par Mignolet, Alix 
Président du jury Van Den Brande, Michel
Promoteur Goormaghtigh, Erik
Publication Non publié, 2017-02-22
Président du jury Van Den Brande, Michel
Promoteur Goormaghtigh, Erik
Publication Non publié, 2017-02-22
Thèse de doctorat
| Résumé : | The development of reliable and cost-saving methods to select pre-clinically new potential drugs with unknown and original mechanisms of action for cancer therapy has become crucial. Previous investigations demonstrated that infrared spectra of cancer cells exposed to well-known anticancer drugs used in the clinics provide a global fingerprint of all the metabolic modifications induced. Nowadays several natural products have been recognized for their medicinal values. Polyphenolic compounds constitute one of the largest groups of plant metabolites and many studies have demonstrated their anticancer properties at multiple steps of carcinogenesis. Taking into account the large diversity of polyphenolic structures in nature and their numerous targets against carcinogenesis, the step of selection becomes essential as it is virtually impossible to classify them using traditional classification techniques. While FTIR spectroscopy appears to have a definite potential to sort anticancer drugs on the basis of the metabolic modifications they induced, the present challenge in this thesis is to evaluate the drug-induced spectral changes in cancer cells on a larger scale. The coupling of FTIR spectroscopy with a high throughput screening extension could become a useful method to generate drug classifications based on the “modes of action”. In a first step, the IC50 was evaluated for each polyphenol to normalize all spectral experiments that will be carried out on breast cancer cells. The first experiments revealed dispersive artifacts (wide variations of absorbance distribution and Mie scattering effects) contributing to spectral measurements. To minimize them, the best option was covering uniformly the surface of spectral measurement with cells (detailed in chapter III). Once the protocol refined, it was applied to the study of MDA-MB-231 breast cancer cells exposed for 24 hrs to 15 polyphenols. Through unsupervised and supervised statistical analyses, a distinction between polyphenol treatments could be well established. Complex effects of polyphenols on cancer cells were revealed, suggesting that mechanisms specific to each polyphenol were evidenced by the whole infrared spectrum. Clustering of polyphenol-induced spectral signatures by Hierarchical Cluster Analysis indicates that some of the polyphenols share similar effects on MDA-MB-231 (detailed in chapter IV). This experiment was then extended to another breast cancer cell line, MCF-7. It demonstrated a cell line dependency to polyphenolic treatments. Finally a subcellular investigation of treated MCF-7 breast cancer cells in their live state was done using Raman imaging. A distinction between nucleus and cytoplasm of treated cells brought supplementary information regarding the effect of polyphenols, leading to subcellular biological assumptions on polyphenol effects. These results paves the way for a new classification based on infrared spectral signatures that reflect the overall chemical modifications experienced by the cells when exposed to drugs. |
| Le développement de méthodes fiables et peu cher pour sélectionner de potentiels nouveaux médicaments présentant un mécanisme d’action original et inconnu avant toute étape clinique devient crucial. De précédentes études ont pu démontrer que les spectres infrarouges de cellules cancéreuses exposées à des agents anticancéreux connus et utilisé dans le monde clinique fournissent une empreinte globale de toutes les modifications métaboliques induites. La spectroscopie infrarouge est un outil innovant qui semble prometteur pour offrir un aperçu global des processus biologiques et physiologiques qui sont menés par un médicament dans des cellules cancéreuses. De nos jours, de nombreux produits naturels ont été reconnus pour leurs propriétés médicinales. Les polyphénols constituent l’un des plus vastes groupes de métabolites végétaux et de nombreuses études ont démontré leurs propriétés anticancéreuses à de multiples étapes de la carcinogénèse. En prenant en compte la très grande diversité de structures polyphénoliques existantes dans la nature et leurs nombreuses cibles anti-tumorales, l’étape de sélection est devenue essentielle comme il est virtuellement impossible de les classifier grâce à des techniques de classification traditionnelles telles que les études –omiques. Dès lors, le défi de cette thèse est d’évaluer les variations spectrales induites par un polyphénol dans des cellules cancéreuses à une plus grande échelle. Le couplage de la spectroscopie IRTF avec une extension de criblage de haut débit pourrait devenir une méthode utile pour générer des classifications de molécules sur base de leur « modes d’action ». Dans un premier temps, la concentration qui inhibe 50% de la croissance des cellules cancéreuses fut déterminée pour chaque polyphénol et chaque lignée de cellules cancéreuses. Le traitement des cellules à cette concentration permet une normalisation interne des expériences réalisées ultérieurement en spectroscopie infrarouge. Une fois le protocole établi, la lignée MDA-MB-231 fut exposée durant 24 heures à 15 polyphénols différents. Au moyen d’analyses statistiques multivariées supervisées et non supervisées, une distinction parmi les polyphénols a pu être établie et des effets complexes des polyphénols sur les cellules cancéreuses ont pu être révélés, suggérant des mécanismes d’action spécifiques à chaque polyphénol mis en évidence par spectroscopie infrarouge. Finalement, une étude subcellulaire sur cellules vivantes fut réalisée par imagerie Raman sur une seconde lignée de cellules cancéreuses mammaires appelées MCF-7. Cela permis de compléter en partie l’information macroscopique offerte par la spectroscopie infrarouge par une information microscopique sur l’effet de certains polyphénols. Cette thèse a ouvert la voie pour de nouvelles techniques de classification d’agents anticancéreux basées sur la spectroscopie infrarouge, technique sensible à l’ensemble des modifications chimiques subies par des cellules. |
