Les principes généraux

L’étymologie du mot…

ERLICH

C'est à Paul Erlich, médecin allemand (1854 - 1915) et Prix Nobel de physiologie et de médecine en 1908 que revient la création du terme chimiothérapie. Le nom chimiothérapie dérive du grec khêméia qui se traduit par chimie et de thérapéia qui veut dire traitement .

UNE DÉFINITION
 
Une substance antitumorale  (anticancérereuse, antinéoplasique, cytotoxique) se définit comme une substance cytotoxique qui détruit sélectivement les cellules transformées.

• Les molécules susceptibles de tuer les cellules cancéreuses actives, c’est-à-dire celles qui se multiplient et prolifèrent, sont appelées cytotoxiques.
• Les substances qui arrêtent la croissance cellulaire sont désignées sous le terme de cytostatiques.

Ces substances permettent d'inhiber ou d'empêcher la fabrication de matériaux utiles à la cellule pour se reproduire.
Ces molécules agissent en endommageant le matériel héréditaire, c'est-à-dire les chromosomes et plus spécifiquement l'ADN, permettant de transmettre les caractères de la cellule mère à la cellule-fille. Ceci aboutit à la mort de la cellule.  

NATURE & CHIMIE

Sur un peu moins de 200 médicaments anticancéreux homologués, hors thérapies ciblées et immunothérapie, ce sont, quant leur origine :

• Des substances naturelles : 17 %
• Des substances naturelles légèrement modifiées : 31 %
• Des molécules synthétiques : 26 %
• Des molécules synthétiques à partir d'une structure naturelle : 10 %
  

Les premiers pas…

LA SERENDIPITÉ

Le mot anglais serendipity

Il fut créé par l'écrivain Horace Walpole le 28 janvier 1754 dans une lettre à Horace Mann, envoyé du roi George II à Florence. Il dérive d'un conte persan publié en 1557 par le Vénitien Michele Tramezzino, les Trois Princes de Serendip (Serendip est le nom de Ceylan ou Sri Lanka en vieux persan). Dans ce conte, les princes qui voyageaient beaucoup, faisaient toujours des découvertes, soit par accident ou par sagacité, de choses auxquelles ils n'avaient pas pensé....

La sérendipité est le don ou la faculté de trouver quelque chose d'imprévu et d'utile en cherchant autre chose, ou encore, l'art de trouver ce qu'on ne cherche pas.

Par exemple, la découverte des propriétés antibactériennes de la pénicilline par Alexander Fleming est dite avoir été sérendipitienne, parce qu'il nettoyait seulement son laboratoire quand il a découvert que la moisissure Penicillium avait contaminé l'une de ses anciennes expériences.
C'est une notion qui recouvre les découvertes fortuites et qui s'applique à toutes les sciences. L'accent important réside moins dans le concours de circonstances accidentelles qui amène l'observation que dans le parti qui est tiré de cette observation fortuite par la sagacité de l'inventeur. Selon un dicton connu, des milliers de gens avaient déjà vu tomber des pommes avant Isaac Newton et aucun n'en avait imaginé pour autant la gravitation universelle.
 
Le 2 décembre 1943, une odeur d'ail envahi le port de Bari en Italie...

L’idée d’une chimiothérapie anticancéreuse résulte de la mise en évidence que des dérivés de moutardes azotées, eux même dérivés des gaz de combat de la première guerre mondiale, étaient capables de provoquer un blocage de la moelle osseuse (aplasie).
La preuve, pour ainsi dire, en a été fournie lors de l’explosion d’un stock de gaz moutarde (ypérite ou gaz H) dans le port de Bari le 2 décembre 1943, au cours de la Seconde guerre mondiale. Les futs endommagé laissèrent fuir du gaz à l'odeur caractéristique d'ail et de nombreux matelots moururent ainsi intoxiqués.
Le médecin militaire, Steward Alexander fut charger de l'enquête. Il constata quelques semaines plus tard que les matelots présentaient une baisse importante du taux de globules du sang et certains d'entre eux développaient une aplasie médullaire.
Dans son rapport du 20 juin 1944, il fit part de ses constatations, en particulier sur la destruction pratiquement complète des globules blancs chez les intoxiqués.
En dépit du "secret militaire" couvrant cet épisode de la dernière guerre, Alfred Gilman (1908-1984) et Louis S Goodman, tous deux pharmacologues à l'université de Yale, furent chargés d'étudier les effets toxiques du gaz moutarde et de trouver une antidote. La mise en évidence d'une toxicité élective pour les tissus lymphoïdes fut la première étape qui mena à la découverte des alkylants et les premiers essais avec le Mustargen ^TM .

LES PIONNIERS….

Alfred Gilman

A partir des constations de Stewart Alexander et plus tard de Cornelius P. Rhoads faites à Bari, il développa des dérivés, dont la caryolysine, qui furent testés à Yale sur des malades souffrant de maladie de Hodgkin, alors mortelle à 100 %. A la fin de la Seconde Guerre Mondiale, les premières réponse chez des patients souffrant d’une maladie de Hodgkin ou d’un lymphome traités par une moutarde azotée, la caryolysine furent publiées.

Par la suite...

Les autres médicaments alkylants, développés ultérieurement, auront, parfois, un index thérapeutique meilleur. Par exemple, le cyclophosphamide, commercialisé en 1950, reste l’un des médicaments les plus utilisé de nos jours !
Après l'aminoptérine, avec laquelle Sidney Farber (1903-1973), un pédiatre pathologiste,en 1948, avait observé des réponses transitoires dans la leucémie aiguë de l'enfant, le méthotrexate est le second antifolate à être développé et commercialisé.
Charles Heidelberger, à la même époque, développe le premier analogue des pyrimidines, le 5-FluoroUracile (5FU) et l'année suivante, avec ce médicament, sont décrites des réponses dans les cancers digestifs, le cancer du sein et certains cancers de la sphère ORL.
Depuis, la recherche de nouveaux médicaments anticancéreux a permis la mise au point de médicaments plus efficace et mieux tolérés.

LA SYSTÉMATISATION DE LA RECHERCHE…

Au cours des années, l'objectif de la chimiothérapie a évolué du soulagement des symptômes vers l'obtention de rémissions complètes durables. Il faut souligner que, maintenant, la chimiothérapie à la capacité de traiter les cancers étendus ou métastatiques, là où les traitements locaux, chirurgie ou radiothérapie, ont une efficacité limitée.
La recherche s’est, par la suite, systématisée à partir de l’initiative du National Cancer Institute ( NCI) qui a mis en place dès 1955, un criblage de molécules sur la base d’un modèle de leucémie de la souris. De plus, en 1970, cette recherche s'est intensifiée avec le lancement du programme Conquête du Cancer par le président américain Richard Nixon.


MAINTENANT….

Les découvertes récentes de biologie moléculaire ont débouché sur de nouveaux axes thérapeutiques n'utilisant plus l'atteinte cytotoxique comme moyen de guérir la maladie, mais plutôt des médicaments capables de freiner l’apparition des métastases ou de bloquer leur développement. Ces nouvelles molécules, n'entraînent pas obligatoirement la mort des cellules cancéreuses, mais réduisent considérablement leur potentiel délétère. Ce sont les biochimiothérapies ou thérapies ciblées .

La tumeur est toute petite, pourquoi un traitement général ?

Dès le début de son évolution, un cancer peut donner des métastases à distance qui échappent aux traitements locaux ou loco-régionaux comme la chirurgie ou la radiothérapie. Les traitements médicaux des cancers, et notamment la chimiothérapie anticancéreuse, ont pour but principal d'enrayer une telle évolution.
La chimiothérapie cytotoxique, l’hormonothérapie et l’immunothérapie et, maintenant les thérapies ciblées, ont pour objectif de détruire les cellules cancéreuses disséminées dans l’organisme, suspectées ou détectées. Ce sont des thérapeutiques systémiques par opposition aux thérapeutiques locales ou locorégionales.

Les fonctions de la cellule

Une cellule a pour fonctions essentielles de fabriquer des protéines et des nucléotides, éléments constitutifs de l'acide désoxyribonucléique (ADN) et des acides ribonucléiques (ARN). Cette synthèse s’effectue à partir de précurseurs assemblés et véhiculés par différents ARN. Les ARN sont actionnés selon un code génétique précis contenu dans l’ADN du noyau de la cellule.

Le cycle cellulaire

UN PETIT RETOUR EN ARRIÈRE ...

Avant d'aborder le mécanisme d'action de la chimiothérapie, il faut connaître le fonctionnement du cycle cellulaire normal et celui des cellules cancéreuses.
C'est en 1953 qu'Alma Howard, biologiste canadienne (1913 - 1983) et Stephen Pelc, utilisant des traceurs radioactifs, démontrèrent que la synthèse d’ADN se réalisait durant l’interphase, une période réduite de la vie de la cellule et démontrent que les processus de division cellulaire et de
duplication des chromosomes sont deux processus temporellement dissociés. Ils ont par la suite montré ont montré l’existence d’un cycle cellulaire constitué de 4 phases successives: G1, S, G2 et M.


LES DIFFÉRENTES PHASES

Le cycle cellulaire est une succession de phases commandant des événements importants qui aboutissent à la division cellulaire ou mitose.  Il représente l’intervalle de temps séparant deux mitoses. La cellule, au cours de sa vie, va connaître successivement plusieurs phases. Il existe, pour elle, trois options :

• Suivre le cycle de façon continue
• Quitter le cycle temporairement pour entrer dans une phase G0 dite de quiescence
• Quitter le cycle définitivement et mourir, par apoptose,sans participer à une nouvelle division
  

Le passage d’une phase à l’autre est sous la dépendance d’enzymes, appelés kinases, dont le taux varie au cours du cycle cellulaire. Ce sont les kinases dépendantes du cycle, cdk. Elles sont au nombre de huit : cdk1 à cdk8. Les cdk agissent en partenariat avec les cyclines, dont 8 ont été clonées dénommées de A jusqu’à H.

La phase G1

Elle constitue la phase durant laquelle la cellule synthétise de l’ARN et donc, plus tard, des protéines et des enzymes. Durant cette phase, la cellule se différencie. Sa durée est variable mais elle est de moins de 3 jours.

La phase S

Elle dure de 8 à 12 heures.Elle correspond à la synthèse ou réplication de l’ADN, nécessaire à sa future division (mitose). C'est la phase de sensibilité aux stress et constitue la phase cible des analogues des bases puriques.

La phase G2

C’est la phase pré-mitotique durant laquelle la cellule synthétise de nouveau, de l’ARN et donc des protéines, en particulier celles nécessaires à l'édification du fuseau cellulaire. Elles dure de 2 à 3 heures.

La phase M

Elle correspond à la division cellulaire ou mitose. Elle dure moins de deux heures et comporte

• Une succession d ’évènements pour réorganiser le matériel génétique en chromosomes
• La séparation par paires des chromosomes vers les pôles de  la cellule
• La recondensation en deux noyaux
• La naissance de deux cellules filles
  

La phase G0

C’est la phase de repos. Lorsqu’une cellule est en phase G0, elle ne prolifère plus temporairement. Elle n’est donc pas sensible à la plupart des médicaments de chimiothérapie, sauf aux agents alkylants.

La division cellulaire

LA MITOSE

La prophase

La chromatine commence à se condenser. De nombreux changements ont lieu dans le cytoplasme. Les centrosomes, dupliqués en interphase, se séparent et entament leur migration à deux pôles diamétralement opposés dans le noyau. Ils formeront les futurs pôles du fuseau mitotique.
La réorganisation des composants du cytosquelette interphasique conduit en périphérie de l’enveloppe nucléaire à la formation du fuseau mitotique à partir des centrosomes, dont l’activité nucléante augmente.
L’enveloppe nucléaire commence à se désagréger.

La prométaphase

Au cours de la phase tardive de la prophase, ou prométaphase, la membrane nucléaire se désagrège complètement sous forme de petites vésicules membranaires.
La condensation des chromosomes continue.
Le fuseau mitotique s’organise dans toute la cellule. Il est constitué de microtubules polaires, astraux et kinétochoriens. Ces derniers capturent les chromosomes au niveau de leurs centromères par l’intermédiaire d’une structure protéique appelée le kinétochore. C’est le début des mouvements de congression des chromosomes

La métaphase

Elle est caractérisée par une condensation maximale des chromosomes.
Les chromatides sœurs sont alors physiquement liées l’une à l’autre uniquement grâce aux cohésines centromériques. Chaque chromatide de chaque paire de chromosomes est reliée à un pôle opposé du fuseau mitotique par l’intermédiaire des microtubules kinétochoriens. A la fin des mouvements de congression, les chromosomes sont alignés sur un même plan, la plaque métaphasique.

L'anaphase

Elle marque la séparation des chromosomes à deux chromatides en deux lots égaux de chromosomes à une chromatide et le début de leur décondensation.
Chacune des deux chromatides sœurs d’un même chromosome sont tirées vers un pôle opposé de
la cellule par les microtubules kinétochoriens, qui se dépolymérisent à mesure de la progression de la migration des chromosomes.
Les microtubules polaires, quant à eux, s’allongent pour préparer la future séparation des deux cellules filles.

La télophase

Les chromosomes achèvent leur décondensation et les enveloppes nucléaires des cellules filles se reconstituent.
Le fuseau mitotique se dépolymérise progressivement.

LA CYTOCINESE

C'est le processus qui permet la séparation physique des deux cellules filles en fin de mitose. Un anneau contractile, constitué principalement de filaments d’actine et de myosine, se forme autour de la membrane plasmique. Il conduit à l’apparition d’un sillon de division marqué par l’invagination de la membrane cytoplasmique, dans un plan perpendiculaire à l’axe du fuseau.

Les cibles

LES CELLULES TUMORALES…

Les cellules souches

Dans une tumeur, seules les cellules capables de s'auto-reproduire indéfiniment ou immortalisées sont dangereuses. Ce sont les cellules souches. Ce sont elles que l'on veut détruire par la chimiothérapie.

Les autres cellules

Ce sont celles qui se multiplient mais ne se reproduisent pas et celles qui se différencient. Elles aboutissent à un processus de mort naturelle ou apoptose. Elles constituent le volume de la tumeur.
Seules les cellules qui se multiplient peuvent être touchées par la chimiothérapie…
Il est nécessaire qu'une cellule se divise pour qu'elle puisse incorporer les médicaments toxiques qui lui sont destinés.

Dans une tumeur...

Une tumeur d'environ 1 cm de diamètre contient environ 4 milliards de cellules (4x10⁹). Parmi ces cellules, seulement 15 à 25 % se divisent, ce qui signifie qu'à un moment ou à un autre, elles sont au repos et se diviseront plus tard.

LES CELLULES EN DIVISION
 
La plupart des médicaments atteignent la cellule cancéreuse au moment où elle se divise, en altérant le mécanisme de la division cellulaire et ont une action centrée sur l'ADN. Cette action peut se situer :

• En amont de la synthèse d'ADN, il s'agit alors des médicaments dénommés antimétabolites (analogues nucléosiques et antifolates)
  
• Au niveau de l'ADN par une interaction directe, cela concerne les alkylants, les intercalants et les agents scindants (moutardes azotées, dérivés du platine, nitrosurées, inhibiteurs des topoisomérases I et II)
• En aval, ce sont les poisons du fuseau (vinca-alcaloïdes et taxanes)
  

Les tumeurs ayant peu de divisions cellulaires seront donc peu touchées par les médicaments de chimiothérapie.

Les limites

LES EFFETS COLLATÉRAUX...

Il n'y a pas encore de médicaments spécifiques aux cellules cancéreuses. Il en résulte que tous les médicaments utilisés sont, peu ou prou, toxiques pour les cellules normales. Ceci a comme effet collatéral de toucher, en même temps, les tissus sains se renouvelant rapidement comme les cellules sanguines, les cellules des muqueuses ou de la peau. Ceci explique les effets secondaires rencontrés avec la chimiothérapie « cytotoxique ».

LA RÉSISTANCE

Certaines cellules cancéreuses sont résistantes aux médicaments de chimiothérapie. Cette résistance peut être :

• D’emblée ou résistance innée
• Secondaire, après exposition à des médicaments cytotoxiques ou résistance « acquise »

Ces cellules sont présentes dès que la tumeur primitive atteint 2 à 3 mm de diamètre. Ce sont celles contenues dans les métastases, autrement dit les cellules cancéreuses qui ont migré, à distance, à partir d'une tumeur primitive.
Elles développent plusieurs types de mécanismes de défense qui leur permettent de se débarrasser des produits toxiques. Ces processus de défense, d'origine génétique, sont mis en œuvre par la cellule elle-même.
Un autre processus de résistance fait intervenir le transport en sens inverse du produit toxique à travers la membrane de la cellule, de l'intérieur vers l'extérieur de celle-ci (pompe à efflux).

Les obstacles à la diffusion de la chimiothérapie

LA VASCULARISATION DE LA TUMEUR

Si les cellules cancéreuses sont mal irriguées ou plus ou moins quiescentes, ce qu'on observe au centre de la tumeur, elles reçoivent moins de médicaments « antimitotiques » et sont moins sensibles au traitement. Ceci explique l’intérêt d'une chirurgie « première » dite de « réduction » dans le traitement de certaines localisations de cancers, comme le cancer de l'ovaire.
La radiothérapie entraîne des modifications importantes de la vascularisation autour de la tumeur traitée. Si une récidive survient dans le territoire irradié, la tumeur est alors souvent « chimio-résistante » car la zone est alors mal irriguée par le sang et une très faible quantité de médicament, atteindra les cellules tumorales pour la détruire.

LA BARRIÈRE HÉMATO-ENCÉPHALIQUE

La plupart des médicaments anticancéreux sont de grosses molécules complexes et peu solubles dans les milieux biologiques. Ils ne peuvent donc pas passer la « barrière hémato-encéphalique », interface peu « pénétrable » entre le sang, le liquide céphalo spinal « LCS » et le tissu cérébral. Celle-ci empêche la plupart des médicaments anticancéreux de pénétrer dans le cerveau et donc d’atteindre les tumeurs cérébrales primitives ou les métastases cérébrales. Seules les petites molécules, liposolubles, peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique. De ce fait, ces cellules tumorales sont très résistantes à la chimiothérapie car celle-ci ne peut les atteindre.

LES CHIMIOTHÉRAPIES DÉLIVRÉES LOCALEMENT

L'utilisation d'une chimiothérapie intrapéritonéale, par exemple, a pour but d'augmenter la concentration médicamenteuse au niveau des métastases péritonéales d'une tumeur ovarienne ou digestive. Dans ce cas, la chimiothérapie a un effet « contact » et ne peut, par conséquent, concerner que les tumeurs planes n'excédant pas quelques millimètres d'épaisseur.
La perfusion d’un membre « isolé », est une technique utilisée pour traiter les sarcomes des tissus mous ou des ostéosarcomes.

Mise à jour

30 janvier 2010