Nanosensors for cancer detection.

Cancer is a major burden in today's society and one of the leading causes of death in industrialised countries. Various avenues for the detection of cancer exist, most of which rely on standard methods, such as histology, ELISA, and PCR. Here we put the focus on nanomechanical biosensors derived from atomic force microscopy cantilevers. The versatility of this novel technology has been demonstrated in different applications and in some ways surpasses current technologies, such as microarray, quartz crystal microbalance and surface plasmon resonance. The technology enables label free biomarker detection without the necessity of target amplification in a total cellular background, such as BRAF mutation analysis in malignant melanoma. A unique application of the cantilever array format is the analysis of conformational dynamics of membrane proteins associated to surface stress changes. Another development is characterisation of exhaled breath which allows assessment of a patient's condition in a non-invasive manner.

Quality assurance in the 22991 EORTC ROG trial in localized prostate cancer: dummy run and individual case review.

INTRODUCTION: EORTC trial 22991 was designed to evaluate the addition of concomitant and adjuvant short-term hormonal treatments to curative radiotherapy in terms of disease-free survival for patients with intermediate risk localized prostate cancer. In order to assess the compliance to the 3D conformal radiotherapy protocol guidelines, all participating centres were requested to participate in a dummy run procedure. An individual case review was performed for the largest recruiting centres as well. MATERIALS AND METHODS: CT-data of an eligible prostate cancer patient were sent to 30 centres including a description of the clinical case. The investigator was requested to delineate the volumes of interest and to perform treatment planning according to the protocol. Thereafter, the investigators of the 12 most actively recruiting centres were requested to provide data on five randomly selected patients for an individual case review. RESULTS: Volume delineation varied significantly between investigators. Dose constraints for organs at risk (rectum, bladder, hips) were difficult to meet. In the individual case review, no major protocol deviations were observed, but a number of dose reporting problems were documented for centres using IMRT. CONCLUSIONS: Overall, results of this quality assurance program were satisfactory. The efficacy of the combination of a dummy run procedure with an individual case review is confirmed in this study, as none of the evaluated patient files harboured a major protocol deviation. Quality assurance remains a very important tool in radiotherapy to increase the reliability of the trial results. Special attention should be given when designing quality assurance programs for more complex irradiation techniques.

Surveillance active du cancer de la prostate [Active surveillance in prostate cancer].

Active surveillance in prostate cancer The spread of PSA in the screening of prostate cancer has almost doubled the incidence of this disease in the last twenty years. An improved understanding of the natural history of this cancer allows for risk stratification of the disease and to better predict insignificant prostate cancer. Active surveillance has recently been proposed as a new option to delay or avoid a radical treatment for patients with low-risk disease. The principle, results and future perspectives of this treatment modality are discussed in this review.

Evaluation of a stage II screening protocol for prostate cancer

In 2003, prostate cancer (PCa) is estimated to be the most commonly diagnosed cancer and third leading cause of cancer death in Canada. During PCa population screening, approximately 25% of patients with a normal digital rectal examination (DRE) and intermediate serum prostate specific antigen (PSA) level have PCa. Since all patients typically undergo biopsy, it is expected that approximately 75% of these procedures are unnecessary. The purpose of this study was to compare the degree of efficacy of clinical tests and algorithms in stage II screening for PCa while preventing unnecessary biopsies from occurring. The sample consisted of 201 consecutive men who were suspected of PCa based on the results of a DRE and serum PSA. These men were referred for venipuncture and transrectal ultrasound (TRUS). Clinical tests included TRUS, agespecific reference range PSA (Age-PSA), prostate specific antigen density (PSAD), and free-to-total prostate specific antigen ratio (%fPSA). Clinical results were evaluated individually and within algorithms. Cutoffs of 0.12 and 0.15 ng/ml/cc were employed for PSAD. Cutoffs that would provide a minimum sensitivity of 0.90 and 0.95, respectively were utilized for %fPSA. Statistical analysis included ROC curve analysis, calculated sensitivity (Sens), specificity (Spec), and positive likelihood ratio (LR), with corresponding confidence intervals (Cl). The %fPSA, at a 23% cutoff ({ Sens=0.92; CI, 0.06}, {Spec=0.4l; CI, 0.09}, {LR=1.56; CI, O.ll}), proved to be the most efficacious independent clinical test. The combination of PSAD (cutoff 0.15 ng/ml/cc) and %fPSA (cutoff 23%) ({Sens=0.93; CI, 0.06}, {Spec=0.38; CI, 0.08}, {LR=1.50; CI, 0.10}) was the most efficacious clinical algorithm. This study advocates the use of %fPSA at a cutoff of 23% when screening patients with an intermediate serum PSA and benign DRE.

Identifying the psychosexual implications of radical radiation treatment in prostate cancer

The purpose of this study was to determine whether there was any evidence of psychosexual morbidity among men who experienced radical radiation treatment for prostate cancer. With relatively little known or available retrospective data on the psychosexual implications of radical radiation treatment in men with prostate cancer, this study posited eight research questions which provided the basis for the research. Fifty men from Southern Ontario, between the ages of 52 to 78 years, were included in the study. They had been previously randomized to a clinical trial comparing radical radiation therapy by external beam radiation, or radical radiation using a combination of a temporary iridium implant plus external beam radiation, for localized or locally advanced prostate cancer. Assessment of sexual functioning, drive, attitudes, body image, and sexual satisfaction was drawn from a multidimensional approach, since psychosexuality was viewed as having an impact on biological, psychological, and sociological domains of functioning. Medical chart reviews, semi-structured interviews, demographical profiles of each participant, and the Derogatis Sexual Functioning Inventory (DSFI) were the methods used to collect data over a four-month period. Both quantitative and qualitative research methods were incorporated in the design and evaluation of the study. Frequencies, contingency analysis, Pearson's coefficient of correlation, t-tests, and ANOVA comprised the quantitative analysis. Data obtained from audio-taped interviews were analyzed qualitatively, and used for offering further insight and for facilitating the quantitative aspect of the analysis. Overall, there was sufficient evidence to suggest psychosexual morbidity among men who were treated with radiation therapy for prostate cancer. As well,there were a number of significant findings available to answer all of the posited research questions. The most significant findings were noted in post-treatment erectile ability and sexual activity. A post-treatment change in erectile ability was reported by eighty percent of men. Sixty percent of men noted a decrease in their ability to achieve an erection by reporting some morning stiffness only, penile rigidity insufficient for penetration, decreased control of erection, and loss of spontaneous erection. Other contributing factors associated with change in erectile status were: pain or altering sensation of orgasm, blood in ejaculate, pain and decreased amount of ejaculate, and penile numbness or pain. Eighty-two percent of men experienced a post-treatment change in sexual function, primarily due to the impact of decreasing erectile status. Only seven men reported that they experienced a decrease in desire mentally, whereas the vast majority did not experience any change in desire. Changes in foreplay, stress with optimal sexual positioning, and reduced spontaneity of sex, were other factors reported with the changes in sexual activity. The findings in this study broaden our understanding of what middle- to later-aged men feel and experience as they venture onward following treatment. This was the first study that evaluated available prospective data on pre-treatment erectile status and sexual activity. As well, this study was the first (with participant compliance rates of 100 percent) to have included an interview format to capture the views of such a large number of men. This study concluded with recommendations and implications for future research and practice as we move in the direction of understanding what is necessary for preserving psychosexual well being and enhancing quality of life in men treated with radiation therapy for prostate cancer.

Prostate Cancer and the Search for Novel Biomarkers

The primary objective of this research project was to identify prostate cancer (PCa) -specific biomarkers from urine. This was done using a multi-faceted approach that targeted (1) the genome (DNA); (2) the transcriptome (mRNA and miRNA); and (3) the proteome. Toward this end, urine samples were collected from ten healthy individuals, eight men with PCa and twelve men with enlarged, non-cancerous prostates or with Benign Prostatic Hyperplasia (BPH). Urine samples were also collected from the same patients (PCa and BPH) as part of a two-year follow-up. Initially urinary nucleic acids and proteins were assessed both qualitatively and quantitatively for characteristics either unique or common among the groups. Subsequently macromolecules were pooled within each group and assessed for either protein composition via LC-MS/MS or microRNA (miRNA) expression by microarray. A number of potential candidates including miRNAs were identified as being deregulated in either pooled PCa or BPH with respect to the healthy control group. Candidate biomarkers were then assessed among individual samples to validate their utility in diagnosing PCa and/or differentiating PCa from BPH. A number of potential targets including deregulation of miRNAs 1825 and 484, and mRNAs for Fibronectin and Tumor Protein 53 Inducible Nuclear Protein 2 (TP53INP2) appeared to be indicative of PCa. Furthermore, deregulation of miR-498 appeared to be indicative of BPH. The sensitivities and specificities associated with using deregulation in many of these targets to subsequently predict PCa or BPH were also determined. This research project has identified a number of potential targets, detectable in urine, which merit further investigation towards the accurate identification of PCa and its discrimination from BPH. The significance of this work is amplified by the non-invasive nature of the sample source from which these candidates were derived, urine. Many cancer biomarker discovery studies have tended to focus primarily on blood (plasma or serum) and/or tissue samples. This is one of the first PCa biomarker studies to focus exclusively on urine as a sample source.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

Modulators and effectors of inositol hexakisphosphate activity in prostate cancer cells : from clinical prognosis to enhanced therapeutics

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Sunlight exposure and prostate cancer risk : a case-control study in Montreal, Canada

Objectifs: Évaluer l’association entre l’exposition récréative, professionnelle et globale au soleil et le risque de cancer de la prostate (CaP). Méthodes: Dans le contexte d’une étude cas-témoins sur le CaP menée à Montréal, Canada, des entrevues ont été complétées auprès de 1371 cas incidents de CaP diagnostiqués en 2005-2009, et 1479 témoins de la population générale. Des questionnaires détaillés ont permis d’obtenir de l’information sur la fréquence et la durée de participation à toute activité extérieure lors des loisirs durant l’âge adulte, ainsi qu’une description de chaque emploi tenu au cours de la vie. Une matrice emploi-exposition canadienne a été appliquée à chaque emploi afin d’assigner un niveau d’exposition professionnelle au soleil. Des indices cumulatifs de l’exposition au soleil basés sur le nombre d’événements récréatifs, la durée d’exposition professionnelle, ainsi qu’un indice d’exposition global ont été développés. La régression logistique a été utilisée pour estimer l’association entre chaque indice d’exposition et le CaP, en ajustant pour des variables de confusion potentielles. Résultats: Globalement, il n’y avait pas d’association entre chacun des indices d’exposition et le risque de CaP. Certaines tendances en accord avec un risque légèrement plus faible chez les hommes exposés au soleil ont été observées mais les résultats n’étaient pas statistiquement significatifs et il n’y avait pas de relation dose-réponse. Conclusion: Notre étude apporte peu de soutien à l’hypothèse d’une association entre l’exposition au soleil et le risque de développer un cancer de la prostate.

A systematic analysis of the detrimental effect of hormonotherapy on skeletal and non-skeletal morbidities in male with prostate cancer

Plusieurs patients atteints d’un cancer de la prostate (CaP) se verront prescrire l'hormonothérapie (HT) en raison du stade avancé ou en cas d’une récidive de la maladie, pour freiner la progression de la maladie et améliorer leur survie. Cependant, l’HT présente des effets pouvant nuire significativement à la santé du patient.

Evaluating DNA damage response (DDR) activation in human prostate cancer

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement.

Active Microwave Imaging for Breast Cancer Detection

Active microwave imaging is explored as an imaging modality for early detection of breast cancer. When exposed to microwaves, breast tumor exhibits electrical properties that are significantly different from that of healthy breast tissues. The two approaches of active microwave imaging — confocal microwave technique with measured reflected signals and microwave tomographic imaging with measured scattered signals are addressed here. Normal and malignant breast tissue samples of same person are subjected to study within 30 minutes of mastectomy. Corn syrup is used as coupling medium, as its dielectric parameters show good match with that of the normal breast tissue samples. As bandwidth of the transmitter is an important aspect in the time domain confocal microwave imaging approach, wideband bowtie antenna having 2:1 VSWR bandwidth of 46% is designed for the transmission and reception of microwave signals. Same antenna is used for microwave tomographic imaging too at the frequency of 3000 MHz. Experimentally obtained time domain results are substantiated by finite difference time domain (FDTD) analysis. 2-D tomographic images are reconstructed with the collected scattered data using distorted Born iterative method. Variations of dielectric permittivity in breast samples are distinguishable from the obtained permittivity profiles.

Glycan alterations of serum proteins as tumour markers. Prostate-specific antigen in prostate cancer and acute-phase proteins in pancreatic cancer

Els pacients amb càncer presenten una taxa de supervivència superior si es diagnostiquen a estadis inicials, per la qual cosa és indispensable disposar de marcadors tumorals adequats. Glicoformes de proteïnes específiques es podrian utilizar com marcadors tumorals. S’han investigat les subformes i glicosilació de l’Antígen Prostàtic Específic (PSA) per millorar la seva capacitat de diagnosis de pacients amb càncer de pròstata vs aquells amb hiperplàsia benigna prostàtica. També s’han avaluat glicoproteïnes sèriques amb alteracions glucídiques en pacients de càncer de pàncrees, comparat amb pacients amb pancreatitis crònica i controls. S’ha observat una disminució de la fucosilació core i sialilació del PSA en càncer de pròstata i un augment de la fucosilació core i Sialyl-Lewis X en algunes Proteïnes de fase Aguda en càncer de pàncrees. Aquest canvis s’haurien d’avaluar en un cohort de pacients més gran per determinar el seu paper en el cribratge, diagnòstic o monitorització dels cancers estudiats.