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Xavier MOLES LOPEZ


coordonnées


Ecole polytechnique de Bruxelles
Xavier MOLES LOPEZ
Xavier.Moles.Lopez@ulb.ac.be
Campus du Solbosch
CP165/51, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles




unités de recherche


Digital Image Analysis in Pathology [Digital Image Analysis in Pathology] (DIAPATH)
Laboratoire d'anatomie pathologique [Department of Pathology]
Laboratories of Image, Signal processing and Acoustics [Image processing group of the Laboratories of Image, Signal processing and Acoustics] (LISA-image)



projets


Traitement, Analyse de l'Image et Reconnaissance de formes. [Image Processing, Image Analysis, and Pattern Recognition.]
L'image numérique recèle une grande quantité d'informations corrélées et exploitables, permettant d'extraire des objets par segmentation. Cette segmentation des images nécessite d'extraire de celles-ci les attributs qui permettront, selon des spécifications précisées, de séparer les ''formes'' du ''fond''. Les résultats conduisent aussi bien à la compression, qu'au contrôle de qualité, la reconstitution 3D ou l'aide au diagnostic. A côté des méthodes classiques basées sur la notion de bord, les approches privilégiées sont basées sur la classification (supervisée ou non) de pixels et de régions, la corrélation non linéaire à partir d'exemples, l'appariement de formes. [A digital image contains numerous correlated informations which may be processed in order to extract objects by segmentation. Image segmentation needs to compute features to separate '' objects'' from the so-called background. This process leads to several applications, such as data compression, quality control, 3D reconstruction or computer-aided diagnosis. Besides the standard methods based on edge detection, other approaches are investigated such as pixel or region classification, non-linear correlation and pattern matching.]

Analyse d'images et de données en anatomie pathologique [Image and data analysis in pathology]
Ce projet a pour objectif le développement de méthodes d'extraction automatique de caractéristiques à partir d'images de coupes histologiques soumises notamment à des marquages immunohistochimiques. La quantification de ces immunomarquages via des techniques d'analyse d'images permet la caractérisation d'expression d'antigènes révélés par immunohistochimie (IHC) sur des coupes de tissus normaux ou pathologiques. Contrairement à d'autres techniques biochimiques, l'IHC préserve l'aspect morphologique du tissu analysé et permet une localisation précise des expressions, évitant les problèmes causés par l'hétérogénéité des tissus analysés. Cette approche fournit des données quantitatives qui, confrontées aux données anatomocliniques, permettent l'identification de biomarqueurs à des fins diagnostiques, pronostiques et/ou thérapeutiques. Ce projet est mené en étroite collaboration avec le service d'anatomie pathologique de l'hôpital Erasme (Pr. I. Salmon). [This project aims to develop automatic feature extraction methods from images of histological slides, and more particularly tissue slides submitted to immunohistochemical stainig . The quantification of immunostains by means of digital image analysis enables the characterization of protein expression revealed by immunohistochemistry on normal or pathological tissue slices. In contrast to other methods of evaluation of protein expression, this approach enables morphological controls and detailed tissue and cell localization to be carried out, avoiding the problems due to cell and tissue heterogeneity. This approach provides quantitative data, which combined with anatomoclinical data enable the identification of biomarkers useful for diagnostic, prognostic and/or therapeutic purposes. This project is carried out in close collaboration with the Pathology Department of the Erasme Hospital (Pr. I. Salmon).]

Extraction de nouveaux descripteurs de marquages immunohistochimiques par analyse d'images [Characterization of biomarkers using image analysis applied to immunohistochemistry]
Dévelopement d'outils d'analyse d'images pour l'extraction de nouveaux descripteurs dans le but de décrire l'hétérogénéité des immunomarquages (sur lames complètes) via des aspects topologiques (organisation et distribution spatiale, hot-spots) ainsi que la colocalisation de biomarqueurs sur lames complètes et TMA. Dans le cadre de cette problématique, nous développons des méthodes de recalage pour la mise en correspondance d'images de marquages IHC réalisés successivement sur une même coupe histologique ou sur coupes sériées. [Development of image analysis tools for extracting new features characterizing immunostain heterogeneity by means of a topological approach (i.e. spatial distribution and organization, hot-spots identification) as well as immunostain colocalization. For this latter aspect, we develop registration methods applied in order to superimpose IHC staining images obtained on the same histological slide or on serial slides.]

Recherche de biomarqueurs d'invasion et d'angiogenèse tumorales en neuro-oncologie [Identification of biomarkers related to tumor invasion and angiogenesis in neuro-oncology]
Les glioblastomes (GBM) sont les tumeurs primitives les plus fréquentes du système nerveux central. Malgré des traitements intensifs qui incluent résection chirurgicale, chimiothérapie et radiothérapie, ces tumeurs sont associées à un pronostic sombre. Cette caractéristique est notamment liée aux importantes capacités d'invasion des cellules tumorales. D'autre part, la vascularisation particulière développée au sein des GBM nous a conduit à étudier certains acteurs de l'angiogenèse tumorale. Ce thème de recherche s'articule donc autour des deux sujets suivants: (1) Etude d'acteurs impliqués dans la migration des cellules de GBM. Des études antérieures réalisées au sein de notre laboratoire et des données de la littérature montrent que les IGFs augmentent la migration des cellules de glioblastome (Rorive S et al. JNEN 2006 ; Rorive S et al, Glia 2008). Toutefois, une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la migration cellulaire est indispensable pour permettre notamment l'élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques. Le but du présent projet est d'évaluer si la migration des cellules de glioblastome en réponse à IGFI pourrait en partie être liée à la sécrétion de ténascine-C. La ténascine-C est un composant de la matrice extracellulaire qui favorise la migration de cellules de glioblastome. Nous avons montré, dans une étude précédente, que son expression est associée à un mauvais pronostic dans des tumeurs infiltrantes, les astrocytomes de grade II (Maris et al, NAN 2008). Les mécanismes biologiques impliqués dans ce processus sont en cours d'étude. (2) Etude d'acteurs impliqués dans l'angiogenèse tumorale. Ce projet est axé sur l'étude des rôles respectifs et combinés exercés par les galectine-1 et -3 (extracellulaires et intracellulaires) dans l'angiogenèse. Nos premiers résultats montrent un effet pro-angiogénique synergique de ces deux galectines dans un modèle de cellules endotheliales associées aux tumeurs et qui implique les récepteurs VEGFRs. Nous poursuivons l'analyse des voies de signalisation potentiellement impliquées. Dans ce contexte, nous évaluons également l'expression endothéliale du VEGF et des VEGFRs dans des conditions normales, inflammatoires et tumorales au sein d'une collection de tissus humains sains et pathologiques. [Gliobastoma (GBM) is the most frequent brain tumor in adults. Despite progress in surgery, radiotherapy and chemotherapy, the overall survival of patients with GBM remains extremely poor. The hallmark of GBM is local invasion of single tumor cells to adjacent and distant brain structures that renders complete tumor resection impossible and leads to tumor recurrence and death of the patient. In addition the particular GBM vasculatur has motivated us to study a number of angiogenesis actors. This is why we center this research subject around the two following aspects: (1) Study of actors involved in GBM cell migration. In the literature, many data support the implication of the IGF system in GBM pathogenesis. In addition, previous studies performed in our Department showed that IGFs promote proliferation and migration of GBM cells. To improve the treatment, it is imperative to better understand the molecular mechanisms involved in GBM pathogenesis, in order to develop new molecularly targeted therapies. The aim of this project is to evaluate if the migration of the GBM cells in response to IGF-I might be due to tenascin-C secretion. Tenascin-C is a component of the extracellular matrix that promotes the GBM cells migration. In a previous work, we showed that tenascin-C expression is associated with a worse prognosis in grade II astrocytoma. The molecular mechanisms of these processes are still in study.(2) Study of actors involved in tumor angiogenesis. This project focuses on the study of isolated and coobined effects induced by galectins-1 and 3 on angiogenesis. Our results show a synergistic effect of these two galectins on endothelial cell growth and tube formation through activation of VEGFR1 and 2. We are now analyzing the signaling pathways that are potentially involved in these effects. From a clinical point of view, we also analyze VEGF and VEGFR expression in endothelial cells in a large series of normal, inflammatory and cancer tissue samples.]

Classification moléculaire et recherche de biomarqueurs de cellules souches cancéreuses en neuro-oncologie [Molecular classification and identification of tumor stem cell biomarkers in neuro-oncology]
Les glioblastomes (GBM) sont considérés par l'OMS comme une seule entité histologique. Cependant, cette entité montre une grande variabilité biologique qui se traduit par des différences importantes en termes de pronostic et de réponse aux traitements. Plusieurs groupes de recherche ont établi des profils moléculaires et génétiques des GBM via des techniques d'analyses moléculaires à grande échelle. De façon intéressante, ces sous-groupes sont en général associés à des pronostics différents ou à des réponses différentes aux traitements. Les données de la littérature suggèrent aussi que cette résistance des GBM est en partie liée à la présence d'un contingent de cellules souches cancéreuses, les glioma stem cells (GSC). C'est pourquoi, en complément du 1er thème de recherche, nous nous intéressons aux deux sujets suivants : (1) Classification moléculaire des GBM. Nous avons récemment tenté d'approcher la classification moléculaire des GBM à l'aide de l'immunohistochimie (IHC), une méthode plus facilement applicable dans la routine clinique. Sur base de trois biomarqueurs (EGFR, p53 et PDGFRA) dont l'expression IHC a été quantifiée par analyse d'images, nous avons pu identifier deux sous-groupes de GBM présentant des réponses aux traitements et des pronostic différents. Nous tentons à l'heure actuelle d'affiner cette classification grâce à l'étude de nouveaux biomarqueurs. (2) Caractérisation des cellules souches cancéreuses (GCS) au sein des GBM. Les GCS sont capables de s'auto-renouveler, de proliférer de façon incontrôlée, présentent des potentialités multiples de différenciation et sont tumorigéniques in vivo. Les GSC sont plus résistantes aux thérapies anti-cancéreuses en comparaison aux autres cellules malignes, notamment par une plus grande capacité à utiliser les mécanismes de réparation de l'ADN. Il y a donc une nécessité à développer de nouvelles thérapies ciblant spécifiquement les GSC. A ce jour, il n'existe pas un marqueur spécifique des GSC. Des marqueurs sont utilisés pour les isoler mais l'expression de ces marqueurs est variable. Cette hétérogénéité complique l'identification précise des GSC au sein des GBM, un prérequis indispensable au développement de thérapies ciblées contre ces cellules. Dans ce projet, nous nous proposons de mieux caractériser ces cellules en étudiant l'expression de plusieurs marqueurs des GSC au sein des GBM. [GBM are considered by the WHO classification as a single histological entity. However, considerable variability in biologic behavior still exits within this entity, resulting in significant differences in terms of prognosis and response to treatment. In an attempt to better understand GBM, many groups have used high-scale molecular profiling studies. These studies have revealed different molecular GBM subtypes. Interestingly, these different subtypes show different prognosis and respond differently to intensive therapy. Furthermore, data in the literature suggest that the high resistance of GBM to adjuvant therapy is partly due to the presence of a tumorigenic subpopulation of cancer stem cells called glioma stem cells (GSC). This is why, in complement to the 1st research subject, we also study the two following aspects: (1) Molecular classification of glioblastomas. We are currently trying to approach the molecular classification of GBM by the use of immunohistochemistry (IHC), a method which is easily applicable on a routine basis. This method has allow us so far to distinguish two clinically relevant classes of GBM based on the analysis of only three biomarkers (EGFR, p53 and PDGFRA) using image analysis to quantify their expression. We are currently investigating the possibility to improve this classification with the addition of other biomarkers resulting from our different research subjects in neuro-oncology. (2) Characterization of cancer stem cells in GBM. The cancer stem cell hypothesis suggests that only a distinct population of tumor cells, so-called cancer stem cells (CSC), is able to give rise to malignancies and tumor growth. CSC are defined as tumor cells with stem cell properties (i.e. asymmetric cell division, infinite growth, multipotency and cancer-initiating ability upon orthotopic implantation). A therapy will ultimately fail if it does not eliminate CSC; thus efficacy of a therapeutic agent depends on its efficacy against CSC. No specific marker of glioma stem cells (GSC) is currently reported in literature. Several markers are used to isolate GSC from human GBM but their expression is heterogeneous. This point complicates the accurate identification of GSC within GBM, an essential step to develop targeted therapies against GSC. Our project proposes to better characterize human GSC by studying the expression of several markers.]

Rôle des myofibroblastes dans la récidive du cancer rectal traité par radiochimiothéapie néoadjuvante [Role of myofibroblasts in the recurrence of rectal cancer treated by neoadjuvant radiochemotherapy]
L'invasion tumorale survient au sein d'un écosystème où il existe une interaction entre les cellules cancéreuses et les cellules hôtes constituant l'environnement tumoral. Les tumeurs métastatiques comportent plusieurs écosystèmes dont la tumeur primitive, les ganglions lymphatiques et les sites méastatiques à distance. Les myofibroblastes appartiennent au groupe des cellules hôtes. Ces cellules ont récemment été décrites dans la promotion de l'invasion tumorale et dans la dissémination métastatique de différents cancers. L'effet de la radiochimiothéapie sur les myofibroblastes est méconnu. Néanmoins, les patients atteints d'un cancer rectal ayant bénéficié d'une radiothérapie préopératoire et présentant une récidive locale présentent plus fréquemment des métastases à distance que les patients n'ayant pas reçu ce traitement. Dans nos travaux préliminaires, nous avons observé une expression immunohistochimique plus élevée d'alpha-SMA (marqueur de la différenciationmyofibroblastique) au sein de tissus tumoraux par rapport aux tissus indemnes de malignité; cette expression semble plus élevée dans les tissus irradiés par rapport aux nonirradiés.De plus, l'analyse du transcriptome réalisée sur des myofibroblastes irradiés a montré l'induction de gènes impliqués dans le cycle cellulaire comme le gène de l'IGF1 qui intervient dans l'apoptose.Notre hypothèse est que le traitement néoadjuvant du cancer rectal, notamment la radiothérapie, induit des altérations au sein des cellules mésenchymateuses favorisant la récidive tumorale et la formation de métastases. Afin de valider cette hypothèse, nous étudions l'expression immunohistochimique de différents marqueurs au sein de deux cohortes de cancers rectaux irradiés et nonirradiés. Par des cultures in vitro, nous évaluons les molécules sécrétées par des myofibroblastes irradiés. Des modèles animaux nous permettrons d'apprécier l'implication des myofibroblastes dans la dissémination métastatique. [Invasive growth of a tumour occurs within an ecosystem where a continuous communication exists between cancer cells and tumour-associated host cells. Metastatic tumours present several ecosystems: the primary tumour, the lymph node metastases and the sites of distant metastases. Those ecosystems are communicating between each other.Our project aims to apply this concept to rectal cancer treated by neoadjuvant radiochemotherapy, and to study the effect of this neoadjuvant treatment on the ecosystem.Myofibroblasts belong to the host cells group. These cells play a role in wound healing and have been implicated recently in promotion of tumour invasion and in metastatic dissemination of several cancer types.The effect of radiochemotherapy on myofibroblasts is unknown. However, patients with rectal cancer who have undergone preoperative radiotherapy and who develop local recurrence, more frequently present distant metastases than patients who did not receive this treatment. In a preliminary study, we observed that alpha-SMA (marker of myofibroblastic differentiation) expression is increased in rectal cancer and its metastatic lymph nodes as compared to cancer-free rectal and lymph node tissues. The expression was higher in irradiated than in non-irradiated tissues. Furthermore, transcriptome analysis of irradiated myofibroblasts showed an induction of genes implicated in the cell cycle such as IGF1 which is a key regulator of apoptosis.Our hypothesis is that neoadjuvant treatment in rectal cancer, more specifically radiotherapy, induces alterations in mesenchymal cells promoting tumoural recurrence and metastases. To confirm this hypothesis, we study immunohistochemical expression of several markers in two rectal cancer cohorts: irradiated and non irradiated. By in vitro cultures, we assess molecules secreted by irradiated myofibroblasts. Finally, animal models allow us to study myofibroblast implication in metastasis formation.]



disciplines et mots clés déclarés


Anatomopathologie Biologie moléculaire Cancérologie Histopathologie Ingénierie biomédicale Intelligence artificielle Sciences biomédicales Techniques d'imagerie et traitement d'images

aide au diagnostic analyse d'image analyse d'images analyse de données analyse de scène anatomopathologie angiogenèse appariement de formes apprentissage automatique biomarqueur biomarqueur cancer rectal cellule souche cancéreuse classification moléculaire galectine glioblastome gliome immunohistochimie invasion matrice extracellulaire mesure de coexpression/colocalization migration et invasion cellulaire myofibroblaste pronostic quantification recalage d'images récepteur au vascular endothelial growth factor (vegfr) reconnaissance de forme reconstruction 3d résistance aux thérapies segmentation segmentation d'images système de l' "insuline growth factor" (igf) thérapie neoadjuvante