Métastases osseuses

Les modèles murins sont très utilisés pour étudier la physiopathologie des métastases

osseuses. Les modèles murins nécessitent pour la plupart des souris SCID ou nude. Nous

nous intéresserons principalement ici aux modèles utilisant les rats sans

immunodépression et dont la taille permet d’envisager des études paracliniques et

thérapeutiques plus aisées.

2.2.1. Développement spontané de tumeurs

Chaque souche ou genre de rat apparaît avoir un profil spécifique de tumeur spontanée

(Tennekes, et coll., 2004).

a - Carcinome mammaire

L’incidence du carcinome mammaire spontané au cours de la vie varie selon les souches

de zéro (par exemple Copenhagen 2331) à intermédiaire (par exemple Sprague- Dawley,

Wistar) ou à élevé (par exemple Fischer 344, Brown Norway) (Gould, 1995). Cependant,

ces tumeurs primaires ne sont pas de bons modèles pour les maladies humaines. La

plupart des carcinomes mammaires spontanés ne métastasent pas et provoquent une

invasion locale faible.

b - Carcinome prostatique

Les carcinomes de prostate spontanés sont rares chez les rongeurs et l’incidence apparaît

très faible, comparée à l’homme. Cependant, certaines souches de rats ont une incidence

élevée de néoplasmes prostatiques comme les rats Lobund Wistar qui développent un

carcinome prostatique dans 30% des cas. Les rats Lobund Wistar ont un haut taux de

testostérone circulante, ce qui peut les prédisposer au développement de tumeurs

androgènes dépendantes. Cependant, ces tumeurs ne métastasent pas dans l’os non plus

(Rosol, et coll., 2003).

a - Carcinome mammaire

Des carcinomes mammaires ont été induits chez les rats par des agents chimiques ou

physiques. Les modèles de cancer mammaire de rat induits chimiquement sont plus

efficaces que les modèles induits par radiation (Imaoka, et coll., 2005). Les molécules

chimiques les plus utilisées sont l’hydrocarbure aromatique polycyclique DMBA

(dimethylbenzanthracene) ou les agents alkylant NMU (N-ethyl- N-nitrosourea) et MNU

(1-methyl-1-nitrosourea). Après une seule dose de DMBA ou de NMU, un

adénocarcinome se développe en 20 jours chez les rats jeunes (50-60 jours). Ces cancers

sont composés de cellules dysplasiques ; ils envahissent parfois les tissus environnants

mais métastasent rarement à des sites distants (Gould, 1995).

b - Carcinome prostatique

Les adénocarcinomes de prostate et de la vésicule séminale peuvent être induits chez les

rats Noble ou Lobund Wistar avec des combinaisons testostérone/œstradiol ou

MNU/testostérone. L’administration de MNU et de testostérone augmente l’incidence de

cette tumeur et diminuent l’âge d’occurrence : approximativement 90% des rats

développeront un carcinome de prostate à 12 mois (Pollard, et coll., 1989). Ces tumeurs

métastasent peu souvent aux ganglions lymphatiques et aux poumons et ne métastasent

pas dans l’os.

2.2.3. Les modèles syngéniques de métastases osseuses

Un modèle syngénique consiste à injecter des cellules tumorales à un animal hôte selon

divers protocoles. Les cellules tumorales injectées dérivent d’un animal de la même

espèce.

a - Métastases ostéoblastiques

La sous-lignée insensible aux androgènes MAT-Ly-Lu du carcinome prostatique de rat

Dunning (R3327)

La tumeur parentale, à partir de laquelle toutes les sous-lignées suivantes in vivo ont été

dérivées, est la tumeur originale R3327 initialement découverte en 1961 par W.F.

Dunning dans un rat mâle Copenhagen (Cop) âgé de 22 mois. Puisqu’une de ces

sous-lignées produisait des métastases dans les ganglions lymphatiques (lymph nodes) et les

poumons (lung), elle a été nommée sous-lignée MAT-Ly-Lu (pour Metastatic Anaplastic

Tumor metastasizing to Lymph node and Lungs). Les cellules MAT-Ly-Lu peuvent être

utilisées selon différents protocoles expérimentaux :

- Le modèle de Gedolf-Rao (Geldof et Rao, 1990)

Les cellules tumorales MAT-Ly-Lu R3327 ont été injectées par voie intraveineuse

dans la queue de rats Copenhagen mâles qui ont eu un clampage chirurgical

transitoire de la veine cave inférieure. Cette procédure reproductible induit une

croissance tumorale métastatique dans la région lombaire de la colonne vertébrale.

D’un point de vue pathologique, une activité ostéoclastique et ostéoblastique a été

observée dans les vertèbres lombaires.

- L’injection intracardiaque

Lorsque l’inoculation est réalisée dans le ventricule cardiaque gauche, les rats

Copenhagen développent en 2 à 3 semaines une paralysie des membres inférieurs,

signe clinique de métastases osseuses. La paralysie est due à une compression de la

mœlle épinière par les cellules tumorales issues du corps vertébral.

- L’injection intraosseuse

Récemment, Liepe et coll. ont développé un nouveau modèle en utilisant une

injection intraosseuse de cellules MAT-Ly-Lu après avoir foré un trou dans la

diaphyse fémorale. Ils ont observé des lésions osseuses ostéoblastiques par évaluation

scintigraphique et étude histologique (Liepe, et coll., 2005). Notre équipe a aussi

développé ce modèle en injectant les cellules après avoir foré un trou dans la partie

médiane de la diaphyse fémorale. Après injection, l’orifice cortical a été rempli de

cire. Le développement de la tumeur ostéoblastique est clairement identifié sur les

radiographies, un mois après l’injection. Cependant, ce modèle représente davantage

un développement local de la tumeur maligne plutôt qu’une vraie métastase localisée

dans l’os après une embolisation vasculaire. Les travées métaplasiques faites de

woven bone peuvent être identifiées par histologie sous la zone spongieuse primaire.

Une réaction massive périostée est souvent trouvée avec un os métaplasique

envahissant les tissus environnants (feu d’herbe).

Le modèle de Pollard (Polychronakos, et coll., 1991, Koutsilieris, 1992, Koutsilieris,

1995, Pollard, 1996)

Les tumeurs de Pollard sont des adénocarcinomes prostatiques se développant

spontanément chez 10% de rats Lobund Wistar (L-W) âgés. L’incidence de telles tumeurs

prostatiques augmente significativement après traitement par N-Nitro-N-Methylurea,

depo-testosterone et régime alimentaire gras.

Quand elles sont déposées sur un os de la voûte crânienne (calvaria) ou sur l’omoplate de

rats L-W, les cellules PA-III montrent la capacité d’induire : a) un développement local

de tumeur avec combinaison de réaction ostéolytique et ostéoblastique au site de

transplantation b) des métastases pulmonaires. Le développement local requiert la rupture

du périoste local par l’aiguille d’inoculation. Le périoste paraît agir comme une barrière

pour l’établissement de tumeurs PA-III et la réaction ostéoblastique.

b - Les métastases ostéolytiques

Walker 256

La tumeur de rat Walker 256 a été pour la première fois observée par Walker en 1928 à

l’Ecole de Médecine de l’Université John Hopkins ; elle est apparue spontanément dans

la région de la glande mammaire d’une rate albinos gestante de 10 mois.

Les cellules W256 peuvent être maintenues et propagées in vitro ou in vivo. Après un

passage in vitro, les cellules W256 sont susceptibles de se développer en sous cutané, en

intramusculaire ou en ascite mais ne peuvent induire de métastases osseuses après

injection intraartérielle. Deux passages in vivo sont requis avant que les cellules induisent

des métastases osseuses chez les animaux receveurs après injection intraartérielle. Les

cellules W256 sont la lignée d’origine et sont déficientes en récepteur aux œstrogènes.

Elles produisent de la PTHrP ce qui les rend suceptibles d’être utilisées dans un modèle

d’hypercalcémie (Rizzoli et Fleisch, 1987). Elles ont aussi été utilisées pour l’induction

de métastases osseuses. Différentes voies d’inoculation ont été utilisées dont l’injection

IA, et l’inoculation osseuse. Ces modèles animaux utilisant les cellules W256 ont été

décrits pour tester l’effet de bisphosphonates.

La lignée cellulaire 13762 de carcinome mammaire de rat

La lignée cellulaire 13762 de carcinome mammaire de rat a été initialement développée

par Segaloff (Alvarez, et coll., 2003). La lignée a été établit chez des femelles Fisher 344

par l’administration de 7,12-dimethylbenzanthracene. C’est une tumeur syngénique

spontanée et métastatique de rat qui a été largement caractérisée in vivo et in vitro.

Le carcinome 13762 a été utilisé comme un modèle d’ostéolyse tumorale. Alvarez et coll.

ont évalué la progression de la tumeur par radiographie et microtomographie (microCT)

coll., 2003). Les tumeurs de carcinome 13762 métastasent aussi dans l’os après injection

dans le ventricule gauche chez le rat Fisher 344.

La lignée cellulaire c-SST2 de carcinome mammaire de rat

La lignée cellulaire c-SST2 comprend des cellules de cancer du sein qui sont apparues

spontanément chez des rats SHR (Rats spontanément hypertendus). L’inoculation de

cellules c-SST2 dans l’aorte thoracique, par l’insertion d’un cathéter dans l’artère carotide

commune gauche de rats SHR, induit des métastases osseuses (Wada, et coll., 2004).

2.2.4. Les modèles transgéniques de métastases osseuses

L’établissement de modèles animaux basés sur des cellules de cancers humains

(xénogreffes) a une utilité évidente en recherche fondamentale et préclinique. L’activité

antitumorale de nombreux traitements expérimentaux peut être validée in vivo.

Cependant, les tumeurs humaines ne peuvent être tolérées seulement chez des animaux

immunodéprimés. Des mutants murins avec une fonction lymphocytaire T affaiblie, tels

que les souris nudes athymiques, sont souvent utilisés. Si une immunosupression plus

sévère est nécessaire pour augmenter les chances de greffes, des souris SCID peuvent être

utilisées. Des rats athymiques et nudes existent aussi. L’effet antitumoral du

²²³

Ra

émettant des particules α a été évalué dans un modèle expérimental de métastases chez les

rats nudes injectés avec des cellules humaines MT-1 (cancer du sein) (Henriksen, et coll.,

2002). La lignée cellulaire humaine MDA-MB-231 a aussi été utilisée avec succès chez

les rats nudes (Neudert, et coll., 2003). Les cellules de carcinome mammaire de rat

MRMT-1 (Medhurst, et coll., 2002), la lignée cellulaire d’ostéosarcome OHS (Ekstrom,

et coll., 1997) ou les cellules de cancers prostatiques humains (Andersen, et coll., 2003)

ont aussi été étudiés chez le rat immunodéficient. Cependant, les animaux nudes sont

assez difficiles à utiliser : leur coût est élevé, ils doivent être gardés en conditions stériles

et ont une durée de vie courte. Tous les modèles de xénogreffes ont aussi le désavantage

de manquer d’interaction physiologique entre l’hôte et la tumeur en partie parce que le

système immunitaire affaibli de ces animaux ne force pas la tumeur à exprimer les

mécanismes d’échappement qui interviennent chez l’homme. De plus, les cellules

cancéreuses peuvent ne pas répondre aux facteurs produits par le microenvironnement

animal, et vice et versa. Néanmoins, l’apparence histologique des tumeurs humaines est

relativement bien préservée chez l’animal.

IV. METHODES D’ANALYSES INNOVANTES DES LESIONS

Dans le document Modèles animaux de perte osseuse bénigne et maligne utilisable pour l?évaluation de biomatériaux (Page 60-65)