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Med Sci (Paris). 2009 December; 25(12): 1039–1045.
Published online 2009 December 15. doi: 10.1051/medsci/200925121039.

Les anticorps radiomarqués pour le traitement des cancers

Jacques Barbet,* Jean-François Chatal, and Françoise Kraeber-Bodéré

Centre de recherche en cancérologie de Nantes-Angers, Université de Nantes, Inserm, U892, Institut de biologie, 9, quai Moncousu, 44000 Nantes, France
Corresponding author.
 

William H. Beierwaltes (1917–2005), pionnier de l’utilisation de l’iode 131 dans le cancer de la thyroïde et du concept de vectorisation avec la découverte de la méta-iodobenzylguanadine (mIBG), composé capable de transporter l’iode radioactif vers les cellules de la médullo-surrénale et de traiter les phéochromocytomes [ 1], a été le premier, en 1951, à traiter un patient avec des anticorps marqués à l’iode 131 [ 2]. Ce tout premier patient, atteint de mélanome métastatique, a bénéficié d’une réponse spectaculaire, mais les essais suivants n’ont pas eu un résultat aussi heureux. Cinquante ans plus tard, l’application thérapeutique des anticorps vecteurs de radioactivité (radio-immunothérapie : RIT) a abouti à la mise sur le marché de deux anticorps marqués, l’un avec l’iode 131, l’autre avec l’yttrium 90 (Figure 1), tous deux ciblant l’antigène CD20 et le lymphome malin non hodgkinien de phénotype B [ 3] (→).

(→) voir G. Cartron et J.F. Rossi, p. 1085

Le concept à la base de la RIT est simple : un anticorps rencontrant une cellule tumorale exprimant l’antigène cible a une certaine probabilité de s’y fixer. Le temps de résidence de l’activité transportée par cet anticorps est donc plus long dans la tumeur que dans les autres tissus. La dose d’irradiation (quantité d’énergie déposée par masse de tissus, exprimée en joules/kg ou grays, Gy) reçue par les tumeurs sera donc plus grande et doit pouvoir les détruire alors que les tissus sains seront épargnés. Contrairement à la radiothérapie externe qui administre des rayonnements électromagnétiques ou des particules de haute énergie émises par des sources radioactives ou des accélérateurs sur des lésions tumorales localisées par imagerie, la RIT vise des tumeurs disséminées, accessibles à l’anticorps marqué après son injection, le plus souvent par voie intraveineuse.

Il y a peu de différence de principe entre RIT et anticorps « armés » à l’aide de composés chimiothérapeutiques ou de toxines (→), si ce n’est que la radioactivité est plus toxique que la chimiothérapie et qu’elle exerce son action jusqu’à une distance qui correspond aux parcours des particules dans la matière vivante (de la centaine de microns au centimètre, Tableau I). Cette action à distance produit un phénomène de feu croisé absent dans les autres approches. Le couplage d’un atome radioactif à une molécule d’anticorps, chimérique ou humanisé pour éviter d’immuniser les patients [ 4], ne pose en général pas de problème (Figure 1) et on dispose d’une gamme d’atomes radioactifs (Tableau I). De plus, l’internalisation de l’anticorps par la cellule cible n’est pas nécessaire à l’activité, mais n’est pas non plus un problème, car les métaux radioactifs restent piégés dans les cellules.

(→) voir J.F. Haeuw et al., p. 1046

Les questions qui se posent aujourd’hui ne concernent donc plus la faisabilité clinique de la RIT, mais plutôt son extension à d’autres pathologies que les lymphomes [4]. En effet, il faut reconnaître que l’efficacité thérapeutique de la RIT n’est pas encore démontrée dans les tumeurs solides ni dans d’autres hémopathies malignes comme les leucémies aiguës ou le myélome multiple. Dans cette revue, quelques avancées et voies de recherche seront décrites en partant de situations cliniques particulières. Nous verrons que, suivant que la maladie se présente comme une tumeur constituée ou au contraire comme un ensemble de cellules dispersées, les solutions envisageables ne sont pas les mêmes. Nous verrons également que, sauf exception, la RIT a peu de chances de venir à bout de cancers avancés lorsque les masses tumorales sont importantes. La RIT est proposée aujourd’hui dans des contextes de tumeurs minimales ou en présence de masses résiduelles ou en traitement adjuvant. Des traitements multimodalités qui sont la règle dans les autres approches thérapeutiques, mais qui n’ont pas encore été vraiment mis en œuvre avec la RIT, devraient suivre. Nous verrons aussi que la RIT semble plus à même d’augmenter la survie des malades que d’induire des réponses cliniques évaluables avec des critères morphologiques de type RECIST1. Ce qui d’ailleurs est un paradoxe qui montre que cette approche est beaucoup moins simple que ce que laisse supposer son concept de base.

Les lymphomes

Les lymphomes malins non hodgkiniens de phénotype B comprennent de nombreux sous-types classés en fonction de leur évolution agressive ou indolente. Le lymphome folliculaire est la forme la plus fréquente des lymphomes B indolents. Si le lymphome folliculaire est une maladie d’évolution lente, il reste encore pratiquement toujours fatal dans sa forme disséminée. Alors qu’aucun progrès thérapeutique n’avait été réalisé entre 1960 et 1996 [ 5], aujourd’hui le traitement par rituximab (anticorps anti-CD20) combiné à la chimiothérapie induit des taux de réponse de 70 à 100 %, sans toutefois obtenir de guérison (les réponses durent de 18 à 50 mois) [ 6] (→). Les anticorps vecteurs de radioactivité, 90Y-ibritumomab tiuxétan (Zévalin®) et 131I-tositumomab (Bexxar®), tous deux dérivés d’anticorps anti-CD20 et combinant RIT et injection de fortes doses de rituximab pour le premier et de tositumomab pour le second (voir ci-dessous), montrent des efficacités supérieures en termes de taux de réponse à celle des anticorps utilisés seuls [3]. Le traitement avec des doses myéloablatives de 131I-tositumomab est très efficace, au prix d’une greffe de cellules souches hématopoïétiques (moelle osseuse) autologues et des risques associés [ 7]. L’association de Zévalin à la chimiothérapie intensive avant autogreffe est potentiellement plus efficace que la RIT à dose conventionnelle, mais nécessite une dosimétrie précise pour éviter les effets toxiques, notamment lors de l’administration de Zévalin à haute activité [ 8]. Le 90Y-ibritumomab tiuxetan en consolidation après traitement conventionnel allonge la durée de survie sans progression de 13,5 à 37 mois (p < 0,001) [ 9, 10], ce qui a permis d’étendre récemment l’indication de Zévalin à la consolidation du traitement de première ligne. Dans les autres types histologiques, lymphomes agressifs, la RIT avec des anticorps anti-CD20 et d’autres anticorps (anti-CD22, par exemple) montre aussi une efficacité qui devra encore être confirmée par des études randomisées [ 11]. Pour traiter ces lymphomes agressifs, les approches « haute dose », combinées avec l’autogreffe, type Z-BEAM2,, sont privilégiées [7].

(→) voir G. Cartron et J.F. Rossi, page 1085

Parmi les raisons évoquées de l’efficacité des anticorps radiomarqués dans le lymphome, la synergie entre l’anticorps nu, qui est injecté en masse (250 mg/m2 de rituximab), et l’anticorps marqué, le 90Y-ibritumomab tiuxetan injecté quatre heures après3, a été considérée comme indispensable pour obtenir un effet à long terme sur la tumeur [ 12]. Toutefois des essais en cours avec l’épratuzumab (anti-CD22) marqué à l’yttrium-90 montrent une efficacité au moins équivalente avec une dose totale d’anticorps plus faible (0,75 ou 1,5 mg/kg suivant les protocoles) injectée en une seule fois [11]. En revanche, il n’y a pas de corrélation entre la dose d’irradiation absorbée par la tumeur et la réponse, ce qui peut s’expliquer par la difficulté d’estimer correctement les doses absorbées (imagerie monophotonique avec l’indium 111 en place de l’yttrium-90), mais pourrait suggérer que des mécanismes autres que la radioactivité sont à l’œuvre. Malgré tout, la perméabilité des tumeurs donnant une bonne accessibilité à l’anticorps et la radiosensibilité des lymphomes (une irradiation corporelle totale de quelques Gy a un effet tumoricide pour les leucémies et les lymphomes [ 13]) restent les principales raisons de l’efficacité de la RIT dans le lymphome.

Aujourd’hui les recherches s’orientent surtout vers de nouveaux modes d’utilisation : l’introduction de la RIT à un stade précoce de la maladie, la combinaison des traitements, le fractionnement et l’utilisation en mode adjuvant, ou l’utilisation du préciblage qui a été évalué au stade préclinique, et moins sur l’amélioration des anticorps ou des radionucléides [ 14, 15]. Pour ces pathologies, des anticorps marqués de façon conventionnelle soit avec de l’iode 131 (131I-tositumomab), soit avec de l’yttrium 90 après modification de l’anticorps par un agent chélatant couplé à l’anticorps (un dérivé activé du benzyl-méthyl-DTPA pour 90Y-ibritumomab tiuxetan et le DOTA pour l’épratuzumab) semblent suffisants (Figure 1). Les radionucléides sont également conventionnels. L’iode 131 est utilisé depuis plus de cinquante ans dans le cancer de la thyroïde et l’yttrium 90 est commercialisé aujourd’hui sous le nom d’ytracis (Tableau I). Ces radionucléides ne sont pourtant pas idéaux pour la RIT. L’iode 131 émet un rayonnement gamma qui impose, en Europe, un confinement des malades en chambres radioprotégées pendant plusieurs jours. Pour cette raison le 131I-tositumomab n’est commercialisé qu’aux États-Unis. L’yttrium 90, lui, n’émet pas de rayonnement gamma, ce qui impose une substitution par un autre métal pour la dosimétrie à défaut d’yttrium 86, émetteur de positons qui n’est produit qu’à la demande et est peu disponible.

Les tumeurs solides
Comment améliorer l’irradiation des tumeurs solides
L’irradiation externe requiert plus de 60 Gy pour stériliser une tumeur solide. Dans ces conditions on peut s’attendre à ce qu’il y ait des difficultés à utiliser la RIT contre les tumeurs solides. Chez l’animal pourtant, les grands précurseurs dans ce domaine, David Goldenberg aux États-Unis et Jean-Pierre Mach en Suisse, ont montré depuis longtemps déjà des résultats encourageants dans diverses tumeurs humaines greffées chez la souris nude [ 1618]. Chez l’homme, de nombreux essais cliniques, généralement de phase I ou II qui incluent des petits effectifs de patients présentant des tumeurs avancées, ont donné des résultats médiocres, même avec des anticorps ciblant très efficacement les tumeurs [ 19]. Les taux de réponse clinique sont considérés comme faibles, même s’ils ne le sont pas plus qu’avec la chimiothérapie. Le critère de stabilisation de la maladie, qui est aujourd’hui pris en compte dans le développement clinique de certains inhibiteurs de tyrosine-kinases (voir par exemple le cas du sorafenib4) [ 20], n’a généralement pas été considéré pour la RIT [ 21]. Les résultats cliniques de la RIT mériteraient d’être reconsidérés dans ce sens, comme nous le verrons plus loin.

Augmenter l’irradiation des tumeurs peut passer par une amélioration des vecteurs. Des anticorps possédant une meilleure affinité ont montré une activité antitumorale accrue [ 22], et une constante de dissociation de l’ordre du nanomolaire (10– 9 mole par litre) semble suffisante. Mais cette voie n’a pas été systématiquement suivie. La réduction de la taille du vecteur, en utilisant divers fragments d’anticorps, F(ab’)2, Fab ou constructions à base de scFv (→), n’a pas non plus apporté de résultat décisif [ 23]. La diffusion accrue des petites molécules dans l’organisme est contrebalancée par leur élimination plus rapide, ce qui est un avantage pour l’imagerie mais pas nécessairement pour la thérapie. La réduction de la toxicité hématologique des anticorps est compensée par une augmentation de la toxicité rénale. Les « affibodies » (→), constructions moléculaires combinatoires basées sur une protéine bactérienne extrêmement stable, la protéine A du staphylocoque doré [ 24], n’échappent pas à cette règle [ 25], pas plus que les fragments d’anticorps ne comportant qu’une chaîne peptidique, préparés à partir des anticorps non classiques, dépourvus de chaîne légère, des camélidés [ 26] (→).

(→) voir P. Chames et D. Baty, page 1159

(→) voir T. Wurch et al., page 1169

(→) voir P. Chames et D. Baty, page 1159

Techniques de préciblage
Une approche différente a été proposée à la fin des années 1980. Il s’agit d’un ensemble de techniques maintenant baptisées « préciblage ». L’anticorps chargé de reconnaître la tumeur est couplé avec de l’avidine ou avec un anticorps antihaptène. Il est injecté, non marqué et c’est une petite molécule (dérivée de la biotine, très affine pour l’avidine, ou de l’haptène reconnu par le second anticorps), injectée plus tard, qui porte la radioactivité. Un tel système n’aurait pas d’intérêt s’il était utilisé tel quel. En fait il faut utiliser une astuce supplémentaire : chasser l’excès d’anticorps circulant avant l’injection de biotine radiomarquée par l’administration d’un composé spécifique biotinylé et glycosylé qui formera un complexe rapidement éliminé par le foie (système avidine-biotine) ou utiliser un vecteur de radioactivité se liant plus efficacement, grâce à un effet coopératif, sur les cellules tumorales qui ont fixé au préalable l’anticorps bispécifique qu’à l’anticorps bispécifique restant dans la circulation (haptènes bivalents de la technique AES). Ces techniques améliorent sensiblement l’efficacité du ciblage (Figure 2) et ont été appliquées avec un certain succès en RIT [ 27]. Une augmentation de la survie globale a même été observée chez des malades atteints de cancer médullaire de la thyroïde métastatique par rapport à un groupe contrôle historique de pronostic équivalent (110 versus 61 mois, p < 0,03) [ 28]. Il est à noter que cette augmentation de survie est obtenue par la stabilisation à long terme de la maladie, souvent sans réponse objective notable. Ces techniques sont maintenant envisagées dans de nombreuses indications, y compris en hématologie, mais elles restent difficiles à développer (production des anticorps bispécifiques, optimisation nécessaire des doses et délais d’administration des différents composants).
Relation entre la taille des tumeurs et la fixation de la radioactivité
Un autre aspect de la question oriente aujourd’hui une grande partie de la recherche en RIT. La fixation tumorale de la radioactivité est une fonction décroissante de la taille des tumeurs. Les propriétés de vascularisation des tumeurs, avec une périphérie hypervascularisée et un centre hypoxique, voire nécrotique, et l’absence de percolation lymphatique, expliquent cette relation inverse (→). Des essais dans des petites tumeurs et en situation adjuvante montrent des résultats très encourageants en termes de survie sans progression ou de survie globale [ 2931]. Ainsi les résultats positifs obtenus dans le cancer de la prostate avec l’anticorps J591 « désimmunisé » [ 32] pourraient se voir confirmés chez des patients à risque, après exérèse de la prostate, qui recevraient la RIT au vu d’une élévation isolée du « prostate specific antigen » (PSA). Ce changement d’objectif clinique a entraîné une réflexion sur le choix du radionucléide (Tableau I). Le lutétium 177, émetteur β- de faible énergie, est aujourd’hui préféré à l’yttrium 90 pour traiter des petites lésions tumorales [ 33]. Le cuivre 67 est une autre option [ 34] qui pourra se développer grâce à de nouveaux moyens de production (cyclotrons de haute énergie et haute intensité comme Arronax, qui vient d’être installé à Nantes).

(→) voir G. Paintaud, page 1057

Les leucémies et le myélome multiple

Dans ces pathologies, les cellules tumorales sont disséminées. Les anticorps anti-CD33, anti-CD45 ou anti-CD66 marqués avec l’iode 131, l’yttrium 90 ou le rhénium 188 diminuent le risque de rechute après transplantation de moelle osseuse5 dans la leucémie myéloïde aigüe [ 35]. Le mylotarg, un anticorps anti-CD33 armé par une toxine, la calichéamycine, est commercialisé pour le traitement de la leucémie aigüe myéloïde [ 36], mais la RIT seule n’a pas démontré une grande efficacité (→). Une explication peut être avancée. Les radionucléides déposent leur énergie dans un volume qui dépend de la nature de la particule émise et de son énergie. Ainsi les rayons γ ne sont que partiellement atténués en traversant le corps humain, ce qui les rend utiles en imagerie mais pas en thérapeutique. Les rayonnements β–, qui sont en fait des électrons, déposent leur énergie (quelques centaines de keV à quelques MeV) sur une distance variant du millimètre au centimètre (transfert d’énergie linéique ou TEL faible). On comprend aisément que si un atome émetteur β– est fixé sur une cellule tumorale isolée, la plus grande partie de l’énergie de la particule émise sera délivrée au-delà de la cellule tumorale elle-même, voire même dans les tissus sains environnants. L’irradiation aura raté sa cible et n’aura qu’une très faible efficacité [3].

(→) voir G. Cartron et J.F. Rossi, page 1085

Les rayonnements α, constitués de noyaux d’hélium, ont eux un TEL beaucoup plus élevé et un parcours plus court (0,1 mm environ). Ils ont de plus une énergie élevée (plusieurs MeV). À activité égale, ils sont beaucoup plus efficaces que les rayonnements β– pour irradier des cellules isolées [ 37]. Les radionucléides émetteurs d’électrons Auger6 déposent leur énergie sur une distance de quelques microns, la question ouverte dans ce cas étant celle de la localisation sub-cellulaire optimale (noyau, cytoplasme, membrane) du radionucléide pour une efficacité maximale [ 38]. Les fortes activités nécessaires dans ce cas peuvent poser des problèmes de radioprotection. Pour ce qui est des émetteurs α, le bismuth 213 obtenu à partir de générateurs d’actinium 225 et l’astate 211 produit en cyclotron sont les plus utilisés. Leur toxicité proscrit des doses élevées. Dans ce cas, ils ne peuvent être envisagés que dans des situations cliniques de très faible masse tumorale, traitement adjuvant, métastases microscopiques, tumeur résiduelle. Ces situations sont aussi celles où les cellules tumorales sont isolées ou en micro-agrégats, donc celles où l’utilisation de rayonnement à fort TEL est indispensable. Des essais cliniques ont eu lieu. Ils ont montré la faisabilité du traitement de la leucémie aigüe myéloïde avec un anticorps anti-CD33 marqué au bismuth 213, mais ils ont montré aussi que, à un stade avancé de la maladie, le nombre de cellules tumorales pouvait être de l’ordre du nombre d’atomes radioactifs administrés [ 39]. Un traitement de debulking est donc nécessaire. Ces émetteurs de particules α sont également envisagés pour traiter la tumeur résiduelle par administration loco régionale (tumeurs cérébrales, de l’ovaire, de la vessie, carcinoses péritonéales). Les essais précliniques, et les rares essais cliniques sont prometteurs [ 40].

Conclusions

La RIT a fait ses preuves dans le traitement du lymphome et devrait bientôt proposer des nouvelles options thérapeutiques pour d’autres tumeurs. Son domaine d’application privilégié devrait être des situations de maladies minimales, et elle devrait être utilisée en traitement de consolidation ou en traitement adjuvant. Notons que jusqu’à récemment, les essais cliniques ont été menés avec de faibles moyens (essais académiques ou promus par des sociétés radiopharmaceutiques qui ne disposent pas des moyens des grandes compagnies). Le plus souvent, une seule administration d’un seul composé thérapeutique a été testée. Dans ces conditions, on pouvait espérer au mieux obtenir des indices d’efficacité qu’il convient aujourd’hui de concrétiser dans le cadre d’approches multimodalités. Comme pour les médicaments cytostatiques, c’est sans doute en évaluant directement l’effet du traitement sur la survie des malades que l’on pourra se convaincre de l’intérêt de la RIT. Techniquement, des nouvelles approches comme le préciblage et de nouveaux radionucléides à fort TEL (émetteurs α ou d’électrons Auger) devraient être à même de produire de réelles avancées en apportant des solutions pour l’éradication des cellules souches tumorales, d’autant que les effets néfastes à long terme (notamment induction de myélodysplasies et de leucémies secondaires) ne semblent pas plus fréquents qu’avec la chimiothérapie [ 41].

Conflit D’Intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts concernant les données publiées dans cet article.

 
Footnotes
1 RECIST (Response evaluation criteria in solid tumors) est un ensemble de règles qui établissent des critères basés sur la taille des lésions tumorales pour définir un cancer qui s’améliore (réponse), ne bouge pas (stable), ou s’aggrave (progression) pendant le traitement. Ces critères ont été élaborés et publiés initialement en 2000 conjointement par l’EORTC (European organization for research and treatment of cancer), le NCI (National Cancer Institute) aux États-Unis, et le National Cancer Institute of Canada clinical trials group. La pertinence de ces critères RECIST lors de l’utilisation des biothérapies est aujourd’hui discutée.
2 Chimiothérapie de type BEAM : carmustine, étoposide, aracytine et melphalan (la veille de la greffe autologue). Z = Zévalin.
3 Avant le traitement par RIT (zévalin), les patients reçoivent une injection de rituximab destinée à éliminer les lymphocytes B de la circulation et à bloquer une partie des sites de liaison sur les lymphocytes malins présents dans la rate. Le Zevalin est administré secondairement et la dose de charge d’anticorps non marqué a pour but de lui permettre d’irradier plus spécifiquement les lymphocytes malins présents dans les autres tissus. Au moment des premiers essais cliniques, l’injection de cette dose de charge était tout à fait justifiée par les masses tumorales élevées des malades inclus dans les essais cliniques, dont certains présentaient des splénomégalies importantes. Aujourd’hui, les patients traités sont différents et, particulièrement en situation de traitement de consolidation, l’intérêt de l’administration de cette dose élevée d’anticorps non marqué dans le traitement standard au Zévalin devrait être réévalué.
4 Le sorafenib inhibe de multiples récepteurs à activité tyrosine kinase et actifs dans certains types de cellules tumorales (BRAF, KIT et FLT-3) et dans les vaisseaux sanguins tumoraux (CRAF, VEGFR-2, VEGFR-3 et PDGFR-ß).
5 Donneurs compatibles, avec ou sans lien de parenté.
6 L’émission des électrons Auger provient de la désexcitation d’atomes par éjection d’un de leurs électrons de cœur. Ce phénomène apparaît lors des désintégrations ou conversions nucléaires qui laissent la couronne électronique des atomes dans un état excité. Ces électrons Auger ont des énergies faibles (typiquement 10 à 20 keV), mais cette énergie est déposée dans un très petit volume (quelques microns de diamètre). Les électrons Auger ont donc un potentiel thérapeutique.
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