Utilisation des peptides marqués Jeudi 2 avril 2009

1. 1 Utilisation des peptides marquésJeudi 2 avril 2009 Joseph Le Cloirec CRLCC Eugène Marquis Rennes

2. 2 Introduction Les peptides radio-marqués spécifiques de récepteurs sont apparus comme une nouvelle classe de traceur. Chez les vertébrés, ces peptides exercent leur fonction biologique en se fixant sur des récepteurs spécifiques à la surface des cellules. Cette propriété spécifique de liaison entre le peptide et le récepteur est exploitée pour utiliser le peptide comme un radio-pharmaceutique. Le coefficient d ’affinité élevé, entre le peptide et le récepteur, a pour conséquence une rétention du traceur dans les tissus exprimant le récepteur. Le contraste est aussi facilité par la clairance élevée de ces molécules.

3. 3 Introduction (suite 1) Des peptides spécifiques, marqués par des émetteurs γ peuvent être utilisés pour visualiser des cellules porteuses de récepteurs à des fins diagnostiques. De plus, ces mêmes peptides, marqués par des émetteurs  ou , peuvent être utilisés à des fins de curiethérapie métabolique. Différents types de récepteurs spécifiques peuvent être exprimés par des cellules pathologiques et être directement exploités. Il est aussi possible d ’utiliser des cellules porteuses de récepteurs et leurs fonctions particulières, comme les polynucléaires ou les plaquettes.

4. 4 Introduction (suite 2) Durant la dernière décennie, ces radio-traceurs spécifiques sont apparus comme une nouvelle classe de molécules susceptibles de modifier profondément le champ d ’application de la Médecine Nucléaire. Chez les vertébrés, de tels ligands peuvent agir comme des messagers chimiques (hormones, neurotransmetteurs, stimulateurs ou inhibiteurs). En se fixant sur la membrane cellulaire, ils déclenchent, en général, la transduction du signal au niveau de la cellule cible et, de cette manière, l ’effet biologique est transmis au niveau du tissus cible.

5. 5 Introduction (suite 3) Cette propriété particulière qu’a le ligand de se fixer sur des récepteurs spécifiques peut être utilisée, en le marquant avec un radio-émetteur, aussi bien à des fins diagnostiques que thérapeutiques. En théorie, l’affinité de ces peptides favorise leur rétention dans les tissus cibles, alors que leur petite taille (comparée à celle des anticorps monoclonaux) favorise leur élimination rapide, en particulier urinaire, permettant un bon rapport signal de la cible par rapport au autres tissus. L ’utilisation de ces ligands a provoqué un immense engouement ces dernières années.

6. 6 Introduction (suite 4) Pour l’usage diagnostique (scintigraphie), ces molécules sont marquées par des émetteurs gamma tels que l ’iode 123 ou 131, l ’indium 111, le technétium 99m. Plus récemment, elles ont été marqués par des émetteurs de positons (18F) par exemple la gastrine, l’octreotate, des intégrines. De la même manière, elles sont marquées par des émetteurs alpha ou bêta tels que l ’iode 131, l ’yttrium 90, ou le rhénium 188 ou encore par le lutétium 177, pour l ’usage thérapeutique. Ce champ d ’application est incommensurable et reste largement à explorer. De nombreux phénomènes pathologiques se traduisent par une modification, originelle ou secondaire, de l ’expression de récepteurs spécifiques.

7. 7 Introduction (suite 5) Dans d’autres cas, on ne cherchera pas de récepteurs spécifiques du phénomène pathologique, mais plutôt d ’un agent intermédiaire comme les polynucléaires, afin de les marquer et de repérer des sites infectieux, ou les plaquettes sanguines pour rechercher un thrombus. Est-ce à dire qu’il s’agit d’une panacée universelle ? Nous verrons que cette voie n ’est pas toujours aussi simple qu’il n’y paraît de prime abord. Les peptides ont souvent une durée de vie trop courte pour être utilisés tels quels et imposent la synthèse d ’analogues, voire ont des effets toxiques sur la cible comme le polynucléaire.

8. 8 Les récepteurs en oncologie Selon leur origine, les tumeurs peuvent exprimer différents récepteurs. Le récepteur de la somatostatine est exprimé par la plupart des tumeurs endocrines, mais aussi par les neuroblastomes, certains cancers médullaires de la thyroïde, certains cancers de la prostate ainsi que par les phéochromocytomes et les cancers du poumons à petites cellules. Le peptide vaso-actif intestinal (VIP) possède des récepteurs dans les tumeurs endocrines aussi bien que dans une grande variété d’autres tumeurs : adénocarcinomes, lymphomes, astrocytomes, glioblastomes et méningiomes.

9. 9 Les récepteurs en oncologie (suite) Les récepteurs de la cholécystokinine (gastrine B) sont présent dans la majorité des cancers médullaires de la thyroïde, mais aussi dans les cancers à petites cellules du poumon et dans nombre de cancers ovariens, dans les astrocytomes et dans certains adénocarcinomes. Les récepteurs du GRP (gastrin releasing factor) ont été mis en évidence dans les cancers de la prostate. Ceux de la neurotensine sont exprimés dans les sarcomes d ’Ewing, le méningiomes, les astrocytomes et les tumeurs du pancréas exocrine. De nombreuses tumeurs du sein expriment des récepteurs de la calcitonine.

10. 10 Les traceurs des récepteurs de la somatostatine Undes tous premiers peptides à avoir été testé comme agent potentiel, aussi bien sur le plan diagnostique par le biais de l’imagerie que sur le plan thérapeutique, est la somatostatine. Nous étudierons plus précisément cette molécule et ses analogues, ainsi que ses applications en médecine nucléaire, avant de passer en revue les autres agents actuellement en cours d ’étude. En effet, il s ’agit, pour l ’instant, du seul peptide pour lequel 2 analogues sont disponibles sous une forme commerciale (AMM).

11. 11 QUELQUES DATES • 1968: R. GUILLEMIN (Salk Institute), découvre un facteur inhibiteur • de la secrétion de G.H. : le "Somatotrope release inhibiting factor" • 1973 : B. BRAZEAU découvre un tétradécapeptide ayant • les mêmes propriétés à partir de cellules hypophysaires en culture : • la SOMATOSTATINE ou SRIF • 197... : S. REICHLIN retrouve le SRIF dans d'autres territoires cérébraux, et • dans d'autres structures : ganglions, rétine, nerfs, et dans les cellules • endocriniennes de type Delta (thyroïde, pancréas, tractus gastro-intestinal) • 1982 : W. BAUER synthétise et expérimente un analogue du SRIF naturel : • le SMS 201-995 ou Octréotide • 199... : W.H. BAKKER et l’équipe de Rotterdam réalise les premières • scintigraphies des récepteurs de la somatostatine au moyen de l’octréotide • marqué par l’iode 123 puis l’indium 111

12. SOMATOSTATINE (S14) 12

13. 13 OCTREOTIDE (O8)

14. 14 Origine endodermique : carcinoïde, insulaires, carcinomes neuroendocrines du poumon, carcinomes médullaires de la thyroïde et les tumeurs de Merkel Origine neurectodermique : neuroblastomes, pinéoblastomes, médulloblastomes, rétinoblastomes, paragangliomes, phéochromocytomes et les tumeurs glomiques

15. 15 RECEPTEURS (1) Nature : - Glycoprotéines membranaires Types : - Au moins 5 types, dont un connu chez le rat. Distribution : - Type I : cerveau, estomac, jéjunum. - Type II : cerveau, rein, îlots pancréatiques - Type III : cerveau, îlots pancréatiques - Type IV : cerveau, pancréas - Type V : sous unité du type IV Octreotide (analogue de la somatostaine ou pentetreotide): - Inhibition surtout types I et III. - L'affinité de l'octreotide marqué varie selon le type de marquage. Surtout pour le SSTR2, plus faible pour les SSTR3 et 5 avec l ’indium.

16. 16 RECEPTEURS (2) Tumeurs endocrines : forte incidence Tumeurs du système neurveux central : forte incidence Cancer du rein : forte incidence Lymphomes malins : forte incidence Cancers du sein : faible à moyenne incidence Cancers de l’ovaire : faible incidence Adénomes GH : 98% Adénomes TSH : 100% Adénomes non fonctionnels : 55% Gastrinomes : #100% Glucagonomes : #100% Insulinomes : 70% Carcinoïdes : 88% Phéochromocytomes : 73% Paragangliomes : 90% Carcinomes Médullaires : 38% Cancers du poumon à P.C. : 60%

17. 17 RECEPTEURS (3) Tumeurs humaines : nombre de récepteurs variable - 1, 2 et 5 peuvent être présents dans tous les types - 2 et 5 sont les plus fréquents - 3 est rare, jamais 4 * Les résultats varient selon la technique * Les analogues reconnaissent en général bien le ‘ 2 ’

18. 18 Mécanisme d ’action

19. 19 Marquage Iode 123 : - 1987. - coûteux, duré de vie, activité hépatobiliaire élevée. - Iode 131. - Indium 111 : - 1991, PENTETREOTIDE. - Par l'intermédiaire d'un DTPA fixé sur la dPhénylalanine terminale. - peu d'activité hépatique et biliaire. - Haut rendement : 95%, Stable, - Fixation splénique physiologique constante et élevée. - L'élimination est essentiellement rénale, glomérulaire mais aussi tubulaire, car sa clairance est supérieure à celle du DTPA.

20. 20 Les autres analogues de la somatostatine Pour la seule somatostatine, de nombreux analogues, autre que l’octreotide, ont été synthétisés et marqués, tant à visée diagnostique que thérapeutique. Le lanreotide, peut être marqué par l ’indium 111 ou l ’yttrium 90. Il possède une affinité élevée pour le type 3, fréquemment exprimé dans les adénocarcinomes. Cependant, il semble que son internalisation soit moindre. Le depreotide possède une grande affinité pour les récepteurs 2, 3 et 5. Il peut être marqué par le technétium 99m. Il a été validé (AMM) pour la caractérisation des tumeurs pulmonaires. Le vapreotide, marqué par le technétium 99m a une grande affinité pour les récepteurs de types 2.

21. 21 Les autres peptides en oncologie Le VIP (vaso-intestinal peptide) est constitué de 28 AA. On retrouve des récepteurs du VIP dans beaucoup de structures du tractus gastro-intestinal. Il possède, aussi, une importante affinité pour le SST 3. Il a été testé, marqué par l ’iode 123, dans différentes pathologies tumorales du tube digestif (cancers colo-rectaux, du pancréas exocrine … Son marquage est une étape difficile, récemment une nouvelle technique a permis de le marquer par le technétium 99m.

22. 22 Les autres peptides en oncologie (2) La bombésine est un neuro-peptide de 14 AA. Ses récepteurs ont été mis en évidence dans diverses tumeurs (poumon, sein, prostate et pancréas). Pas moins de 4 sous-types de récepteurs ont été identifiés. Le couple récepteur-bombésine est rapidement internalisé, et relayé par la protéine G. Plusieurs analogues ont été synthétisés et marqués par le technétium 99m et l ’indium 111. Quelques essais de phase 1 sont en cours … .

23. 23 Les autres peptides en oncologie (3) La gastrine et la cholécystokinine sont des peptides dont on retrouve des récepteurs dans le cerveau et dans de nombreuses structures digestives, où ils exercent de multiples fonctions. La gastrine (CCK-B) est surexprimée dans des cancers comme le cancer médullaire de la thyroïde et le cancer stromal ovarien. Différents analogues ont été synthétisés et marqués par l’indium 111. Ils a été montré qu ’ils étaient potentiellement utilisables pour la détection de lésions tumorales.

24. 24 Les autres peptides en oncologie (4) La calcitonine est surexprimée dans la majorité des cancers du sein. Un analogue a été marqué par le technétium 99m, et il a été montré qu ’il possédait une importante affinité pour les lignées xénographiques du cancer du sein chez la souris nude. La vitronectine fait partie de la famille des intégrines qui interviennent dans la régulation des processus d ’adhésion cellulaire. Ce sont des marqueurs potentiels de la néoangiogénèse. Ses récepteurs sont surexprimés dans les ostéosarcomes, les neuroblastomes,les mélanomes ...

25. 25 Les peptides dans l ’imagerie de l ’infection et l ’inflammation L ’inflammation est une réponse des tissus à une agression qui se traduit par un apport de molécules et de cellules sur le site. L ’infection est une situation entraînée par des micro-organismes. Il existe des agents classiques de marquage de ces sites comme le citrate de gallium 67, et les leucocytes marqués par l ’indium 111 et le technétium 99m. Le traceur idéal aurait une haute affinité et une grande spécificité pour ces cibles sans nécessiter de média comme les leucocytes.

26. 26 Les peptides dans l ’imagerie de l ’infection et l ’inflammation (2) Les peptides du chimiotactisme ont été les premiers testés, en particulier un tri-peptide produit par les bactéries. Il a été marqué par l ’indium 111 et le technétium 99m. Chez l ’animal, il permet un meilleur contraste que les marquages cellulaires. Malgré tout, son effet leucopéniant, encore mal contrôlé, en limite le développement clinique. De nombreux analogues, et d’autres peptides de la même catégorie, sont actuellement en cours de développement et d ’étude.

27. 27 Les peptides dans l ’imagerie de l’infection et l ’inflammation (3) Les peptides antimicrobiens, tels que le ‘human neutrophil peptide’, représentent une autre voie. Marqué par le technétium 99m, sur des modèles animaux, il permet de reconnaître les sites infectieux en quelques minutes, et de les différenciés des sites inflammatoires. L ’interleukine 1et 2 possèdent des récepteurs exprimés par les cellules engagées dans ces processus, en particulier les leucocytes. Pour l’instant, leurs effets secondaires en limitent l’utilisation.

28. 28 Les peptides dans l’imagerie de l ’infection et l ’inflammation (4) D ’autre voies sont explorées, en particulier l ’utilisation des analogues de la somatostatine dans les pathologies inflammatoires granulomateuses (sarcoïdose, aspergillose, polyarthrite rhumatoïde, lupus … . Il faut aussi citer les chémokines (interleukine 8, le facteur 4 plaquettaire). Il est encore trop tôt pour distinguer précisément quelles seront les solutions retenues qui dépendent, à la fois de considérations purement scientifiques, et de considérations économiques, en raison des coûts élevés des développements.

29. 29 Les peptides dans l ’imagerie du thrombus Beaucoup de travaux ont été consacrés aux récepteurs du fibrinogène (GPIIB et GPIIIa) qui sont peu exprimés à l ’état basal, mais qui sont surexprimés par les plaquettes dès lors qu’elles sont engagées dans un processus d’hémostase. Marqués par le technétium 99m, il sont capables, chez l ’animal, de permettre la visualisation des thrombi

30. 30 Perspectives L’augmentation de l ’expression des récepteurs dans des sites pathologiques constitue, potentiellement, une voie pour mettre en évidence ces processus. Le marquage par des radioéléments constitue un moyen d ’utiliser les peptides comme des agents de l ’imagerie de ces phénomènes, mais au delà, il permet, aussi de les utiliser à des fins thérapeutiques.

31. 31 Perspectives (2) Le champ d ’investigation est immense. Il porte sur la caractérisation des récepteurs, leur identification dans les différents processus normaux et pathologiques. Il s’étend à l’identification de récepteurs non connus. Il impose la synthèse et l ’étude d ’une multitude d ’analogues (une simple inversion de 2 AA suffit à changer les caractéristiques de la molécule). Il demande de tester différents types de marquage qui auront, chacun, leurs avantages et leurs inconvénients selon la cinétique du peptide ou l’usage diagnostique ou thérapeutique. Ces travaux dureront probablement des décennies.

32. 32 SCINTIGRAPHIE - Injection de4 à 5 mCid'Indium 111, soit 10 microgrammes de PENTETREOTIDE - Pas d'effet pharmacologique. Pas de réaction connue. - Prescrire un laxatif léger dès le début de l'épreuve. - Séquence scintigraphique variable: recherche ou routine. - La fixation peut être très précoce, souvent visible à 1 heure. - Le contraste est souvent maximum à 4 heures. - Il est nécessaire de poursuivre jusqu ’à 24 heures. - La tomographie permet un meilleur repérage.

33. 33 Causes de négativité • Absence de récepteur, récepteurs non reconnus • Densité trop faible, hétérogénéité de distribution • Production in situ de somatostatine • Corticoïdes qui dégradent le messager • Localisation et activités physiologiques

34. 34 RENNES : RESULTATS (1) • 110 patients • Tumeurs G.E.P. : 76 (#70%) • 60 Tumeurs carcinoïdes (25-, 35+) (#80%) • 9 Syndromes de Zollinger-Ellison (4-, 5+) • 2 VIPomes (1-,1+-) • 2 Glucagonomes (1-, 1+) • 3 Insulinomes (2-, 1+) • 0 Tumeur à GRH • 0 Somatostatinome

35. 35 RENNES : RESULTATS (2) • 110 patients • Autres : 34 (#30%) • 14 K médullaires • 11 Tumeurs N.E. non classables (3-, 8+) • 2 K poumon • 2 Hypercorticismes • 3 Neuroblastomes • 1 phéochromocytome • 1 cystadénocarcinome

36. 36 RENNES : RESULTATS (3) • Bilan d’extension après découverte opératoire • Recherche sur arguments cliniques et biologiques • Suivi évolutif (avec ou sans chirurgie) • Bilan pour orientation thérapeutique • Bilan en vue d’une détection peropératoire

37. 37 LEO... Femme agée de 68 ans • Découverte d'une adénopathie axillaire gauche • Biopsie chirurgicale : métastase d'un adénocarcinome neuro-endocrine (T. carcinoïde) • Bilan clinique, biologique, échographique et radiologique normal • Scintigraphie à l'Octreoscan 111 : foyer thoracique visible dès la première heure, mieux contrasté à la quatrième et à la vingtième heure

38. 38 LEO... B...

39. 39 LEO... B...

40. 40 LEO... B...

41. 41 Chirurgie • Injection 4 heures avant de 4,5 mCi d'Octreoscan • Vérification préopératoire de la fixation • Incision au niveau du quadrant supéro-externe • Repérage peropératoire au moyen d'une sonde NaI et du système de détection 'modèle 2, Oris-Damari, Gif sur Yvette, France' • Mise en évidence d'une tumeur de 4 mm

42. 42 LEO... B...

43. 43 GUI... homme agé de 61 ans • 1974 : mélaena - ulcère du bulbe • 1983 : sténose du pylore / gastrectomie des 2/3 • 1984 : ulcère anastomotique rebelle gastrinémie : 180 pg/ml (n<57) BAO : 40mmol/H - sécrétine + fibroscopie, TDM, artériographie négatives • 1988 : laparotomie blanche • ....... : bilans annuels • 1994 : scintigraphie à l'octreoscan

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46. 46 DAN... homme âgé de 59 ans • 1994 : dermatose érythémato-squameuse érosive évoluant • depuis 3 mois, aspect d’érythème nécrolytique migrateur • 1993 : antécédent d’une chirurgie duodéno-pancréatique • céphalique (ictère) ; tumeur de type neuro-endocrine • a posteriori : immunomarquages anti-glucagon positifs • glucagonémie : 526 pmol/L • TDM, échographie : multiples lésions hépatiques • confirmation scintigraphique et suivi

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48. 48 B A D C