire, et de suggérer un bénéfice du traitement en termes de survie, avec une survie globale moyenne de 23,1 mois contre 15 mois pour les 10 patients inclus [5][6]. L'étude ancillaire biologique couplée à cet essai clinique laisse suggérer un effet immunomodulateur de la PDT sur le système immunitaire avec une augmentation de la prévalence des lymphocytes T CD4 et T CD8 chez ces patients. Ces résultats encourageants ont incité l'équipe à étudier l'impact de la PDT au 5-ALA sur la modulation du système immunitaire afin de mieux comprendre l'effet immunomodulateur de celle-ci, et donc potentialiser son effet thérapeutique. Ainsi, des études préliminaires ont été menées sur des cellules mononuclées du sang périphérique (PBMC) exposées à des milieux conditionnés issus des lignées de glioblastome U87 et U251 traitées par PDT. Ces études préliminaires ex vivo ont révélé une action immuno-activatrice des milieux conditionnés de cellules de glioblastomes traitées par PDT, se traduisant par une augmentation de la prolifération des PBMC.
Ces résultats confirment ainsi une action immunomodulatrice de la PDT au 5-ALA dans le glioblastome, et motivent une étude approfondie de son effet sur les cellules immunitaires du cerveau, dont la microglie en est une composante principale en plus d'y être résidente.

III) Problématique et objectifs de la thèse
Le glioblastome est une tumeur primitive du SNC au pronostic sombre et actuellement en impasse thérapeutique. Malgré les traitements actuels, celui-ci récidive en moyenne dans les 15 mois après le traitement. Cette récidive peut s'expliquer par le caractère invasif du glioblastome et par le microenvironnement tumoral immunosuppressif, favorable à la tumeur et contribuant à l'inefficacité des immunothérapies. La PDT au 5-ALA semble être une thérapie prometteuse pour limiter la récidive du glioblastome, comme le montrent les résultats de l'étude de phase I INDYGO menée par le laboratoire, qui suggèrent une amélioration du pronostic des patients traités. D'autre part, les travaux du laboratoire montrent l'effet cytotoxique sur les cellules cancéreuses, et les résultats préliminaires de l'étude ancillaire associée à l'étude clinique INDYGO, semblent également mettre en avant l'effet immunomodulateur de cette thérapie.

Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de caractériser l'impact de la thérapie photodynamique au 5-ALA utilisée dans le cadre du glioblastome, sur la modulation du microenvironnement tumoral, et plus particulièrement sur les cellules microgliales, cellules immunitaires résidentes du cerveau.
La microglie est une cible stratégique car, en plus d'être abondante au sein du TME, elle participe à la progression du glioblastome, via la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires ou de facteurs favorisant la migration des cellules tumorales. Mieux comprendre l'impact indirect de la PDT sur la microglie permettrait d'améliorer, dans le futur, la prise en charge de ce cancer.

Pour mener à bien ce projet, le glioblastome sera modélisé in vitro par deux lignées cellulaires, les cellules U87 et U251, répondant de manière différentielle à la PDT au 5-ALA. L'efficacité de la PDT sur ces lignées sera confirmée, puis le type de mort de cellulaire engendrée par ce traitement sera déterminé. Dans un second temps, les cellules microgliales seront modélisées par une lignée de microglie humaine, les cellules HMC3. Les capacités d'activation et de polarisation de cette lignée ont été préalablement validées par analyses phénotypiques et transcriptomiques, après leur exposition soit à de l'interféron pour mimer une activation de type M1, soit à un mix d'interleukine 4 et 13 afin de mimer une activation de type M2. Ces cellules seront donc utilisées afin d'étudier l'impact direct de la PDT sur la microglie, ainsi que l'impact indirect de la PDT sur son activation, sa polarisation et sa fonctionnalité, lorsqu'elle est exposée aux milieux conditionnés issus du traitement des cellules de glioblastomes par PDT.

La réalisation de ce projet de recherche permettra de mieux comprendre l'impact de la PDT sur les cellules microgliales. Les connaissances acquises permettront d'évaluer si la PDT est capable de moduler la polarisation de la microglie au sein du TME. L'objectif étant in fine d'améliorer les approches thérapeutiques existantes et la prise en charge du glioblastome, en envisageant d'utiliser la thérapie photodynamique combinée à des immunothérapies ciblant les cellules microgliales.