Les nanomedicaments, une approche intelligente pour le traitement du cancer?

RépublIquE AlGéRIENNE DéMOCRAtIquE Et POpulAIRE

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Université d'Oran

Département de Pharmacie

Mémoire pour l'obtention du titre de Docteur en Pharmacie

LES NANOMEDICAMENTS

UNE APPROCHE INTELLIGENTE POUR LE TRAITEMENT DU CANCER ?

Présenté par :

BENYETTOU Imene

Encadreur

Dr N. BELBOUCHE Faculté de Médecine d'Oran
Co-Encadreur

Dr H. KALAI Faculté de Médecine d'Oran

Dr N. MOUSSAOUI Président Faculté de Médecine d'Oran

Dr C. ZAOUI Dr F. BOUDIA

Composition du Jury

Examinateur Examinateur

Faculté de Médecine d'Oran Faculté de Médecine d'Oran

Année Universitaire

2012/2013

HASSANI Amina

Ala mémoire de notre cher camarade

Hamdi Azzedine...

À la mémoire de mes grands-parents. À ma très chère NENNA, mes parents, frères ainsi que toute ma famille. À tous mes amis, HIALASI y compris. À mon pays.

Imene BENYETTOU

À la mémoire de mes grands-parents. À mes parents, mes frères ainsi que toute ma grande famille. À tous mes amis. À mon pays l'Algérie.

Amino HASSANI

Remerciements

Nous remercions « DIEU » pour nous avoir guidé et aidé à terminer ce mémoire.

Qu'il nous soit permis d'exprimer notre profonde reconnaissance à notre encadreur Dr N BELBOUCHE , maitre-assistant en pharmacologie et chef du département de pharmacie qui a bien voulu nous confier ce thème de mémoire passionnant .

Que notre co-encadreur Dr KALAI Hocine, docteur en biophysique veuille bien trouver ici l'expression de notre profonde gratitude pour le vif intérêt qu'il a montré à notre travail et le soutien qu'il n'a cessé de nous prodiguer.

Nous remercions très vivement Dr N .MOUSSAOUI docteur en pharmacie galénique de nous avoir aidé par ces conseils et documents et de nous faire l'honneur d'accepter la présidence de ce jury.

Nos sincères remercîments vont également à Dr ZAOUI pour sa gentillesse et d' avoir bien voulu être membre de ce jury.

Nous témoignons nos sincères gratitudes à Dr BOUDIA maitre assistante en pharmacologie pour l'honneur qu'elle nous fait de siéger dans ce jury.

Nous adressons au Pr Patrick COUVREUR nos remercîments les plus vifs, pour l'aide précieuse qu'il nous a apporté et de sa modestie.

Nous tenons à remercier tout particulièrement Dr Ahmad Amin HASSANI pharmacien généraliste de nous avoir proposé ce thème fascinant, nous souhaiterons également remercier Ilies et Ayoub BENYETTOU, Hadjer LARDJAM et Lila AHMAD BLAHA ainsi que tous ceux qui ont contribué par leur aide, leur gentillesse et leur soutien à l'achèvement de ce modeste travail.

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE

1. Introduction 1

2. Historique 3
CHAPITRE I : Nanotechnologie et Nanomedecine

1. Nanotechnologie 4

2. Nanomédecine 4

3. Nanovecteurs 5

3.1.Propriétés fondamentales des Nanovecteurs 6

3.2.Les différents types de Nanovecteurs 7

3.2.1.Liposome 7

3.2.1.1.Synthèse 8

3.2.1.2.Inclusion du principe actif 9

3.2.1.3.Relargage des principes actifs 9

3.2.2.Micelles 10

3.2.3.Nanoparticules polymériques 11

3.2.3.1.Synthèse et inclusion du principe actif par Nanoprécipitation 11

3.2.3.2.Synthèse par polymérisation du monomère 12

3.2.3.3.Synthèse par émulsion dans l'eau 12

3.2.3.4.Inclusion du principe actif par dialyse 12

3.2.4.Dendrimères 13

3.2.4.1.La structure tridimensionnelle 13

3.2.4.2.Synthèse 14

3.2.4.3.Inclusion du principe actif 14

3.2.5.Nanoparticules Hybrides 15

3.2.5.1.Nanoparticules magnétiques 15

3.2.5.2.Nanoparticules d'or 15

3.2.5.3.Quantum dots 15

3.3.Evolution des Nanovecteurs au cours du temps 17

3.3.1.Nanovecteurs de première génération 17

3.3.2.Nanovecteurs de deuxième génération 17

3.3.3.Nanovecteurs de troisième génération 17

3.3.4.Nanovecteurs de génération ultérieure 18

CHAPITRE II: Nanomédicament et Cancer

1. La cancérogenèse 19

2. Les chimiothérapies classiques et leurs principales toxicités 20

3. Mécanismes de résistance aux anticancéreux 21

3.1. Mécanismes non cellulaires de la résistance 21

3.2. Mécanismes cellulaires de la résistance 21

4. Le traitement du cancer par les nanomédicaments 22

5. Stratégies de ciblage 23

5.1. Le ciblage passif 23

5.2. Le ciblage Actif 24

6. Pharmacocinétique 26

6.1. Absorption 26

6.2. Distribution « voie intraveineuse » 27

6.2.1. Le système vasculaire 27

6.2.2. Le système lymphatique 29

6.3. La métabolisation 30

6.4. L'élimination 30

7. Pharmacodynamie 30

7.1. Les franchissements des membranes cellulaires 30

7.1.1. Le franchissement complet de la membrane 30

7.1.2. Le franchissement partiel de la membrane à l'aide de vésicules 31

7.1.3. Facteurs favorisant le franchissement 32

7.2. Les cheminements intracellulaires 32

7.2.1. Le hyaloplasme 32

7.2.2. Le trafic vésiculaire 33

CHAPITRE III: Nanomédicament et Cancer "ESSAIS PRECLINIQUES"

1. Méthodologie de sélection 36

2. Les études précliniques prouvant les propriétés de la couronne 38

2.1. La Furtivité 39

2.2. Le ciblage 41

2.3. Le ciblage des cancers du cerveau à travers la barrière hémato encéphalique. 47

2.4. Le ciblage à travers la membrane cellulaire 53

3. Les études précliniques prouvant les caractères du Coeur 54

3.1. Réduire la résistance au anticancéreux 55

3.2. Association de plusieurs PA 58

3.3. L'utilisation de matériaux « intelligents » et sensibles à un stimulus physique ou chimique 60

3.3.1 Les NV PH sensibles 60

3.3.2 Les NV Thermosensibles 62

3.3.3 Le ciblage magnétique par les Nanovecteurs 63

4 Nanothéragnostique 65

5 Le concept de squalénisation 71

6 Discussion 75

CHAPITRE IV : Nanomédicament et Cancer "ESSAIS CLINIQUES"

1. Les Anthracyclines liposomales 79

1.1. DOXIL 79

1.2. MYOCET 81

1.3. DaunoXome 83

1.4. ThermoDox 84

2. Nanovecteurs à base de Taxanes 85

3. Nanovecteurs à base d'Alkaloides 85

3.1. Vincristine liposomale (OncoTCS,Marqibo) 85

CHAPITRE V: Toxicologie et Règlementation

1. Toxicologie 87

2. Règlementation de la nanomédecine 89

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

1. Future et perspectives 90

2. Conclusion 91

05

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Gamme de tailles des différents types de Nanovecteurs comparées à celles des

principales structures chimiques et biologiques

Figure 2 : la structure des Nanovecteurs 06

Figure 3 : La structure du liposome 07

Figure 4 : Représentation des différents systèmes liposomaux 07

Figure 5 : Préparation des liposomes par la méthode de BANGHAM 08

Figure 6 : Structure de la micelle inverse (a) et directe(b) 10

Figure 7 : Structures des nanosphères (A) et des nanocapsules (B) 11

Figure 8 : Préparation des nanoparticules par Nanoprécipitation 11

Figure 9 : Préparation des nanoparticules par émulsion dans l'eau 12

Figure 10 : La structure du dendrimere 13
Figure 11 : Représentation schématique des nanoparticules d'or, d'oxyde de fer et des Quantum dots 15

Figure 12 : Les différentes générations de nanoparticules 18

Figure 13 : Nanoparticule multifonctionnelle 18

Figure 14 : Représentation schématique des mécanismes de ciblage actifs et passifs des NV dans la tumeur

24

Figure 15 : Les principales voies de franchissement des NV à travers la membrane Cellulaire 31

Figure 16 : Le cheminement intra cellulaire des NV 33

Figure 17 : Architecture des nanotechnologies utilisées pour la vectorisation des médicaments 34

Figure 18 : Schéma représentatif des deux parties constituant le NV 35

Figure 19 : Le nombre des publications sur les nanomédicaments entre 1940 et 2010 36

Figure 20 : Le diagramme des étapes de sélection des études incluses dans le mémoire 37

Figure 21 : Schéma représentatif des principales propriétés de la couronne de NV 38

Figure 22 : Histological analysis of neoplastic masses excised from immunodeficient mice bearing 40 human anaplastic thyroid xenograft tumors

Figure 23	:		In vivo antitumoral effects of GEMZAR® and L- GEM in immunodeficient mice bearing human anaplastic thyroid xenograft tumors		40
Figure 24	:		Specific interaction of mAb-NPs in SKOV-3 and Daudi cells		41
Figure 25	:		(a) MCF-7 and (b) C6 cancer cell viability of DOX in free form or formulated NP		42
Figure 26	:		Confocal laser scanning microscopy of C6 cancer cells incubated with DOX		42
Figure 27	:		In vitro cytotoxicity results using different cancer cell lines		43
Figure 28	:		In vitro viability of (A) MCF-7 and (B) C6 cells after 24 h (A1, B1) or 48 h		44
			(A2, B2) treatment of paclitaxel NP and Taxol®
Figure 29	:		Antitumor efficacies in vivo (A) and body weight changes (B)		45
Figure 30	:		The photo-targeted nanoparticle concept		46
Figure 31	:		Kaplan-Meier survival curves of CD1 nude/nude mice treated with different liposomal		47
			HPR formulations
Figure 32	:		In vivo fluorescent images of U87 tumor bearing mice of orthotopic model given physiological saline		48
Figure 33	:		Anti-tumor efficacy of various DOX formulations evaluated by relative tumor volume		48
Figure 34	:		Antiproliferative curve of various DOX formulations against C6		49
Figure 35	:		Percentage of survival (Kaplan-Meier plot) of rats with intracranially transplanted glioma C6 after iv injection of DOX		49
Figure 36	:		In vitro cytotoxicity against C6 cells after 60 h of incubation		50
Figure 37	:		In vivo effects of DOX solution and DOX-polymer conjugates after iv administration on the survival of brain tumor-bearing ICR mice		50
Figure 38	:		Extensive distribution of fluorescent liposomes in CNS		51
Figure 39	:		3D reconstruction of primate gadoteridol (GDL) infusion		51
Figure 40	:		Micrographs of the cortex region of SV 129 mice 15 min after injection of Apo		52
			Emodified nanoparticles
Figure 41	:		Inhibition of rat 101/8 glioblastoma growth in rats after treatment with doxorubicin-loaded PBCA nanoparticles		52
Figure 42	:		NGF concentrations in murine brain after i.v. injection of different NGF preparations		52
Figure 43	:		(C) Internalization of free doxorubicin (F-DOX) and PEG-PE encapsulating doxorubicin (M-DOX) in A549 cells over a period of 30 min		53
Figure 44	:		Schéma représentatif de principales propriétés du coeur des NV		54
Figure 45	:		Sensitivity of DOX R MCF7 to doxorubicin (DOX), polymer (NP), mixture of doxorubicin and polymer (NP+DOX) and doxorubicin-loaded nanoparticles (NP DOX)		55
Figure 46 Figure 47 Figure 48 Figure 49		: : : :		Résultat des tests menés in vivo sur des souris transgéniques porteuses d'un hépatocarcinome multirésistant The in vivo anticancer activity of nanosilver Histological examination of (A) the injection site (muscle), and (B) the spleens Bioassay of the nanocell with a GFP-positive melanoma-endothelial cell three-dimensional co-culture system		56 57 57 58
Figure 50		:		Polymer drug conjugates for combination chemotherapy		59
Figure 51		:		(a) In vitro pH-dependent cytotoxicity of DOX-loaded PHSM		60
Figure 52		:		The cellular uptake and retention of [D] NP		61
Figure 53		:		Viability of HeLa cells incubated with PTX-PCIAE-FA and Tarvexol for		62
				24 h at temperature of 37 and 40 ?C
Figure 54		:		(A)In vivo fluorescence images of MGH-U1 tumor bearing mice without treatment and after intravenous injection of LMNC-Cy5 SHMNC-Cy5		63
Figure 55		:		Cell viability assay for PLC-PRF-5 cancer cells treated during 48 h for different concentrations of gemcitabine		64
Figure 56		:		(a) T2-weighted fast-spin echo images at the level of the LNCaP tumor on the right side of the mouse		66
Figure 57		:		Représentation schématique de la méthode appliquée par l'équipe d'Arias en 2009		66
Figure 58		:		Examples of T2-weighted images of the tumors obtained at 2 h-postinjection of		67
				USPIO/SQgem NPs
Figure 59		:		In vivo imaging of Cy5.5-labeled CNPs in SCC7 tumor-bearing mice		68
Figure 60		:		(a) (1, 2) Selected MR images of PAV nanoemulsion and CTRL nanoemulsion injected mice		69
Figure 61		:		(a) (1) Photoacoustic tomography imaging before and after intradermal injection of porphysomes;(2) fluorescence imaging after i.v. injection of porphysomes		70
Figure 62		:		La squalénisation de la gemcitabine		71
Figure 63		:		Résultats des tests sur la leucémie murine		72
Figure 64		:		Résultats des traitements par la gemcitabine libre ou squalénisée sur le volume tumoral		73
Figure 65		:		SQ-Gem improves inhibition of tumor growth and increased survival		74
Figure 66		:		Représentation schématique des différentes voies d'activation du complément...		88

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I	:	Les principales familles d'anticancéreux classiques et leurs toxicités	20
Tableau II	:	Les publications des essais précliniques sélectionnées dans le mémoire	75
Tableau III	:	Les nanomédicaments pour le traitement du cancer approuvés par la FDA	85
Tableau IV	:	Exemples de nanomédicaments en essais cliniques	86
Tableau V	:	Exemples de formulations à base de plantes	90

LISTE DES ABREVIATIONS

ASGP-R ADN BHE CLSM CLTX CMC DCMC DLT DMNB

DMT

DOPE

:

:

Récepteur ASialo GlycoProtéine Acide désoxyribonucléique

: Barrière Hémato Encéphalique (BBB pour « Blood Brain Barrier »en anglais)

: Microscopie Confocale à balayage Laser

: Chlorotoxine

: Concentration Micellaire Critique

: Acide Désoxycholique carboxyméthylchitosane

: Toxicité Limitant la Dose majeure

: 4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyl

: Dose Maximale Tolérée

: 1,2-dioléoyl-sn-glycéro-3 phosphoéthanolamine

DOTAP : 1,2-dioléoyl-3-triméthylammonium-propane DOX : doxorubicine

DPPC EMA EPP EPR FDA GDL GEM GM1 GUV HPLC

HPR IR IV

: dipalmitoylphosphatidylcholine

: European Medicines Agency

: Erythro dysesthésies plantaire

: Enhanced Permeation and Retention

: Food and Drug Administration (en USA)

: Gadotéridol

: Gemcitabine

: Monosialoganglioside

: Vésicules géantes

: chromatographie en phase liquide de haute performance (High Pressure Liquid

Chromatography en anglais)

: Fenretinide de rétinoïde synthétique

: infrarouge

: Intraveineuse

LUV

: vésicules unilamellaires de grande taille

L-GEM : Gemcitabine liposomale

mAb MAC MDR MIR MLV MSPC NB NIH NIR NIRF NM

: anticorps monoclonaux

: complexe d'attaque membranaire

: multidrugresistance

: Imagerie par résonance magnétique en temps réel

: vésicules multilamellaires

: monostearoylphosphatidylcholine

: Neuroblastome

: National Institutes of Health

: proche infrarouge

: Neer Infra Red fluorescence

: nanomédicament

nm : Nanometre

NP NS NT NV PA

: nanoparticule

: solution saline normale

: nanotechnologie

: nanovecteur

: principe actif

PAMAM : Dendrimeres poly amido amine pégylé

PEG	: polyéthylènes glycols

PEG-PE : polyéthylèneglycol-phosphatidyléthanolamine

PEGPLA : Acide polylactique

PEPPG : poly éthylène-poly propylène glycols
PHCA : poly(alkylcyanoacrylate)

PLGA : poly (lactide-coglycolide) («Poly(Lactic-co-Gglycolic Acid» en anglais)

PM

: poids moléculaire

POD
RES
RFA

: PEGylés et conjugué au diorthoester

: système réticulo-endothélial (« Reticulo Endothelial System » en anglais)

: Radio frequency ablation

UV : Ultraviolet

RGD : Arg-Gly-Asp

SPR SUV TAT

SERS : surface-enhanced Raman diffusion

: résonance plasmonique de surface

: vésicules unilamellaires de petites tailles

: transactivation activateur

Tc : Temperature de transition de phase

TPGS	: vitamine E

INTRODUCTION
GENERALE

INTRODUCTION GENERALE

1

1. Introduction

« Il y a une impression grandissante dans la communauté scientifique et technique : nous sommes en train d'entrer dans un nouvel âge d'or (...). Nous sommes sur le point d'être capables de construire des choses qui fonctionnent sur la plus petite échelle possible, atome par atome (...). Le siècle dernier nous a permis d'étudier le fonctionnement de la nanomachine biologique à un niveau de détail incroyable, les prochaines décennies vont nous permettre d'apprendre à modifier et adapter cette machinerie pour prolonger la qualité et la durée de vie ». Richard E. Smalley, prix Nobel de chimie en 1996, témoigna ainsi devant le Congrès américain en 1999 de l'émergence d'une nouvelle discipline scientifique : les nanotechnologies.

Les nanotechnologies représentent aujourd'hui un axe majeur de développement traduisant à la fois fascination et espoirs dans divers domaines (électronique, agriculture, énergie solaire...), deux des domaines les plus passionnants et prometteurs pour l'avancement sont la santé et la médecine. C'est ce qu'on appelle La nanomédecine, qui est un domaine de recherche en croissance rapide et récent tout en réunissant des ingénieurs, des physiciens, des biologistes, chimistes, mathématiciens, des médecins et pharmaciens, cherchant des solutions pour la plupart des défis actuels « cancer, maladies cardio-vasculaires et neurodégénératives, infectieuses « résistance aux antibiotiques »ainsi que d'autres maladies. En formulant des nanoparticules à des fins prophylactiques, de diagnostics et thérapeutiques.

La capacité à manipuler la matière à une échelle supramoléculaire rend possible la création de nouvelles classes thérapeutiques ayant des propriétés novatrices. En augmentant l'index thérapeutique des médicaments et en modifiant leur distribution. Cela permet de réduire les doses administrées, limiter les effets secondaires et cibler le médicament vers un organe cible ou une tumeur. C'est une révolution dans le domaine pharmaceutique. Le chapitre 1 de ce mémoire va nous initier au monde nanométrique ainsi que l'application des nanotechnologies dans le domaine pharmaceutique (les nanomédicaments, leurs types et leur synthèse).

Actuellement, le domaine le plus actif de la recherche et du développement des nanoparticules est le traitement du cancer car il reste l'une des maladies les plus meurtrières dans le monde, et le nombre de nouveaux cas augmente chaque année (35000 nouveaux cas/an, 20000 décès /an en Algérie), en dépit des progrès rapides dans les procédures de diagnostics et les traitements, le taux de survie globale ne s'est pas amélioré considérablement au cours des 30 dernières années.

INTRODUCTION GENERALE

2

Il est nécessaire, par conséquent, de développer de nouvelles approches pour la détection précise du cancer et des thérapies ciblées en fonction des marqueurs spécifiques du cancer, ce qui pourrait conduire à la médecine personnalisée. Ainsi le chapitre 2 se rapportera sur les propriétés pharmacologiques des nanomédicaments dans la thérapie du cancer.

Notre objectif majeur dans cette étude est de répondre à une question précise :

Si les nanotechnologies se révèlent théoriquement efficace pour combattre le cancer, ont-elles fait leurs preuves sur le terrain ? Si c'est le cas, par quel mécanisme ?

Dans Ce mémoire nous avons l'ambition de montrer que les concepts de la physico- chimie dans le développement de nouveaux matériaux ,de la biopharmacie et la pharmacologie pour améliorer l'index thérapeutiques des anticancéreux ainsi qu' une meilleure connaissance des cibles biologiques permettent d'imaginer des systèmes submicroniques d'administration dotés de nombreuses fonctions et propriétés, bref de développer des nanotechnologies « intelligentes » qui peuvent, en effet, contribuer à diversifier notre arsenal thérapeutique dans le traitement du cancer.

Ainsi dans le chapitre 3, le but de notre travail a été de chercher à visualiser l'actualité des dernières études et publications concernant l'application des nanomédicaments pour le traitement du cancer, nous essayerons de retirer le voile de ces technologies nouvelles ,de les explorer et les comprendre, un nombre d'études précliniques récentes ont été récoltées et analysées.

Le Chapitre 4 concernera les nanomédicaments commercialisés ou en phase clinique ainsi qu'une analyse toxicologique et réglementaire sera effectuée.

INTRODUCTION GENERALE

3

2. Historique

Au XXème siècle, la communauté scientifique commença à découvrir le monde atomique et à décrire ces lois par la physique quantique, cependant fabriquer un médicament à cette échelle qui s'acheminerai de manière spécifique vers un site d'action n'était qu'une imagination qui a inspiré la science-fiction à cette époque, et pourtant à l'origine c'était un rêve tant désiré par de nombreux scientifiques parmi eux Paul Ehrlich médecin allemand, un des fondateurs de la chimiothérapie, qui évoqua le magic bullet mais aussi Richard Feynman qui en 1959 a dit lors d'une conférence « there's plenty of room at the bottom» défiant ainsi ces collègues d'utiliser des particules supramoléculaires pour fabriquer une large gamme de produits.

Dix ans plus tard « 1970 », le français Jean-Marie Lehn (Prix Nobel 1987 de Chimie) a réalisé des travaux qui ont permis de définir un nouveau domaine de la chimie, la « chimie supramoléculaire ». Il a construit des édifices de taille nanométrique en utilisant des espèces chimiques qui s'autoassemblent pour donner des édifices plus complexes. C'est le principe du BOTTOM-UP. Ensuite, les premières expérimentations de vectorisation des médicaments sont réalisées par Peter Paul Speiser et Patrick Couvreur. Ils utilisent les liposomes comme vecteurs pour le transport de médicaments.

Ce n'est qu'en 1974 qu'a été créé le terme « nanotechnologie » par Le professeur Japonais NorioTaniguchi pour faire référence à une technologie qui aurait pour but de concevoir, fabriquer et utiliser des structures d'une dimension de l'ordre du nanomètre, peu de temps après le physicien Donald Eigler, parvient à déplacer un à un 35 atomes de xénon et à dessiner les initiales d'IBM sur une surface de nickel grâce à l'invention du microscope à effet tunnel « 1983 » pour manipuler des atomes tout en fournissant des images en trois dimensions avec une très haute résolution.

Ainsi les chercheurs ont pu fabriquer des biopuces permettant de réaliser des analyses sur une surface de quelques cm² et en quelques heures de la même façon que les puces électroniques sont fabriquées ,en 1999, l'américain Carlo Montemagno a réalisé un nano moteur en s'inspirant du moteur ATPase, deux ans après, l'équipe de Christian Joachim est parvenue à construire une brouette moléculaire capable de transporter des atomes que l'on peut manipuler avec la pointe d'un microscope à effet tunnel ils ont réussi à assembler des atomes pièce par pièce pour fabriquer cette nanomachine.

Dès lors, plusieurs nanomédicaments ont été fabriqué par autoassemblage à fin de traiter divers maladies servers, aujourd'hui ils représentent l'un des plus grand marchés de l'industrie pharmaceutique [44].

CHAPITRE I :

NANOTECHNOLOGIE

ET NANOMEDECINE

« Là où la nature cesse de produire ses

ET NANOMEDECINE

propres espèces, l'homme, en se servant des choses naturelles, en accord avec cette nature même, cmmence à créer une infinité

[Tap e contenu encré n encad est u

d'espèces. »

Léonard de Vinci

Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

4

La possibilité d'explorer, de manipuler et de modifier la matière et le vivant à l'échelle des

nanomondes « 10^-9m », ne constitue pas une nouveauté, nous le faisons depuis longtemps car l'ADN (Acide désoxyribonucléique), dont la largeur est de quelques nanomètres(nm) , est manipulée de manière extrêmement fine depuis plus de 40 ans par des techniques totalement indépendantes des nanotechnologies, et toute une série de médicaments ou de marqueurs biologiques sont fabriqués depuis longtemps par la chimie, et influent sur le vivant à cette échelle. En d'autres termes ce n'est pas le fait de manipuler la matière et le vivant à cette échelle qui constitue une révolution, alors quelle est la définition des nanotechnologies ? [1]

1. Nanotechnologie

D'origine grecque, le préfix «nano» est dérivé du terme «Nanos » qui signifie «nain». Les nanotechnologies(NT) peuvent être définies comme l'ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de structures, de dispositifs et de systèmes matériels à l'échelle du nm. Les nanotechnologies se définissent aussi comme la préparation, la caractérisation, la manipulation et le contrôle d'atomes ou de petits groupes d'atomes ou de molécules en vue de construire de nouveaux matériaux dotés de nouvelles propriétés dans plusieurs domaines mais récemment elle vient d'offrir des potentiels de développements dans le domaine médical notamment pharmaceutique c'est LA NANOMEDECINE [2].

2. Nanomédecine

C'est l'application des nanotechnologies à la médecine .Il couvre le processus de diagnostic, de traitement et de prévention des maladies et lésions traumatiques, à soulager la douleur, préserver et améliorer la santé humaine, en utilisant la connaissance moléculaire du corps humain c'est une révolution de la pratique future de la médecine. La majorité des travaux dans le domaine peuvent être classés dans l'un des domaines suivants :

? Systèmes de vectorisation de principe actif (PA) notamment des gènes « nanomédicaments ». ? La régénération tissulaire active.

? Biocapteurs, biopuces et nouvelles techniques d'imagerie pour des fins de diagnostic [3].

Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

5

Parmi ces domaines c'est les « nanomédicaments »(NM) qui présentent un fort développement et une accélération exponentielle dans la recherche pharmaceutique.

3. Nanovecteurs

Figure 1: Gamme de tailles des différents types de Nanovecteurs comparées à celles des principales structures chimiques et biologiques [56].

Les systèmes vivants sont construits à partir de matériaux moléculaires ou des nanostructures telles que des acides nucléiques ADN et ARN (50-100nm) et des protéines. Ils peuvent être produits à partir des processus d'auto-assemblage ou auto-organisation dans le système vivant ou par synthèse chimique. Alors que tous les matériaux internalisés par les cellules sont plus petites que 100 nm.

Le domaine des nanomatériaux est semblable à celui des structures biologiques, La NT se réfère à la manipulation et /ou ingénierie des nano-objets à l'échelle des molécules, et apporte au moins deux principales caractéristiques attrayantes pour les techniques existantes.

? Une dimension généralement mais pas exclusivement entre1 -100nm afin qu'ils puissent franchir les barrières biologiques dont la barrière hémato-encéphalique (BITE), les parois des vaisseaux ou de la membrane cellulaire, Ils peuvent donc interagir avec un large panel d'entités biologiques.

Les nano-objets présentent des propriétés physiques (électrique, magnétique, optique, mécanique) ou chimique (Point de fusion) et peuvent s'étendre sur différentes formes (nanosphères, nanotubes, nano-barreaux, nanofils) et matériaux (la silice, de l'or, des semi-conducteurs, oxydes de fer, des lipides ou à base de polymère), de sorte qu'ils peuvent être creux, poreux ou solide [3].

Par nanomédicament, on entend la conception d'un « véhicule » ou « vecteur » de taille

nanométrique capable d'amener une molécule active sur une cible thérapeutique donnée : un gène, une protéine, une cellule, un tissu ou un organe.

6

Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

De façon schématique, les nanovecteurs (NV) sont composées de deux «parties», de l'intérieur à l'extérieur : · Le coeur. · La couronne. Et doivent avoir des propriétés spécifiques
Figure 2: la structure des Nanovecteurs [16].

3.1.Propriétés fondamentales des Nanovecteurs

L'échelle nanométrique permet d'exploiter des propriétés physiques différentes de celles observées à l'échelle microscopique telles qu'un rapport surface/volume important, cependant Il y a quelques exigences biologiques essentielles pour les NV à remplir:

· Etre non toxique et traçable.

· Etre biodégradables.

· Etre sélectifs pour être efficace dans le ciblage spécifique des cellules cibles.

· Une taille entre 1-100nm.

· Une grande stabilité dans les milieux physiologiques.

· Libération et activation contrôlée du PA.

· «Furtivité» et la capacité à éviter la réponse immunitaire.

· Capacité d'attachement au PA.

· Etre soit soluble ou colloïdale en milieu aqueux pour une efficacité accrue.

· Avoir une longue demi-vie dans la circulation et un faible taux d'agrégation [3].

Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

3.2. Les différents types de Nanovecteurs

3.2.1. Liposome

Les liposomes (découverts en 1965 par Bangham112) sont des NP colloïdales dont la structure est fermée et constituée d'une ou plusieurs bicouche(s) de phospholipides, avec une phase aqueuse au coeur. Ils peuvent être classés en quatre catégories, selon leur taille et leur structure :

7

Figure 3: La structure du liposome [55].

Figure 4: Représentation des différents systèmes liposomaux [10].

? Les liposomes multilamellaires (MLV), (500 nm -5000nm) constituées de plusieurs bicouches concentriques.

? Les liposomes unilamellaires de petites tailles (SUV), (100nm) sont formés d'une simple bicouche.

? Les liposomes unilamellaires de grande taille (LUV), (200 nm - 800 nm).

? Les liposomes géants (GUV), supérieure à 1000 nm.

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8

? Le facteur f

C'est la fraction hydrophile dans le phospholipide. Ce facteur a une grande influence sur la forme

géométrique de l'assemblage :

? Une trop forte fraction hydrophile (f > 50%) donne lieu à la formation préférentielle de micelles

sphériques.

? Une fraction hydrophile comprise entre 40% et 50% forme des micelles cylindriques (forme tubulaire).

? Les liposomes sont formés uniquement pour des fractions hydrophiles comprises entre 25% et 40%.

? Le poids moléculaire

? Le PM du lipide n'influe pas sur la structuration en liposome tant que le facteur f est compris entre 25% et 40%. Néanmoins, les lipides de poids moléculaire très élevé ne forment pas des liposomes.

? Il influe uniquement sur l'épaisseur de la membrane du corps du liposome.

.

3.2.1.1. Synthèse

Les liposomes peuvent être préparés par plusieurs méthodes :

? Hydratation d'un film mince « méthode de BANGHAM »

Consiste à évaporer une solution organique de lipide puis remettre le résidu en suspension dans un solvant aqueux, à une température supérieure à la température de transition de phase du lipide ce qui conduit à la formation de (MLV) 1-5 ìm.

Figure 5: Préparation des liposomes par la méthode de BANGHAM [57].

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9

? Emploie d'un Co-solvant.

Consiste à additionner une solution organique de lipide dans une solution aqueuse sous forte agitation et

éliminer le solvant par évaporation, pour donner une émulsion ou une dispersion de liposomes.

? Sonication ou extrusion des MLV.

Elle est appliquée à travers une membrane en polycarbonate, à une température supérieure à la

température de transition de phase des lipides à fin d'obtenir des SUV.

? Congélation/décongélation des MLV.

Consiste à fragiliser la membrane des MLV pour qu'elles se recombinent en liposomes LUV.

3.2.1.2. Inclusion du principe actif

? De façon passive

Par incorporation directe du PA hydrophobe dans une solution de lipides lors de la formation des liposomes avec une efficacité d'inclusion de 5 à 15%.

Par hydratation de film mince « un solvant de réhydratation contient le PA hydrophile qui est encapsule lors de la formation des liposomes. Le taux d'inclusion est faible mais peut être amélioré lors de la formation de SUV par extrusion, en utilisant comme solvant d'extrusion une solution aqueuse de PA ». ? De façon active

Par addition d'une solution organique de PA hydrophobe dans une solution aqueuse de liposomes, suivie d'une dialyse pour éliminer le solvant et le PA.

Inclusion par gradient de pH utilisée dans le cas d'un PA hydrophile faiblement basique et consiste à créer un gradient de pH entre l'intérieur et l'extérieur de la diffusion qui continuera de l'extérieur à l'intérieur jusqu'à inclusion de la totalité du PA ou jusqu'à la disparition du gradient de pH. Des taux d'inclusion importants peuvent être atteints.

3.2.1.3. Relargage des principes actifs

Le relargage de PA hydrophiles est gouverne par la structure du liposome, et en particulier par

? L'épaisseur de la membrane, qui dépend du PM du lipide.

? La perméation de l'eau à travers la membrane qui dépend de la mobilité des chaines hydrophobes. Les liposomes auront des temps de relargage courts pour réduire la mobilité, des molécules de cholestérol sont ajoutées à la solution de phospholipide [5].

Les liposomes sont des véhicules de principes actifs importants principalement dans la prise en charge de molécules hydrophiles. La fonctionnalisation par des PEG et des ligands de ciblage permet à ces objets d'atteindre les tissus tumoraux et de libérer les médicaments sur la cible thérapeutique [5].

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Figure 6: Structure de la micelle inverse (a) et directe(b) [2].

3.2.2. Micelles

La première utilisation de micelles polymères pour le traitement du cancer était en début des années 1980 par Ringsdorf et ses collègues.

Ces particules sphériques sont de taille nanométrique (10-100 nm) formé à partir de l'auto-assemblage des amphiphile biocompatible des copolymères à blocs dans les milieux aqueux à partir d'une concentration donnée appelée

concentration micellaire critique (CMC).

10

Cette CMC dépend de la nature de la molécule amphiphile et des conditions expérimentales [4].

L'architecture coeur-couronne est importante pour les médicaments pour des fins de vectorisation, parce que le noyau hydrophobe peut agir comme un réservoir de médicaments insolubles dans l'eau, tandis que l'enveloppe extérieure protège la micelle de la libération rapide du PA (Fig8).

Bien que plusieurs aspects fonctionnels des blocs constitutifs ont été explorées (température ou pH sensibles), les critères les plus importants sont la biocompatibilité et /ou biodégradabilité.

Globalement, il existe deux types de micelles :

? Les micelles à coeur hydrophobe dispersibles dans un solvant aqueux.

? Les micelles à coeur hydrophile dispersibles dans un solvant apolaire [4].

Les micelles de polymères permettent l'utilisation in vivo de médicaments déjà existants par ailleurs jugé trop hydrophobe ou toxiques, sans avoir à manipuler le produit chimique ou la structure de l'agent. De plus, l'encapsulation du médicament dans le noyau de polymère et la CMC très faible (typiquement de l'ordre de 10^-610^-7M), permet la stabilité du médicament en entravant la dégradation enzymatique et l'inactivation [6].

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3.2.3. Nanoparticules polymériques

Figure 7: Structures des nanosphères (A) et des nanocapsules (B) [5].

Ces NP peuvent être définies comme des systèmes colloïdaux submicroniques. Suivant le type de polymères et le mode de préparation, les nanoparticules peuvent être séparées en deux catégories:

? Les nanosphères : particules solides colloïdales de type matriciel dans lesquelles les PA peuvent être encapsulés, dissous ou liés chimiquement. Ces particules ont généralement des tailles supérieures à celles des micelles de polymères avec un diamètre compris entre 100 nm et 200nm.

? Les nanocapsules : systèmes colloïdaux et vésiculaires dans lesquelles le PA est confiné dans le coeur liquide de la particule. Ce coeur est entouré d'une membrane monocouche de polymère dont le diamètre est généralement compris entre 100 nm et 300 nm.

Il existe plusieurs méthodes de synthèse et de préparation des NP, le choix de la méthode dépend de la nature et du PM du PA et du polymère utilisés, ainsi que le type de NP qu'on veut obtenir:

3.2.3.1. Synthèse et inclusion du principe actif par Nanoprécipitation

Le polymère et le PA sont solubilisés dans un solvant organique miscible a l'eau et additionnés rapidement à une solution aqueuse en présence ou non de tensio-actif sous très forte agitation, Lors de l'addition dans la phase aqueuse, le solvant organique diffuse immédiatement et conduit à la précipitation du polymère et à la formation de la nanosphères Le solvant organique est ensuite évaporé pour conduire à une suspension aqueuse de NP.

11

Figure 8: Préparation des nanoparticules par Nanoprécipitation [58].

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3.2.3.2. Synthèse par polymérisation du monomère

En émulsion dans l'eau, en présence ou non de surfactant, ou par ouverture de cycle du monomère en milieu organique puis redispersion en phase aqueuse par Sonication.

3.2.3.3. Synthèse par émulsion dans l'eau

Une solution huileuse de polymère, en présence ou non de tensio-actif, sous faible agitation, est émulsifiée dans l' eau.la nanocapsule est formée par l'agrégation du polymère à la surface de la goutte d'huile.

Figure 9: Préparation des nanoparticules par émulsion dans l'eau [58].

3.2.3.4. Inclusion du principe actif par dialyse

Le polymère et le PA sont solubilises dans un solvant organique miscible à l'eau puis dialysés contre de l'eau pure. Cette opération est effectuée dans le but d'éliminer l'excès de PA et le solvant, et aboutit à une suspension, dans l'eau, de nanoparticules de polymère ayant intégré le PA inclus.

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3.2.4. Dendrimères Le mot dendrimère provient du mot grec « dendron » arbre ou branche et « meros» partie Les dendrimères sont composées de multiples monomères (dendrons) ramifiés qui sont connectés radialement à un coeur central multifonctionnel, ils peuvent être divisés en trois régions spécifiques : le coeur, l'intérieur (Composé de branches dendritiques connectées au coeur) et la périphérie fonctionnalisable [4].

Figure 10: La structure du dendrimere.

Le nombre de points de branchements entre le coeur et la périphérie définit la génération du dendrimère ainsi, les dendrimères de générations élevées auront un nombre important de groupements fonctionnels en périphérie [3].

3.2.4.1. La structure tridimensionnelle

Dépend de la génération, cette structure particulière permet d'inclure physiquement des molécules hydrophobes, dans le coeur du dendrimere, ou de façon covalente, à la périphérie :

? La génération du Dendrimère influe sur la solubilité par un changement conformationnel et un changement de sa perméabilité.

? La taille a un effet important sur le taux d'inclusion de molécules hydrophobes. Le dendrimère améliore à la fois l'absorption (diffusion ou osmose) et la rétention du PA dans les cellules cancéreuses. Les augmentations d'encapsulation avec génération de dendrimère peuvent être utiles pour piéger les médicaments avec une dose thérapeutique relativement élevée.

? La plurivalence : c'est utiliser les nombreuses fonctions de surface du dendrimere pour l'accroche covalente de PA, de molécules hydrophiles ou de ligands de ciblage. Cette méthode est particulièrement utile elle permet d'accrocher plusieurs copies créant ainsi une interaction beaucoup plus forte avec les récepteurs présents à la surface d'une cellule [7].Cette propriété a largement trouvé son application dans la prévention de l'adhésion des cellules tumorales et des métastases in vitro, ce qui est très approprié pour le traitement du cancer [3].

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3.2.4.2. Synthèse

? Approche divergente

Consiste à Construire le dendrimere à partir du coeur en multipliant le nombre de fonctions réactives à chaque nouvelle génération, utilisée industriellement, a le désavantage d'augmenter le nombre de réactions à effectuer et d'accroitre le nombre de réactions parasites à chaque nouvelle génération. Le dendrimere obtenu a une faible polydispersité.

? Approche convergente

Consiste à construire le dendrimere à partir de la périphérie et à attacher les différents dendrons sur un coeur pour conduire au dendrimere désiré. L'avantage c'est de minimiser les étapes de synthèse, et conduit à des dendrimeres homogènes et monodispersés.

3.2.4.3. Inclusion du principe actif

Le PA est lié :

· De façon covalente à la périphérie du dendrimère.

· Par des interactions ioniques, hydrophobes, ou par des liaisons hydrogène.

Les dendrimeres présentent de nombreux avantages pour une utilisation en tant que vecteurs:

· Biodistribution et de pharmacocinétiques contrôlées par la structure et le nombre de générations.

· Une forte homogénéité structurale et chimique.

· De nombreux groupements fonctionnalisables en surface, permettant l'accroche de PA, ligands,...

· Une dégradation contrôlée par l'utilisation de monomères biodégradables.

· Fonctions aisément accessibles en surface, porosité de ces nanomolécules, flexibilité des branches internes, accessibilité au coeur [7].

Néanmoins, malgré ces avantages, les problèmes liés à la synthèse des dendrimeres (synthèse multi-étapes couteuse et contrôle de la qualité du produit final) ralentissent le passage du laboratoire aux applications cliniques [5].

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3.2.5. Nanoparticules Hybrides

Ce sont le plus souvent des particules ayant un coeur métallique recouvert par une couche de molécules qui peuvent être de nature hydrophile ou hydrophobe. Ces molécules sont des agents de recouvrement qui permettent de contrôler le caractère hydrophile ou lipophile des objets finaux. Ils peuvent être de nature tensio-active ou non [4].

Figure 11: Représentation schématique des nanoparticules d'or, d'oxyde de fer et des Quantum dots [10].

3.2.5.1. Nanoparticules magnétiques

Composées des oxydes de fer, de métaux purs (Fe, Co), ou bien des alliages (CoPt3, FePt).Les procédés de synthèse sont aujourd'hui nombreux et peuvent-être classés en quatre catégories : Co-précipitation-décomposition thermique- microémulsion-et synthèse en milieu aqueux.

3.2.5.2. Nanoparticules d'or

Elles sont obtenues le plus souvent par réduction de HAuCl4 par divers agents réducteurs comme le citrate de sodium. Cette méthode a connu plusieurs modifications qui ont permis d'améliorer les tailles moyennes (9 et 120 nm). Elles peuvent être recouvertes par de nombreux ligands notamment des thiols. La méthode de Shiffrin-Brust permet la synthèse de NP d'or et l'introduction de thiols fonctionnels simultanément.

3.2.5.3. Quantum dots

Sont des semi-conducteurs, Ils sont fabriqués à partir de cadmium, de sélénium, de tellure, d'indium, d'arsenic et de soufre.

Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

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? Propriétés

Pour les NP le rapport surface/volume est très grand. Ainsi pour une NP constituée d'environ 1000 atomes et de diamètre d'environ (2-3 nm), la moitié des atomes sont en surface. Les propriétés électroniques (conductivité, magnétisme, plasmon...) changent radicalement. En fonction de la taille. Les propriétés ne sont plus celle du métal à l'état massif, mais ne sont pas encore celle d'un atome ou d'une petite molécule [8].

Les particules sphériques possèdent des propriétés uniques atomes / molécules, la lumière incidente sur un métal noble de NP peut être absorbée ou diffusée (Mie 1908) [9].

Dans le cas des métaux à électrons libres, les mouvements collectifs des électrons à la surface des NP dominent celles à l'intérieur. Photons de longueurs d'onde (UV), optiques, le proche infrarouge (NIR) et infrarouge (IR) peuvent se coupler avec ces oscillations de surface d'électrons, d'être absorbé, en fonction de la composition du métal, la taille, la forme, et de l'environnement diélectrique.

Le Confinement et l'absorption de photons résulte d'un très intense champ électrique locale sur les particules de surface, connu sous le nom résonance plasmonique de surface (SPR).ce qui crée des effets :

? Optiques: avec un potentiel d'applications biomédicales et l'amélioration de l'électromagnétique dite surface-enhanced Raman diffusion (SERS) effect (Huang et al, 2007, Qian et al 2008). il permet d'augmenter la sensibilité et la détection non invasive dans les tumeurs [9].

? Photothermiques: Lorsque la lumière est absorbée, son énergie se dissipe à travers des vibrations dans le réseau atomique et peut générer de la chaleur suffisante pour perforer les membranes cellulaires, de faciliter la fusion de l'ADN double brin, et susciter des réponses cellulaires à l'hyperthermie (Bert et al. 2002; Huang et al. 2007). c'est la Thermothérapie.

? De la même manière, des nanoparticules d'or peuvent également améliorer l'effet local des rayonnements ionisants « 200% pour les potentiels de l'effet thérapeutique ».c'est la Radiothérapie [9].

? Se base sur des molécules (photo sensibilisateurs) qui, suite à l'absorption d'un rayonnement lumineux, produisent de l'oxygène singulet ou des radicaux libres c'est la Thérapie photodynamique.

Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

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3.3. Evolution des Nanovecteurs au cours du temps

3.3.1. Nanovecteurs de première génération

Les NV de première génération sont des particules nanométriques qui ont une structure coeur/couronne et dont cette dernière est peu ou pas travaillée. Elle est constituée de molécules tensioactives qui n'apportent pas de propriétés de ciblage et/ou de furtivité vis-à-vis de l'hôte. Ces nanoparticules (NP) présentent des temps de circulation sanguine très faible. Une famille de protéines plasmatiques, les opsonines, présentent la propriété de se lier à la surface de ces particules. Le « complexe » ainsi formé est reconnu par les macrophages qui les internalisent par endocytose. Cela se traduit au niveau de l'organisme par une accumulation des constituants de ces NV au niveau du foie, de la rate ou de la moelle. De ce fait, ces NV ont un intérêt thérapeutique uniquement sur ces organes cibles [4].

3.3.2. Nanovecteurs de deuxième génération

Dans le but de réduire les interactions NV-opsonines, l'interface des NV doit comporter des groupements chimiques qui limitent la fixation des opsonines. Ceci est réalisé en utilisant des polymères non naturels comme les polyéthylènes glycols « PEG » ou les poly éthylène-poly propylène glycols PEPPG ; ou des polymères naturels comme des polysaccharides. On dit alors que les NV de deuxième génération sont furtifs vis-à-vis des systèmes de reconnaissance de l'hôte. Le temps de circulation plasmatique est augmenté de façon significative. Le caractère immunogène des NV peut être déterminé, entre autre, quantitativement par mesure de l'activation du complément. De plus la présence de PEG semble améliorer la biocompatibilité des NV. L'ensemble de ces facteurs aboutissent à un relargage plus long du PA [4].

3.3.3. Nanovecteurs de troisième génération

Une partie de la couronne des NV de deuxième génération peut comporter des ligands spécifiques d'un organe, d'une population cellulaire ou d'un organite donné. On parle alors de ciblage actif. Plusieurs stratégies ont été utilisées avec succès :

? Greffage d'un anticorps spécifique d'une cible donnée (récepteurs cellulaires) par voie covalente (réversible ou non). On parle alors d'immunnanoparticules.

? Greffage de séquence peptidique visant des récepteurs particuliers.

? Greffage d'oses pour le ciblage de cellules ayant des récepteurs de sucre spécifiques comme les cellules hépatiques ou certaines cellules cancéreuses.

? Greffage d'acide folique pour le ciblage des cellules surexprimant le récepteur à l'acide folique [4].

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Chapitre I Nanotechnologie Et Nanomedecine

Il est important de souligner que la façon dont le ligand est présenté influe sur l'activité biologique des NP. En effet, la densité de ligand à la surface a un rôle important sur la reconnaissance et la fixation sur le récepteur. De plus, cela détermine les paramètres physico-chimiques des NV. Les NV de troisième génération représentent ainsi un début de solutions thérapeutiques.

Figure 12 : Les différentes générations de nanoparticules [10].

3.3.4. Nanovecteurs de génération ultérieure

Le concept des nanoparticules multifonctionnelles décrit par Mauro Ferrari [56] regroupe toutes les considérations évoquées précédemment. Ce principe est illustré à la figure 4. Les NV doivent pouvoir transporter le PA vers une cible précise mais on doit pouvoir aussi suivre le cheminement de ces vecteurs à l'intérieur de l'hôte. Les NV doivent comporter des systèmes de traçage qui peuvent être optiques (fluorescence), radioactifs ou physiques (agent de contraste pour l'IRM). On construit alors des NV multifonctionnels. Cependant, l'analyse fine de leur comportement vis-à-vis de l'hôte est rendue plus complexe et plus coûteuse à cause du nombre important de paramètres mis en jeu [4].

CHAPITRE II :

NANOMEDICAMENT

ET CANCER

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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Le cancer existe depuis la nuit des temps, d'ailleurs les premières traces écrites datent depuis l'époque des Egyptiens. Malheureusement , cette maladie représente aujourd'hui la première cause de mortalité mondiale et pourtant il existe des molécules efficaces actives sur les cellules cancéreuses, cependant, les résultats cliniques n'ont pas été satisfaisant car le taux de survie globale n'a pas été significativement amélioré , il est donc logique de déduire qu' au lieu de chercher une nouvelle molécule anticancéreuse ,on change la stratégie de procédure de livraison de la molécule ancienne reconnu comme étant déjà efficace. Cette stratégie de livraison ne peut se faire que si on arrive à mieux comprendre le mécanisme pathologique de la maladie.

1. La cancérogenèse

Au cours du processus tumoral, la cancérogenèse induit une prolifération cellulaire programmée qui conduit au développement d'une masse tumorale, ce processus est :

? Lié à l'accumulation d'anomalies du génome (génotype). elles sont le plus souvent acquises au cours de la genèse tumorale.

? D'origine héréditaire (prédispositions familiales).

Les clones tumoraux peuvent perdre ou conserver, certaines caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des cellules originelles, ou en acquérir de nouvelles (= phénotype).

Ces modifications vont s'inscrire à la fois dans le noyau, dans le cytoplasme et sur la membrane des cellules pathologiques.

Lorsque la tumeur atteint une taille de (1 à 2 mm) de diamètre, elle induit la construction d'un système d'apport sanguin appelé angiogenèse. Cette étape est capitale dans la transition d'une tumeur de stade bénin à un stade malin capable d'envahir et de métastaser les autres organes, induisant la formation de capillaires se développant autour et au sein de la masse tumorale. Ces neovaisseaux qui alimentent la tumeur peuvent également fusionner avec le système vasculaire sain.

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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? Le débit sanguin est souvent irrégulier, avec la formation d'un nombre important de fenestrations et de canaux au niveau des neovaisseaux.

? Une pression hydrique élevée. Due au drainage lymphatique défaillant [10].

? L'Hypoxie qui rend l'environnement acide, cette hypoxie tumorale est associée à la résistance à la chimiothérapie, l'immunothérapie et la radiothérapie [11].

Les traitements les plus utilisés sont la chimiothérapie, la radiothérapie ou encore la chirurgie, mais ces traitements peuvent entraîner des conséquences néfastes pour le reste de l'organisme.

2. Les chimiothérapies classiques et leurs principales toxicités Tableau I: Les principales familles d'anticancéreux classiques et leurs toxicités [13].

Classes	DCI		Toxicités	Sels de Platine Forment des ponts entre les deux chaînes d'ADN et empêchent son ouverture lors de la réplication
Cisplatine (CDDP, Cisplatyl) Carboplatine (Paraplatine Oxaliplatine (LOHP, Eloxatine)	Rénale Thrombopénie Neuropathies périphériques		Antracyclines Inhibition des enzymes charges de réguler la structure dans l'espace de l'ADN formation de radicaux libres
Daunorubicine (Cérubicine) Doxorubicine (Adriblastine) Epirubicine (Farmorubicine)	Cardiaque		Alkylants Attaquent directement l'ADN forme des radicaux libres (alkyles)
Cyclophosphamide (Endoxan) Ifosfamide (Holoxan) Dacarbazine (Déticène témozolomide( Témodal)	Toxicité neurologique Encéphalopathie somnolence Maladie veino-occlusive Thrombopénie		Anti-Métabolites Interfèrent avec la synthèse de l'ADN (Phase S du cycle cellulaire), Ils se Substituent à des acides aminés ou à des nucléotides)
Cytarabine (Aracytine) Gemcitabine (Gemzar) 5-FluoroUracile ( 5-FU) Xeloda (Capécitabine Méthotrexate	Syndrome cérébelleux, mucites Syndrome pseudo grippal Radio sensibilisation mucites ++ Cardiaque Rénale,mucites +++, hépatique		Poison du Fuseau Empêchent la formation du fuseau chromatique qui permet la séparation des chromosomes au cours de la mitose
Vincristine (Oncovin) Vindésine (Eldisine) Vinblastine ( Velbe) Vinorelbine (Nalvelbine)	Neuropathies périphériques Constipationocclusions Veinotoxique arthralgies, myalgies		Taxanes Bloquent la division cellulaire en désorganisant le fuseau microtubules
Paclitaxel( Taxol) Docetaxel (Taxotére)	Réaction Allergique Sd de rétention hydrique		Les modificateurs de l'ADN Formation de radicaux libres qui altèrent l'ADN
Bléomycine Etoposide (Vp-16, vépéside) Irinotécan (CPT-11, campto)	Fibrose pulmonaire Syndrome cholinergique Diarrhées

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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L'échec de la chimiothérapie dans le traitement du cancer résulte souvent de la résistance de celui-ci aux agents antinéoplasiques. Cette résistance peut être naturelle ou acquise.

3. Mécanismes de résistance aux anticancéreux

Dans la majorité des cas, la résistance se manifeste vis-à-vis de plusieurs classes d'anticancéreux de structures chimiques et de modes d'action différents (Gottesman, 2002 ; Longleyet al, 2005). Cette résistance pléïotropique est souvent désignée par le terme MDR (multi drug resistance), elle serait responsable de l'échec thérapeutique chez plus de 90% des patients présentant des cancers métastatiques (Longley et al, 2005).

3.1. Mécanismes non cellulaires de la résistance

Causé par :

· L'augmentation de la pression interstitielle.

· Présence des régions en hypoxie.

3.2. Mécanismes cellulaires de la résistance

Cette résistance peut survenir à différents niveaux :

· Augmentation de l'efflux du médicament par la pompe Pgp.

· Diminution de l'expression ou de l'activité de ces transporteurs (Gottesman, 2002 ; Longley et al,

2005) Diminution de l'influx du médicament.

· Inactivation de l'agent thérapeutique : par des transformations enzymatiques (Takebe et al. 2001).

· Séquestration vésiculaire du médicament : En réduisant la concentration du cytotoxique en contact avec sa cible sans affecter sa concentration cellulaire globale (Dalton et al. 1999 ; Lehnert, 1996).

· Altérations de la cible du cytotoxique : quantitative ou qualitative.

· Réparation des dommages de l'ADN.

· Incapacité des cellules traitées à entrer en apoptose [12].

4. Le traitement du cancer par les nanomédicaments

La chimiothérapie classique présente certaines caractéristiques physicochimiques inappropriées, un index thérapeutique étroit et si la résistance au cytotoxique est acquise, la chimiothérapie est rendu inefficace [13].

Une meilleure compréhension des principes moléculaires du cancer a abouti à l'élaboration de nouvelles classes chimio-thérapeutiques. Ce sont Des traitements moléculaires ciblés comme l'Hormonothérapie ou l'Immunothérapie qui visent à cibler directement la cellule cancéreuse en inhibant ces récepteurs souvent surexprimés, par conséquent améliorer l'équilibre entre l'efficacité et la toxicité, cependant leur pharmacocinétique et leur distribution tissulaire est souvent loin d'être optimale. En raison de leur faible poids moléculaire, ce qui rend leur élimination rapide et une accumulation minime dans les cellules tumorales.

Afin d'éviter ces inconvénients, les NT vont jouer un rôle important car ils vont associer chimiothérapie classique et traitement moléculaire ciblé en agissant au moins à deux niveaux:

? En conférant de nouvelles propriétés au PA (stabilité accrue, la pharmacocinétique modifiée, une toxicité réduite...).

? En ciblant directement la tumeur.

La première stratégie fournit un moyen de revisiter et sélectionner de nouvelles entités moléculaires qui ont échoué dans le processus de développement en raison des mauvaises propriétés pharmacologiques (~40%).L'objectif est donc d'augmenter l'index thérapeutique des médicaments connus.

Le ciblage des Nm est pertinent dans le cas des médicaments dont l'intérêt clinique est limitée par leur toxicité sur les organes vitaux (coeur, reins, moelle osseuse...) .Il est en effet estimé que sur 100.000 molécules administrées par voie iv, seulement1 à 10 peuvent réellement atteindre leur cible, ainsi il peut fournir de nouvelles options de livraison pour des médicaments existants qui sont sur le point d'être retiré du marché.

4. Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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Stratégies de ciblage

5.1. Le ciblage passif

L'augmentation de la perméabilité des vaisseaux sanguins et la baisse du drainage lymphatique aboutissent à une accumulation passive des NP au sein de la masse tumorale. Ce ciblage dit passif est appelé effet EPR (Enhanced Permeation and Retention).

La durée élevée de circulation sanguine des NP est mise à profit pour augmenter leur probabilité de passer par les fenestrations de l'endothélium tumoral et s'accumuler au sein de la tumeur.

Les NV peuvent s'accumuler dans ces espaces (400 nm à 600 nm) et concentrer 10 à 100 fois plus de PA dans la cellule par cet effet que par l'administration du PA seul [5].

En résumé, quatre facteurs expliquent l'accumulation d'une nanoparticule dans une tumeur, qui est basée sur l'effet EPR :

(1) La vie plasmatique élevée du nano système.

(2) La perméabilité des vaisseaux.

(3) La taille nanométrique (typiquement 5 - 200 nm).

(4) Le faible drainage lymphatique au sein de la tumeur [10].

Le Ciblage passif par effet EPR a été le mieux observé dans de petites tumeurs bien vascularisées. Par contre il est diminué dans les tumeurs mal vascularisées comme celle du côlon et du pancréas [14] et parfois au sein de sites primaires et secondaires « métastatiques » d'un même cancer [11], Cette limitation a énormément motivé les chercheurs pour réaliser des efforts afin d'atteindre un ciblage actif à travers les interactions ligand-récepteur.

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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Figure14:Représentation schématique des mécanismes de ciblage actifs et passifs des NV dans la tumeur [13].

5.2. Le ciblage Actif

Le concept de thérapie ciblée est apparu dans les années 1970 avec le développement d'anticorps (Schrama et al, 2006.), Alors que l'application de NP ciblées est apparue plus tard en utilisant des immunoliposomes (Heath et al, 1980 ; Leserman et al, 1980). Les progrès de la protéomique et de la bioinformatique du cancer ont permis au développement de thérapies ciblées [11].

La vectorisation active repose sur le couplage d'un NV avec un ligand capable de reconnaitre de façon spécifique des antigènes ou des récepteurs surexprimés à la surface des cellules cibles (cellules tumorales, endothéliales ou sanguines). Ce type de vectorisation s'appuie sur:

? Les interactions lectine-hydrate de carbone.

? Ligand-récepteur ou anticorps-antigène [5].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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Parce que le poids moléculaire des anticorps est relativement important (~ 150KDa), leur conjugaison se traduit souvent par un mauvais contrôle de taille et réduit la capacité de furtivité. Ces lacunes ont conduit à l'émergence d'autres ligands de ciblage. Ces ligands comprennent :

? Des fragments Fab.

? Les facteurs de croissance.

? Les éléments nutritifs dont les récepteurs sont surexprimés dans les cellules cancéreuses.

La petite dimension physique de ces alternatives permet une meilleure efficacité de ciblage multivalent une plus grande stabilité, une plus grande pureté, la simplicité de synthèse, et la non immunogénicité sans compromettre le temps de circulation des particules [14].

Il existe deux approches communes de médiation de ciblage par le récepteur :

+ Cibler le microenvironnement de la tumeur, y compris l'extracellulaire, les récepteurs de la matrice ou sur la surface des cellules endothéliales tumorales des vaisseaux sanguins .ce qui est généralement le plus efficace pour l'acheminement de l'induction immunitaire ou des molécules de l'antiangiogenèse.

+ Cibler les surfaces des cellules tumorales. (Alexis et al).par des récepteurs pour la délivrance intracellulaire d'agents cytotoxiques ou signal de la voie inhibitrice [11].

Ces vecteurs allient donc les caractéristiques suivantes : + Particules de taille inferieure a 200 nm.

+ Surface hydrophile (PEG, polysaccharides) pour induire la furtivité.

+ Ligand a la surface du NV capable de reconnaitre de façon spécifique des antigènes ou des récepteurs surexprimés à la surface de cellules cibles.

+ Ligands d'imagerie in vivo pour suivre la distribution du vecteur [5].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

26

6. Pharmacocinétique

Le profil pharmacologique est étudié à savoir le devenir in vivo de la molécule après administration, la mettant en contact avec le milieu vivant. Les paramètres à évaluer sont la pharmacocinétique, la biodistribution et la capacité à passer les barrières biologiques ainsi que la toxicité.

6.1. Absorption

L'absorption est le procédé par lequel la NP passe de son site d'administration vers le plasma sanguin. Elle varie principalement suivant la voie d'administration et les différentes barrières qu'elle doit franchir :

· Voie orale (premier passage hépatique, enzymes gastriques).

· Pulmonaire (passage à travers les alvéoles).

· Intraveineuse(IV).

· Nasale.

· Dermique (diffusion à travers la barrière cutanée).

· Oculaire (évacuation lacrymale).

· Intravaginale (muqueuse).

· Intra tumorale (acidité).

La biodisponibilité de la nanoparticule est de 100 % uniquement pour la voie IV. Cette voie est donc souvent adoptée lors de la première phase d'étude de molécules thérapeutiques chez l'animal [10].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

27

6.2. Distribution « voie intraveineuse »

La distribution correspond à l'arrivée des NP dans les différents tissus ; les plus étudiés sont le système vasculaire, le système lymphatique, puis, de manière générale les autres tissus [15].

6.2.1. Le système vasculaire

En général, les médicaments anticancéreux classiques sont éliminées du sang dans les quelques heures qui suivent l'administration. Pour prolonger la demi-vie plasmatique, les NV ont été proposées pour transporter et délivrer ces médicaments. Les premiers essais ont été accueillis avec succès marginal, car la taille des NV affecte significativement leur rendement en délivrance in vivo.

Cependant ils ne peuvent pas s'échapper de l'absorption par le système réticulo-endothélial (RES) « monocytes et les macrophages » qui est due au phénomène d'opsonisation ce qui va conduire à augmenter leur clairance plasmatique [14].

6.2.1.1. L'opsonisation

La raison principale de l'élimination hépatique des NV est leur marquage par des protéines plasmatiques (les opsonines) selon des interactions non spécifiques (Vonarbourg et al.2006).

Parmi les opsonines il y a :

? Le système du complément qui est le premier élément du système immunitaire à s'activer « voie alterne qui s'active spontanément par simple fixation de la protéine C3. Cette activation aboutit à une augmentation de la reconnaissance des NV par le RES et à la formation de complexe d'attaque membranaire (MAC) ».

? Des immunoglobulines (IgG et IgM).

? La fibronectine.

? L'albumine et des Apo lipoprotéines.

Ce qui rend les NV plus visibles et détectable par le RES, surtout les macrophages résidents du foie (les cellules de Kupffer) (Muller-Eberhard1988) « qui ont des récepteurs spécifiques aux opsonines ».capable de déstabiliser certains NV. Elle permet également de recruter des cellules phagocytaires par activation de phénomènes inflammatoires suite à la libération d'anaphylatoxines (Vonarbourg et al. 2006) [15].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

28

6.2.1.2. Notion de furtivité

Le développement de la furtivité était une percée majeure dans la prolongation de la durée de circulation tout en minimisant l'absorption cellulaire non spécifique et la captation par le système RES, de nombreuses études ont été réalisées pour tester différentes stratégies visant à limiter ce phénomène :

? On peut citer l'incorporation de Monosialoganglioside GM1 à la surface des NV. Cette stratégie vise à rendre les biomimétique en imitation de Globules Rouge (Allen et al, 1987 ; Gabizon et al, 1988).

? De nos jours la stratégie la plus répandue reste cependant l'utilisation de chaîne de PEG [15]. qui est un polymère hydrophile synthétique et biodégradable« 2000 à 5000pm » structuré en forme de BROSSE. Le revêtement de PEG forme une couche d'hydratation qui retarde stériquement les reconnaissances RES par inhibition des interactions hydrophobes électrostatiques avec les protéines plasma [15].

Les ligands de ciblage sont souvent greffes sur les extrémités des chaines de polymères présentes à la surface des NP, afin que le ligand soit présent au-delà la de la couronne de PEG. Il risquerait sinon d'être masqué ou incorporé dans la couche de polymère, ce qui rendrait sa présence inutile [10].

6.2.1.3. Franchissement des barrières

? Barrière endothéliale

Il existe trois types d'endothélium vasculaire : le continu (sans pore), le fenestré ayant des pores entre (50 et 70 nm) et les sinusoïdes ayant des pores de (0,1 à 3ìm). Les fenestrés sont présents dans les reins et l'intestin grêle, alors que les capillaires sinusoïdes sont retrouvées dans le foie, la rate, les os et certaines glandes endocrines. La taille du NV est donc une des raisons de son élimination par le foie plutôt que par les reins [15].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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? Barriere Hémato Encéphalique

Deux stratégies non invasives ont été élaborées:

? La première consiste à augmenter la diffusion passive d'un PA en le rendant plus hydrophobe. Cette méthode peut améliorer de façon importante le franchissement de cette barrière, mais n'est possible que pour peu de molécules (Sampath et al. 2003).

? La deuxième stratégie consiste à augmenter le transport du PA au travers des cellules. Cette augmentation peut se faire :

? En favorisant un transport aspécifique, comme rendre plus cationique une protéine (Abbott et al. 2006, Hardebo et al 1985).

? Ou bien, elle peut se faire en stimulant une entrée spécifique, comme celle de la transferrine. Cette stratégie a déjà démontré son efficacité in vitro et in vivo en utilisant des NV (ciblage du récepteur de la transferrine) (Huwyler et al. 1996)[15].

6.2.2. Le système lymphatique

Les vaisseaux lymphatiques se trouvent dans l'ensemble du corps à l'exception du cartilage de la cornée, du cristallin et du système nerveux central. La nature même de la morphologie de l'endothélium (avec de grands espaces) et la fragilité de l'attachement des jonctions intracellulaires permet l'entrée des NP dans la circulation lymphatique.

Le fluide lymphatique est filtré à travers les noeuds lymphatiques en lien avec les macrophages qui phagocytent les agents étrangers.

Les poumons et le tractus gastro-intestinal peuvent être des sites d'accumulation des NP, surtout s'ils sont la voie d'administration. Les reins, importants organes excréteurs, peuvent accumuler des doses importantes de NP, surtout si celles-ci sont hydrophiles et de petite taille. L'accumulation dans le coeur est généralement étudiée à cause de son importance physiologique. Le muscle est peu regardé car c'est un organe de très faible accumulation bien qu'il représente 43 % du poids du corps chez la souris. La peau et les os sont en général regroupes sous le terme de carcasse [10].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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6.3. La métabolisation

Certaines NP sont métabolisées dans les lysosomes des macrophages du RES après avoir été internalisées, d'autres subissent une hydrolyse dans l'environnement aqueux. De nombreuses NP, notamment métalliques, ne sont pas métabolisées par l'organisme et s'accumulent dans le corps, ce qui favorise leur toxicité [10].

6.4. L'élimination

Suivant la composition des NP, l'excrétion peut se faire sous forme modifiée (métabolites) ou sous forme inchangée. Le foie et les reins sont les principaux organes responsables de l'excrétion.

Concernant l'élimination rénale, surtout retrouvée pour les NP de petite taille (< 5 nm) ou hydrophiles), elles passent dans les urines suite à leur filtration glomérulaire.

En dehors de sa fonction métabolique, le foie est également une voie majeure d'excrétion pour les NP, notamment si elles sont à base de lipides. L'excrétion se fait à travers les hépatocytes via la voie de production de bile.

D'autres voies d'excrétion existent comme les poumons, le lait ou la sueur.

7. Pharmacodynamie

« Accès au site d'action moléculaire »

7.1. Les franchissements des membranes cellulaires

Lorsqu'un PA veut atteindre son site d'action moléculaire, il aura au moins une membrane cellulaire à franchir, Les PA vont avoir des capacités diverses pour franchir ce type de barrière et le recours aux NV est une des nouvelles stratégies permettant de faciliter ce franchissement (Akita et al. 2009) [15].

7.1.1. Le franchissement complet de la membrane

Ce franchissement peut être direct par diffusion à travers la bicouche de phospholipide, sinon il nécessite l'utilisation de protéines membranaires, des facteurs de déstabilisation des membranes, comme les lipides cationiques, par diffusion passive ou active [15].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

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7.1.2. Le franchissement partiel de la membrane à l'aide de vésicules

Ce type de franchissement ne permet pas aux PA d'accéder directement au cytosol.

Figure 15: les principales voies de franchissement des NV à travers la membrane cellulaire [59].

Cependant il peut permettre à certains d'accéder à leur site d'action. Les PA transportés peuvent être alors beaucoup plus volumineux et ne sont donc pas nécessairement libérés rapidement de leurs NV. En effet ces vésicules peuvent fusionner ou mâturer pour délivrer leur contenu dans différents compartiments cellulaires [15].

? Phagocytose: concerne des particules de tailles +/- importantes recouvertes d'opsonines.

? Macropynocytose: ressemble au mécanisme de phagocytose cependant concerne des particules de petite taille.

Ces deux mécanismes utilisent des protéines d'actine pour réaliser l'exvagination de la membrane cellulaire.

? Endocytose :

? Mediée par la clathrine: c'est la voie la plus utilisée par les NV. ? Médiée par les cavéolés.

? Autres mécanismes d'endocytose indépendants.

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

32

7.1.3. Facteurs favorisant le franchissement

? Utilisation de molécules favorisant la traversée:

+ Les molécules agissant directement sur la membrane.

+ Les molécules activant des mécanismes cellulaires de franchissement.

+ Les molécules ayant un effet sur le milieu contenu dans l'enceinte (éponges à protons).

? Utilisation de facteurs extérieurs physiques:

+ Une exposition à un champ électrique. + Utilisation d'ultrasons.

+ Utilisation d'un champ magnétique [15].

7.2. Les cheminements intracellulaires

7.2.1. Le hyaloplasme

Le PA ou le NV devra se mouvoir jusqu'à son site d'action moléculaire, qu'il soit dans le hyaloplasme ou dans un organite (ex : noyau). Or ce cheminement est freiné par le hyaloplasme, c'est-à-dire le cytosol et le cytosquelette. des NV pouvant être conçus pour améliorer le cheminement intracellulaire des PA encore encapsulés dans les NV (Akita et al. 2009). Il est même envisageable d'utiliser le cytosquelette pour véhiculer les PA dans la cellule, comme certains ARNs qui utilisent le cytosquelette pour se déplacer dans les oligodendrocytes (Ainger et al.1993) [15].

Chapitre II Nanomédicament Et Cancer

33

Figure 16: le cheminement intra cellulaire des NV [59].

7.2.2. Le trafic vésiculaire

Les vésicules intracellulaires se déplacent grâce au cytosquelette. En conséquence les PA ou les NV contenus dans ces vésicules vont cheminer de manière active dans le hyaloplasme, cependant leur itinéraire sera alors dépendant de ces vésicules et de leurs centres d'aiguillage. Ces itinéraires et les paramètres les influençant peuvent être différents selon le type de cellule et son activité.

La majorité des stratégies développées, l'ont été pour éviter l'orientation vers les lysosomes qui entraînent généralement la dégradation des PA et des NV, pour modifier l'itinéraire il faut :

? Connaître la destination naturelle de la vésicule et donc le choix de la voie d'endocytose empruntée pour entrer dans la cellule.

? La destination souhaitée « l'orientation déterminée dans les centres d'aiguillages » [15].

CHAPITRE III :

NANOMEDICAMENT

ET CANCER

ESSAIS PRECLINIQUES

Chapitre III Essais Précliniques

34

Il est possible de construire des nanotechnologies « intelligentes », car nous disposons aujourd'hui d'une grande variété de matériaux et de biomatériaux qui peuvent être mis en oeuvre suivant des procédés astucieux. Il est ainsi possible de préparer des NV de morphologie très variée : liposomes, nanoparticules à base de polymères systèmes matriciels (nanosphères) ou réservoirs (nanocapsules), micelles, NP d'oxyde de fer, dendrimères, ...etc. (Fig17) [16].

Figure 17: Architecture des nanotechnologies utilisées pour la vectorisation des médicaments [16].

Tous ces NV sont constitués de deux composants principaux :

Un « coeur » et une « couronne » qu'il est possible d'équiper de fonctionnalités adaptées à l'objectif thérapeutique.

35

Chapitre III Essais Précliniques

La « couronne »:

· La furtivité : consiste à équiper la couronne de polymères hydrophiles et flexibles comme les polyéthylènes glycols « PEGylation »afin d'obtenir un effet de répulsion stérique.

· Le ciblage : grâce à des ligands capables de reconnaître des récepteurs spécifiques afin de pouvoir délivrer les médicaments qu'ils transportent à l'intérieur de la cellule cible.

Le « coeur »:

· Le « coeur » des NV permet d'encapsuler des molécules biologiquement actives pour les rendre «Invisibles» vis- à-vis des mécanismes de résistance.

· permet aussi l'encapsulation de molécules fragiles« Bio

mimétiques », comme l'ADN « qui ne serons pas élucidé dans ce mémoire ».

· Il est aussi possible d'associer, au sein d'un même NV, deux ou plusieurs molécules agissant sur des cibles différentes mais complémentaires d'une même pathologie.

· L'utilisation de matériaux « intelligents » et sensibles à un stimulus physique ou chimique permet de contrôler la libération du PA dans le temps et dans l'espace.

Figure 18: Schéma représentatif des deux parties constituant le NV.

36

Chapitre III Essais Précliniques

1. Méthodologie de sélection

Une recherche d'articles publiés au cours de la période 2000-2013 et seulement quelques articles des années 90 ont étaient retenus ayant était pertinent et importants, concernant les études précliniques cette recherche a été effectuée sur un certain nombre de bases de données. Ainsi ont été plus particulièrement consultées : Science direct- Springer link - Annual reviews -Hindawi publishing corporation - National cancer institute -RSC publishing - Pubmed -BMJ Journals -Drug and therapeutics bulltin -Springer ref. En utilisant les mots clés suivant : Nanomedicine cancer drug delivery system state of the art. Ces derniers ont été associés à chacun de ces caractères : resistance- squalen -stealthness temperature,magnetic,PH stimuli responsive -blood brain barriere -clinical trial- combination.

L'augmentation du nombre de brevets et de publications s'est considérablement accélérée depuis 2000 (Fig.19), au départ on obtenus près de 117550 publications, alors on a pris un échantillon de 588 études « complètes et non répétées »aléatoirement puisque l'analyse est manuelle et la durée de recherche est très courte. On a divisé le travail en 4 étapes celle-ci étant la première, chaque étape avait ces critères d'exclusions (thérapie génique, imagerie,...) et d'inclusion, aboutissant ainsi au nombre final inclus dans cette étude N=28, Les détails sont représenté dans la figure20.

Figure 19: Le nombre des publications sur les nanomédicaments entre1940 et 2010.

Concernant les données des essais cliniques ainsi que les Nm approuvés et ayant eu une autorisation de mise sur le marché, nous avons taché à ce que les bases de données soit officiels :

? USA : en utilisant la page officielle du FDA (Food and Drug Administration).

? Europe : en utilisant la page officielle EMA (European Medicines Agency).

L'autorisation de mise sur le marché des NM contre le cancer en Algérie n'a pu être confirmé ni infirmée à cause d'un manque d'informations dans le domaine et de sources officiels.

Chapitre III Essais Précliniques

Échantillonnage

Identification

Criblage

Inclusion

Figure 20: Le diagramme des étapes de sélection des études incluses dans le mémoire.

nanocristaux, nanotubes de carbone, nanorobots)

N=128

Etudes systématiques N=20

Etudes anciennes « avant

N=37

synthèse et préparation

Absence de preuves

matériels visuels(coupes
histologiques -
volume tumoral-
observations

Autres (fullerenes,

microscopiques )

Imagerie N=45

N=42

2000 »

N=11

N=117551
Science direct N=4148
Springer link N=873
Annual reviews N=220
Hindawi publishing corporation N=10
National cancer institute N=29
RSC publishing N=369
Pubmed N=124
BMJ Journals N=109000
Drug and therapeuticsbulltin N=2745
Springer ref N=33

N=226

Squalene N=8

Resistance aux cancers N=13

Furtivité N=21

Association de plusieurs

principes

actifs N=4

bHE/BC N=34

stimuli responsive

? température N=6

? PH N=17

? Champs magnétique N=1

Essais cliniques N=87

Ciblage actif N=23

N=28

Études incluses

N=588 études

N=174

analysant le volume tumorale

et le taux de survivants

N=98

Essais cliniques non pris-

en considération dans les

dossiers AMM des NM

commercialisé choisis

numériques scientifiquement

Thérapie génique N=23

quantifiables (courbes

Etudes générales

N=156

Absence de données

graphes tableaux)

N=10

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Chapitre III Essais Précliniques

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2. Les études précliniques prouvant les propriétés de la couronne

La furtivité

Le ciblage

Figure 21: Schéma représentatif des principales propriétés de la couronne de NV.

Chapitre III Essais Précliniques

39

2.1. La Furtivité

Afin d'éviter l'opsonisaton des NV par les macrophages « cellules de kupffer » dans le foie et la rate on peut équiper ces NV de polymères hydrophiles et flexibles comme les PEG, on parle alors de « PEGylation »qui, par un effet de répulsion stérique, et vont empêcher l'adsorption des protéines plasmatiques à la surface des NV [16].

Dès le début des années 1990, les équipes de Dimitri Papahajopoulos (Université de San Francisco, USA) et d'Alberto Gabizon (Hadassah Medical Center, Jérusalem) ont montré que des liposomes PEGylés, chargés en doxorubicine (DOX), avaient une efficacité remarquable dans le traitement de tumeurs expérimentales solides. Cette découverte a abouti à la mise sur le marché du Doxil [16].

Ainsi l'équipe de Donatella Paolino en Italie a amélioré l'activité antitumorale in vitro de la Gemcitabine (GEM), agent anticancéreux rapidement désaminé au métabolite inactif, en la piégeant dans des LUL pégylés. Récemment (2010), ils ont étudié l'efficacité in vivo de la formulation L-GEM Gemcitabine liposomale (5 mg /kg) par rapport au produit commercial antitumorale Gemzar® (50 mg /kg) sur un modèle de xénogreffe du cancer de la thyroïde anaplasique [17].

? Liposomes unilamellaires PEGylés chargé en Gemcitabine vs GEMZAR® in vivo [17]. L'enquête pharmacocinétique du médicament démontre que les liposomes favorisaient l'accumulation du PA à l'intérieur de la tumeur et ils augmentaient sa demi-vie plasmatique. En outre, aucun signe de toxicité sanguine n'a été observé.

L'analyse histologique des masses tumorales provenant d'animaux soumis à divers traitements ne montrait aucune différence significative dans l'organisation du tissu tumoral, démontrant ainsi qu'aucune variation dans le profil pharmacodynamique de la drogue n'a eu lieu après son encapsulation dans des liposomes pégylés.

Après 4 semaines de traitement, le volume des tumeurs chez les souris traitées avec L-GEM (5 mg /kg) et Gemzar® (50 mg /kg) a été comparable (0,9cm3), tandis que celle des souris traitées avec une solution saline était plus élevé (2,3 cm3). Le traitement de Gemzar® (5 mg /kg) à la même dose de médicament L-GEM n'a donné aucun effet anticancéreux efficace et aucune différence significative par rapport au groupe témoin (Figs. 23B et 22).

Chapitre III Essais Précliniques

Figure 22: Histological analysis of neoplastic masses excised from immunodeficient NODSCID mice bearing human anaplastic thyroid xenograft tumors following their scarification at the end of the experiments. Sections with a thickness of 7-10 pm were sliced and stained with the eosin B/hematoxylin method. The photos of the analyzed tumor masses were reported close to the respective histological slices. Animals were treated with saline (control group), GEMZAR® (50 mg/kg) and L-GEM (5 mg/kg).

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Figure 23: In vivo antitumoral effects of GEMZAR® (5 mg/kg and 50 mg/kg) and L-GEM (5 mg/kg) in immunodeficient NOD-SCID mice bearing human anaplastic thyroid xenograft tumors. Animals were treated i.v. (200 pl) every three days for four weeks. Variation of tumor volume (panel A) as a function of both type and duration of treatment. Symbols: , control group (treatment with saline); + (5 mg/kg) and ? (50 mg/kg), treatments with GEMZAR®; , treatment with L-GEM. The blank group (treatment with unloaded liposomes) showed similar values to those resulting in the control group (data not reported). At the end of experimentation, animals were sacrificed and the tumor masses were excised and weighed (panel B). No significan difference was observed between control and blank groups. Results are the mean of three different experiments#177;standard deviation. Statistical analysis was performed by one-way ANOVA: *Pb0.05; **Pb0.001.

Chapitre III Essais Précliniques

2.2. Le ciblage

Si les nano vecteurs « furtifs » permettent l'extravasation sélective au niveau tumoral, ils nécessitent néanmoins, dans certains cas, d'être équipés de ligands capables de reconnaître des récepteurs spécifiques afin de pouvoir délivrer les médicaments qu'ils transportent à l'intérieur de la cellule cible. À titre d'exemple, citons [16] :

? Des Ligands de cellules tumorales différentielles ciblés par des anticorps anti HER2 (Herceptin ®) et anti-CD20 (Mabthera ®) couplé à des NP.

University of Geneva, University of Lausanne Switzerland 2007 [18].

Dans cette étude ,295 anticorps monoclonaux (mAb) anti-HER2 et 557 anti-CD20, respectivement, ont été couplé de manière covalente avec des NP (250 nm). L'interaction spécifique entre des cellules tumorales et mAb-NP a été déterminée par microscopie confocale en utilisant deux lignées cellulaires: SKOV-3 cellules

cancéreuses ovariennes humaines
(surexprimant HER2) et Daudi les cellules de lymphomes surexprimant (CD20). Les résultats ont montré le ciblage sélectif de mAb-NP aux cellules tumorales surexprimant l'antigène spécifique. Les (anti-HER2 NP) étaient internalisé efficacement. En outre, on a montré une localisation cellulaire différente des NP en fonction du type d'interaction anticorps antigène impliqué (Fig24).

41

Figure 24: Specific interaction of mAb-NPs in SKOV-3 and Daudi cells studied by confocal laser scanning microscopy (objectif: 63×). Cell membranes were stained in red with Concanavalin A AlexaFluor® 594 conjugate, whereas NPs were stained in green with DiO. The cells were incubated with 1mg/ml mAb labeled NPs or non-conjugated NPs at 37 ?C for 6 h. (A and D) Anti-HER2 NPs; (B and E) anti-CD20 NPs; (C and F) unmodified NPs. Note: In (A) the clear distinction of red membranes and green anti-HER2 NPs, since the latter are internalized and therefore dissociated from the cell membrane, while in (E) the binding of anti-CD20 NPs to the cell membrane leads to the superposition of green and red fluorescence and appearance in yellow.

Chapitre III Essais Précliniques

? Des NP de poly (lactide-co-glycolide) décoré de Folate-vitamine E (TPGS) pour la

livraison ciblée de Doxorubicine. National University of Singapore 2007 [19].

Figure 25: (a) MCF-7 and (b) C6 cancer cell viability of DOX in free form or formulated in the 0% , 20%,33% and 50% TPGS-FOL NPs (n 1/4 6).

Dans cette étude, des NP conjugué à la DOX et le poly (lactide-coglycolide) et vitamine E TPGS (DOX-PLGA-TPGS) conjugué ont été synthétisé par l'équipe de Z. Zhang pour cibler des tumeurs riches ayant comme récepteur surexprimé le folate. Les NP (350nm) ont montré un effet significatif in vitro sur les MCF-7 (les cellules du cancer du sein) et (des cellules tumorales du cerveauC6), ce qui a entraîné une cytotoxicité supérieure et une meilleure absorption cellulaire en comparaison avec la DOX libre. Les résultats impliquent que les NP décorés en folate (TPGS-FOL et DOX-PLGATPGS) pourraient avoir un grand potentiel pour l'utilisation des chimiothérapies

ciblées (Fig25).

42

Figure 26: Confocal laser scanning microscopy (CLSM) of C6 cancer cells incubated with DOX (a) in free form, or formulated (b) in the NPs of noTPGS-FOL component in the blend matrix (i.e., the 0% TPGS-FOL NPs) or (c) in the 50% TPGS-FOL NPs for 3 h at 37 1C.

Chapitre III Essais Précliniques

43

? Cytotoxicité accrue des PEG-liposomes chargés en Doxorubicine et modifiés

par des anticorps monoclonaux 2C5 in vitro. Northeastern University USA 2007 [20].

L'équipe d'A. Elbayoumi a lié des Liposomes pegylé chargé en Doxorubicine (Doxil) avec l'anticorps monoclonal 2C5 nucléosome spécifique (mAb 2C5) pour la reconnaissance d'une large variété de cellules tumorales par les nucléosomes liés à la surface des cellules. Ils ont démontré une augmentation de la liaison in vitro et l'intériorisation par plusieurs lignées de cellules cancéreuses (murine LLC, 4T1, 6 et humaines BT-20, MCF-7 et PC3), par cytométrie en flux (FACS) et la microscopie confocale. En conséquence, L'internalisation spécifique de l'anticorps monoclonal 2C5-Doxil TM dans le cytosol, ainsi que la localisation nucléaire de la charge de médicament, à l'intérieur des cellules cancéreuses a donné une cytotoxicité nettement plus élevé, y compris celles résistantes à la DOX (Fig27).

Figure 27: In vitro cytotoxicity results using different cancer cell lines. Upper panels -cytoxic effect of different concentrations of IgG-DoxilTM () and mAb 2C5-DoxilTM () on cancer cells; lower panels - cytotoxicity of various preparations at the fixed concentration of IgG-DoxilTM and 2C5-DoxilTM (as 100ug/ml free doxorubicin) and same concentration of 2C5-liposomes (as lipid). 4T1 murine cell line, I; murine 6 cell line, II; and human PC3 cell line, III.

Chapitre III Essais Précliniques

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? Administration ciblée de Paclitaxel en utilisant des NP de poly (lactide)

décorées de folate vitaminE (TPGS). Feng National University of Singapore 2008 [21].

L'équipe de J. Pan a synthétisé des NP de copolymères pour la chimiothérapie ciblée avec le Paclitaxel conjugué au folate pour le ciblage. L'efficacité d'encapsulation de médicaments et la libération du médicament in vitro ont été mesurées par une chromatographie en phase liquide de haute performance (HPLC).la formulation NP a un grand avantage par rapport au PA libre à atteindre un meilleur effet thérapeutique, qui a augmenté de 8,68% pour les MCF-7cellules, le ciblage par les folates peut favoriser considérablement la délivrance du médicament dans les cellules cancéreuses correspondantes et renforcer ainsi son effet thérapeutique (Fig28).

Figure 28: In vitro viability of (A) MCF-7 and (B) C6 cells after 24 h (A1, B1) or 48 h (A2, B2) treatment of paclitaxel formulated in the 0% TC NPs, 16.7% FD NPs,33.3% FD NPs or in its current clinical dosage form Taxol^® at the same 25 mg/ml drug concentration at 37 °C (n 1/4 6).

Chapitre III Essais Précliniques

? L'Efficacité de micelles chargées de Doxorubicine ciblé par des galactopeptides

contre les hépatomes. Chinese Academy of Sciences 2013 [22].

Des micelles de Polymères portant un groupe galactosyl sont utilisées par l'équipe de J Ding pour l'administration ciblée de DOX aux cellules d'hépatome (HepG2 et SMMC7721) avec récepteur asialoglycoprotéine (ASGP-R) qui sera comparé avec des NP pégylées et DOX libre:

? In vitro, la libération de DOX s'est accélérée grâce à la reconnaissance entre le ligand galactose et les cellules ASGP-R de HepG2, l'endocytose des NP a été considérablement favorisé, ce qui a été démontré par microscopie confocale et la cytométrie en flux.

? In vivo, en utilisant un HepG2 modèle de xénogreffe de souris nude .Le volume de la tumeur et le poids corporel ont été contrôlée sur une période de traitement de 11 jours, les NP galactosylées étaient les plus efficaces pour supprimer la croissance de la tumeur par rapport à la DOX libre et NP pégylées. L'efficacité antitumorale inférieure des NP pégylées était probablement attribuée à sa mauvaise absorption cellulaire par les cellules HepG2, indiquant la

nécessité d'introduire le ligand de ciblage (Fig29).

45

Figure 29: Antitumor efficacies in vivo (A) and body weight changes (B) of HepG2 human hepatoma xenografted female BALB/c nude mice treated with PBS (a), free DOX (b), and nanomedicines from PMLG7-b-PLGA22 (c) and PGLG7-b-PLGA22 (d). Each formulation was administered on days 0, 3, 6 and 9 by tail-vein injection with a dosage of2.0 mg DOX per kg body weight for injection of free DOX and nanomedicines. Data were presented as mean#177;standard deviation (n=6) (*pb0.001).

Chapitre III Essais Précliniques

46

La principale difficulté d'application du ciblage actif réside dans la relative rareté de ligands spécifiques, Afin de contourner cette limitation, l'équipe de Kohane propose une nouvelle idée innovante et assez pertinente en sortant du principe générale du ciblage par contradiction [16].

? Le ciblage des NP par la lumière. MIT & Harvard Medical School 2010 [23].

Les auteurs de cette publication ont pu recouvrir les nanoparticules non pas par des molécules ciblant spécifiquement un type de cellules mais au contraire par des peptides qui permettent l'accrochage des nanoparticules sur un grand nombre de types dans un premier temps et à inhiber l'interaction de ce peptide, puis à le rendre actif seulement dans la zone à traiter.

Cette stratégie a été validée in vitro en fonctionnalisant des nanoparticules commerciales par le peptide (des acides aminés : GGGGYIGSR Alors que YIGSR est connu pour interagir avec les intégrines ß 1 présentes sur la quasi-totalité des types cellulaires, le greffage du4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) sur ce peptide inactive sa capacité à adhérer sur l'intégrine Ainsi l'illumination de cellules en présence des particules couvertes par le peptide inactif favorise l'accrochage des nanoparticules sur les cellules en raison du départ du groupement inhibiteur DMNB induit par les photons UV .

L'équipe de Kohane a donc réussi à développer une stratégie permettant un ciblage actif et spécifique commandé par la lumière. En raison de son caractère universel cette preuve de concept obtenue par des expériences in vitro mérite d'être validée in vivo. Ainsi pour Atteindre un tel objectif nécessite l'utilisation de fibres optiques pour acheminer la lumière dans la zone à traiter (Fig30).

Figure 30: The photo-targeted nanoparticle concept. A non-specific ligand on the surface of the nanoparticles is caged, rendering it non-functional. Upon illumination, the caging group is released, the ligand is activated and the nanoparticle can bind to the illuminated tissue. The lower portion of the figure shows the chemistry of the targeting moiety as it relates to the events schematized above. The GGGGYIGSR-NH2 peptide is caged on tyrosine with a 4, 5-dimethoxy-2-nitrobenzyl group (DMNB, Blue). After illumination the caging group is released and the targeter becomes active.

Chapitre III Essais Précliniques

2.3. Le ciblage des cancers du cerveau à travers la barrière hémato encéphalique.

Grace au ciblage on a pu parvenir à traverser la BHE pour le traitement des cancers du cerveau .Le Neuroblastome (NB) est la tumeur solide extra-crânienne la plus fréquente chez l'enfant. Dans les stades avancés de la maladie, le pronostic est médiocre et les traitements ont une efficacité limitée cependant, les NM peuvent apporter une solution à cet échec thérapeutique [16].

? Fenretinide Immunoliposomal: un nouveau médicament anti-tumorale du neuroblastome humain.

L. Raffaghello Children's Hospital Italy& University of South California USA 2003 [24].

Le fenretinide de rétinoïde synthétique (HPR) induit une apoptose dans NB et des lignées cellulaires de mélanome. On a signalé dans une potentialisation in vitro des effets cytotoxiques sur les cellules de mélanome lorsque le PA est incorporé dans des immunoliposomes GD2 ciblées (anti-GD2-SIL-HPR).

In vitro, anti-GD2-SIL-HPR a présenté une sélectivité accrue et l'efficacité dans l'inhibition de la prolifération cellulaire du NB par l'induction de l'apoptose en comparaison avec le PA libre.

In vivo, dans un modèle métastatique de NB l'anti-

GD2-SIL-HPR inhibe complètement le
développement de métastases macroscopiques et microscopiques par rapport aux témoins. Cependant, l'effet antitumorale similaire, mais nettement moins puissant a été observé également chez les souris traitées avec immunoliposomes anti-GD2 sans HPR (anti-GD2-SIL-vierge) ou des anti-GD2 mAb seul. En outre, les résultats démontrent clairement que, même si anti-GD2 mAba eu un effet anti tumoral fort dans ce modèle in vivo, 100% de curabilité a été obtenu seulement après un traitement par anti-GD2-SIL-HPR (Fig31).

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Figure 31: Kaplan-Meier survival curves of CD1 nude/nude mice treated with different liposomal HPR formulations. The animals (n 1/4 10 animals/group) were injected i.v. with 3 £ 106 HTLA- 230/mouse, and treated after 4 h with different HPR formulations for 5 days. Treatments: control, HEPES Buffer pH 7.4 (); free HPR, 15 mg/Kg/total dose (); SL-HPR, 15 mg/Kg/total dose(?);anti-GD2 mAb, 2 mg mAb/Kg/total dose mAb ( + ); anti-GD2-SIL-blank, 2 mg mAb/Kg/total dose ( X ); anti-GD2-SIL-HPR, 15 mg HPR/Kg/total dose and 2 mg mAb/Kg/total dose (). The experiment has been repeated three times with similar results.

Chapitre III Essais Précliniques

Figure 33: Anti-tumor efficacy of various DOX formulations evaluated by relative tumor volume. Nude mice bearing U87 armpit tumor were given physiological saline, free DOX, DOX-loaded LS and DOX-loaded ClTx-LS of 5 mg/kg DOX via tail vein every 3 days for 3 times, respectively. Each dose was indicated by a bold arrow. Relative tumor volume=tumor volume/primary tumor volume. Data represented as mean#177;SD (n=6). *PN0.5, **Pb0.005, ***Pb0.001 vs saline; ÄPb0.005 vs LS.

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Figure 32: In vivo fluorescent images of U87 tumor bearing mice of orthotopic model given physiological saline, free DiR, DiR-loaded LS, and DiR-loaded ClTx-LS via tail vein, 4 h (A), 6 h (B) and 24 h (C) after administration, respectively, and ex vivo fluorescent image of brains (D) after 24 h. Rightmost figure: H&E stained excised brains of the mice after in vivo imaging, exhibiting the infiltrative growth pattern of glioma cells.

? Ciblage des Canaux de chlorure des gliomes du cerveau par des Liposomes chargés en doxorubicine modifiés par la chlorotoxin.

Peking University, ChinaY. Xiang 2011 [25]. Le chlorotoxine(CLTX), est un peptide dérivé de scorpion, et qui présente une spécificité élevée aux gliomes, était fixé au liposomes100 nm chargé de DOX CLTX (DOX) afin de cibler le gliome cérébral. ? In vitro la distribution uniforme, l'haute efficacité d'encapsulation et la capacité de charge adéquate des sondes fluorescentes et médicament anticancéreux a été démontré quantitativement par le spectro-photo-fluoromètre et la cytométrie en flux et qualitativement par la microscopie confocale ainsi CLTX facilite l'absorption et la cytotoxicité des liposomes pour les trois lignées cellulaires de gliome et une endothéliale (Fig32).

? Chez les souris BALB /c portant des xénogreffes de tumeur U87.Les liposomes CLTX modifié montré plus d'accumulation dans les tumeurs intracrâniennes, une inhibition de la croissance tumorale élevée et une toxicité inférieur du sang (Fig33).

Chapitre III Essais Précliniques

? Liposomes chargés de Doxorubicine modifiés par la Lactoferrine pour le traitement

des gliomes. Sichuan University chinaH. Chen 2011[26].

Dans cette étude, des liposomes procationique chargé de la DOX et modifiés par la lactoferrine (DOX-LF-PCL) ont été développé, l'effet thérapeutique pour le gliome a été évaluée.

? In vitro, Le profil d'absorption de diverses formulations DOX par le cerveau « cellules endothéliales BCEC et des cellules de gliomeC6 » ont été étudiés par le microscope confocal à balayage et cytométrie de flux (Fig34).

? In vivo, Un modèle de tumeur intracrânien chez le rat a été utilisé. Cinq groupes de rats porteurs d'un gliome (n total = 50) ont été soumis à trois cycles de 2,5 mg / kg de DOX dans différentes formulations ou une solution saline normale (NS) et analysées (Fig35).

Les résultats ont montré que, par rapport à la solution DOX, les liposomes chargés de DOX (DOX-Lips), DOX-PCLs et DOX-LF-PCLs ont montré une amélioration des performances de l'efficacité d'absorption dans BCEC et des cellules C6.

DOX-LF-PCLs pourrait considérablement prolonger le temps de survie.

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Figure 34: Antiproliferative curve of various DOX formulations against C6 (n = 3, /P < 0.05, /P < 0.01, /P < 0.001 versus the DOX solution treatment; _P < 0.05, ___ P < 0.001 versus the conventional liposome treatment; __P < 0.01 versus the PCLs treatment, respectively).

Figure 35: Percentage of survival (Kaplan-Meier plot) of rats with intracranially transplanted glioma C6 after intravenous injection of 2.5 mg/kg DOX each on days 3, 6 and 12 using one of the DOX preparations.

Chapitre III Essais Précliniques

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? Doxorubicine encapsulé par des Dendrimeres PEGylés et conjugués avec RGD contre

le gliome, in vitro et in vivo. Fudan University, China L. Zhangis2011 [27].

Arg-Gly-Asp (RGD) se sont des peptides ayant été identifiés pour une forte affinité avec l'intégrine atb3 (molécule d'adhésion particulièrement connu pour son rôle dans la progression du cancer et est

surexprimé dans les mélanomes, glioblastome, des ovaires, du sein et de la prostate) dans cette étude on l'a conjugué avec des Dendrimeres poly amido amine pégylé (PAMAM) encapsulant la (DOX). (RGD-PPCD).

Figure 36: In vitro cytotoxicity against C6 cells after 60 h of incubation. (a) PAMAM dendrimer and the modified PAMAM conjugates, /P < 0.05; #P < 0.01, as compared with PEG-PAMAM at the same concentration; (b) DOX, PPCD, RGD-PPCD, PPSD, and RGD-PPSD conjugates (insert: IC50 values of free DOX and the DOX-polymer conjugates after 60 h of incubation). Data were expressed as mean #177; standard deviation (n = 3).

? In vitro, la (RGD-PPCD) améliorait la cytotoxicité à la suite de l'absorption cellulaire accrue du RGD conjugués modifié par cellules C6 (Fig36).

? In vivo, l'activité antitumorale et la biodistribution ont été étudiés dans un modèle murin orthotopique de gliome C6 .En comparaison avec une solution DOX libre, tous les conjugué ont prolongé la demi-vie et une plus grande accumulation dans la tumeur au cerveau que dans tissu normal. RGD-PPCD a été 2 fois plus accumulé dans la tumeur, il présentait les durées de survie plus longue parmi tous les groupes de traitement (Fig37).

Figure 37: In vivo effects of DOX solution and DOX-polymer conjugates after intravenous administration at a dose of 7.5 mg DOX-equiv /kg on the survival of brain tumor-bearing ICR mice. Saline, DOX, RGD-PPCD, and RGD-PPSD: n = 13; PPCD and PPSD: n = 11. (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article).

Chapitre III Essais Précliniques

· Des dispositifs Supramoléculaires pour améliorer le traitement des maladies

cérébrales. University `Magna Græcia' of Catanzaro Italie Donatella Paolino 2011 [28].

Il a été montré que les liposomes cationiques, du 1,2-dioléoyl-3-triméthylammonium-propane (DOTAP),le 1,2-dioléoyl-sn-glycéro-3 phosphoéthanolamine(DOPE), sensible au pH , PEGylés conjugué au diorthoester (POD)lipides, FITC-dextran-lysine, sont rapidement accumulés dans les cellules du cerveau après la perfusion .La répartition spatiale des liposomes dans le cerveau a été étudiée en utilisant des liposomes fluorescents. Les résultats obtenus en utilisant un scanner fluorescent et la microscopie confocale à balayage laser (CLSM) ont montré que :

· Les liposomes peuvent diffuser dans les différents compartiments de matière grise, CLSM a souligné le fait que les liposomes revêtus de macromolécules de dextran diffusée dans une plus grande zone du cerveau par rapport aux liposomes non revêtus.

· Les liposomes chargés positivement ont été retenues au niveau du site de perfusion à l'égard de ceux neutres ou négativement chargé (Fig38).

Une autre technique utilisée pour évaluer la répartition des liposomes dans le parenchyme cérébral en utilisant l'Imagerie par résonance magnétique en temps réel (MIR).pour quantifier la répartition du volume cérébral de NP. Gadotéridol (GDL), un complexe de molécules de gadolinium utilisé comme un agent de contraste, est encapsulé dans des liposomes comprenant des phospholipides neutres, du cholestérol et PEGylé. Dans les expériences in vivo, la répartition des liposomes GDL-chargés dans le tissu cérébral de rat est immédiatement obtenue (Fig39).

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Figure 38: Extensive distribution of fluorescent liposomes in CNS. (a) Almost complete coverage of rodent striatum by a 20-2l liposome infusion; (b) distribution visualized by UV light in primate putamen after 66-2l infusion; (c) view of liposome distribution in putamen immediately after infusion procedure.

Figure 39: 3D reconstruction of primate gadoteridol (GDL) infusion. 3D reconstruction of Vd demonstrates the relationship between GDL infusion and brain structures, and also allows volumetric measurements. Future applications are likely to use this feature for planning purposes of distribution in vivo.

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Chapitre III Essais Précliniques

? Le transport de Doxorubicine à travers la barrière hémato-encéphalique par des NP.

Goethe-University Germany& Nanosystem Ltd Russia 2012 [29].

Figure 40: Micrographs of the cortex region of SV 129 mice 15 min after injection of Apo Emodified nanoparticles. The nanoparticles (dark spheres indicated by arrows) were seen inside the endothelium cells (a and b). (a) shows a cross section of a blood vessel in the cortex region with two nanoparticles in the endothelium cell and one nanoparticle still in the lumen of the vessel. (b) shows a higher magnification of the same micrograph.

La livraison de médicaments, qui ne sont généralement pas capables de traverser la BITE, dans le cerveau a été confirmée par les études de biodistribution et des dosages pharmacologiques

chez les rongeurs(Fig40).
En outre, la présence de NP dans le parenchyme cérébral a été visualisée par microscopie électronique. Les NP polymères biodégradables chargées en DOX et injectés par voie IV, ont été utilisés avec succès afin d'inhiber significativement le

glioblastome expérimentale (Fig41).
Ces données, ainsi que la possibilité d'utiliser des NP pour la livraison de protéines et d'autres macromolécules à travers la BITE, suggèrent que cette technologie est très prometteuse pour le traitement non invasif des maladies du système nerveux central (Fig42).

Figure 41: Inhibition of rat 101/8 glioblastoma growth in rats after treatment with doxorubicin-loaded PBCA nanoparticles. The 101/8 glioblastoma was implanted into the brain hemisphere of Wistar rats. Untreated animals (Control) and animals treated by intravenous injections of doxorubicin (3×1.5 mg/kg on days 2, 5, and 8) in form of a solution (DOX-sol) or bound to polysorbate 80-coated PBCA nanoparticles (DOX-NP+ PS 80) were sacrificed at the indicated time points. The haematoxylin-eosin staining of representative brains is displayed. Note the decreased tumor size in the DOX-sol and especially the DOX-NP+PS 80 group.

Figure 42: NGF concentrations in murine brain after i.v. injection of different NGF preparations: Col. 1: 0,9% NaCl solution (i.v.), Col. 2: NGF (5 jig/mouse, i.v.). Col. 3: PBCA NP (9 mg/mouse, i.v.), Col. 4: NGF (5 jig/mouse mixed with 1% PS 80 solution,i.v.), Col. 5: NGF (5 jig/mouse, absorbed on PBCA nanoparticles, i.v.), Col. 6: NGF(5 jig/mouse, absorbed on PBCA nanoparticles coated with PS 80, i.v.).

Chapitre III Essais Précliniques

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2.4. Le ciblage à travers la membrane cellulaire

Il est nécessaires d'accroître notre compréhension de la façon dont ces particules sont prises en charge et transportés au sein des cellules, et dans quelle mesure ils sont métabolisés et sécrétés. Cette enquête fournit de nouvelles connaissances sur le mécanisme de livraison intracellulaire [16].

? La livraison des médicaments aux membranes cellulaires par encapsulation dans des

micelles PEGylés. Chinese Academy of SciencesChina J. Wang 2012 [30].

Les auteurs ont testé des micelles de polyéthylèneglycol-phosphatidyléthanolamine (PEG-PE) à l'aide d'une série de techniques de fluorescence. Ils ont démontré que :

? Les copolymères de micelles PEG-PE transféraient à travers la membrane de la cellule en raison de leurs propriétés amphiphiles, et sont ensuite internalisés par endocytose non spécifique et distribués dans le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi, mais pas au noyau, lysosome ou mitochondries et sans affecter l'ATP et la viabilité cellulaire.

? La Distribution subcellulaire de PEG-PE pourrait dépendre en grande partie de PE pour la perméabilité de la membrane cellulaire (Fig43).

Figure43: (C) Internalization of free doxorubicin (F-DOX) and PEG-PE encapsulating doxorubicin (M-DOX) in A549 cells over a period of 30 min. Cells were incubated with 20 pM F-DOX or M-DOX. (D, E) Intracellular locations of F-DOX and M-DOX in A549 cells. Cells were stained with organelle trackers after incubation with 20 pM F-DOX or M-DOX for 2 h. Scale bar=10 pm.

Chapitre III Essais Précliniques

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3. Les études précliniques prouvant les caractères du Coeur

Rendre les anticancéreux « invisibles »

vis- à-vis des mécanismes de résistance

Association de plusieurs principes actifs.

L'utilisation de matériaux

« Intelligents » et sensibles à un stimulus physique ou chimique.

Figure 44: Schéma représentatif de principales propriétés du coeur des NV.

Chapitre III Essais Précliniques

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3.1. Réduire la résistance aux anticancéreux

? Des NP chargés de Doxorubicine pour contourner la résistance des cellules tumorales.

Univ Paris-Sud, CNRS France & univ Catholique de Louvain, Belgique : 1990 [31].

Les auteurs de cette publication P. couvreur et al ont évalué l'effet de la DOX encapsulée par des nanoparticules NP .Ils ont comparé la cytotoxicité de la DOX-libre (free-DOX), DOX-encapsulé par des NP (NP-DOX) (300nm) et des nanoparticules sans DOX (NP), avec une souche de culture cellulaire sensitive (MCF7) et résistante (DOX R MCFT) du cancer du sein humain évaluée après 6h d'incubation à des concentrations de DOX appropriées :

? Les Cellules(MCF7) étaient plus sensitives à la DOX-libre que les Cellules de (DOX R MCF7) soit 150 fois plus.

? Les NP sans médicament étaient relativement non-toxique pour les deux lignées cellulaires du cancer du sein (90% de survie).

? Aucune différence significative n'a été observée dans le taux de survie des(MCF7) traitées avec (free-DOX) ou (NP-DOX).

? En revanche, pour (DOX R MCFT), la concentration requise de DOX laissant 50% de cellules viables a été diminué de 130 fois lors de (NP-DOX) ont été utilisés à la place de libre-DOX.

Ces résultats indiquent que les NP ont fourni un support efficace pour introduire des doses cytotoxiques de la DOX à l'intérieur des cellules de cancer humain résistant DOX R MCF7 (Fig45).

Figure 45: Sensitivity of DOX R MCF7 to doxorubicin (DOX), polymer (NP), mixture of doxorubicin and polymer (NP+DOX) and doxorubicin-loaded nanoparticles (NP-DOX).

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? Augmentation de la sensibilité des cellules de carcinome hépatocellulaire vis à vie de la Doxorubicine par encapsulation dans des NP in vitro et in vivo.

INSERM, Lyon France(2005) [32].

L'équipe de Barraud a montré l'efficacité de cette approche dans un hépatocarcinome humain ayant une résistance multidrogue MDR. Lorsque ces cellules cancéreuses ont été incubées avec des concentration croissantes de DOX seule, pratiquement aucune activité anticancéreuse n'a été observée ; alors que vectorisée par le poly(alkylcyanoacrylate) (PHCA-DOX), la molécule a présenté une cytotoxicité vis-à-vis des cellules cancéreuses.

Des tests ont également été menés in vivo sur un hépatocarcinome multirésistant chez la souris transgénique. Les mesures ont montré que seules les NP de PHCA chargées en DOX conduisent à une apoptose des cellules cancéreuses, alors que l'introduction de DOX sous forme libre conduit à un niveau d'apoptose faible, similaire à celui observé lors de l'administration de NP sans DOX ou lors de l'administration d'un placebo sous forme d'une solution aqueuse de glucose à 5 % ! (Fig46).

Figure 46: Résultat des tests menés in vivo sur des souris transgéniques porteuses d'un hépatocarcinome multirésistant [55].

Chapitre III Essais Précliniques

? Des NP d'argent conjugués au TAT pour lutter contre la multirésistance du cancer.

Jinhua Liu Zhengzhou University & Chinese Academy of Sciences & Fudan University chine2012 [33].

Figure 48: Histological examination of (A) the injection site (muscle), and (B) the spleens. No histological change was found in the injection site in the AgNP and AgNP-TAT treated groups, but myocyte death and inflammatory cell infiltration occurred in the DOX group. Moreover, spleen damage (e.g. sinus congestion and dilation) was also observed in the DOX-treated animals.

Le mélanome malin est l'un des cancers de la peau les plus agressives avec un potentiel métastatique actif et une haute résistance aux cytotoxiques aucune chimiothérapie efficace n'est cliniquement disponible pour l'instant.

Ils ont appliqué une stratégie performante en utilisant des NP d'argent lié au TAT (Transactivation Activateur) (AgNP-TAT) comme anticancéreux, TAT est un peptide connu pour sa capacité à traverser les membranes. Les deux tests in vitro et in vivo ont révélé le succès de AgNP-TAT dans la lutte contre le MDR des tumeurs et un bénéfice potentiel clinique.

? L'inhibition de la prolifération de diverses lignées cellulaires tumorales par AgNP-TAT se produit au fil d'une heure pour atteindre un taux d'inhibition>50%.

? Alors qu'il a fallu 7 h pour la DOX pour atteindre seulement un taux d'inhibition <40% .ce qui démontre un autre avantage de AgNP-TATdans d'apparition rapide de l'effet pharmacologique contre les cellules tumorales (Fig47).

In vivo, cellules de mélanome B16 résistantes ont été transplantées dans des souris nue , la taille des tumeurs a montré une inhibition efficace de la croissance tumorale par AgNP-TAT, et il n'ya aucune différence statistique entre AgNP-TAT et DOX ,aucun changement histologique a été trouvé dans le

site d'injection dans le AgNP et animaux traités AgNP-tat, mais la mort des myocytes et l'infiltration de cellules inflammatoires s'est produite dans le groupe DOX, et les dégâts de la rate a également été observée(Fig48).

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Figure 47: The in vivo anticancer activity of nanosilver; A) The change of tumor volume over the treatment regimen, B) The tumor weight measured at the experimental endpoint and the calculated inhibition rate of tumor growth, C) The individual size of tumors.

Chapitre III Essais Précliniques

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3.2. Association de plusieurs PA

Il est aussi possible d'associer, au sein d'un même NV, deux ou plusieurs molécules agissant sur des cibles différentes mais complémentaires d'une même pathologie [16].

? Les NV chargés de DOXORUBICINE-COMBRESTATINE: l'effet sur des cellules GFP-mélanome endothélial.

Sengupta S. et al, Nature, 568-572 (2005) [34].

C'est ce qui a été montré par l'équipe de Sengupta S. du MIT qui a conçu un nano médicament composé d'un agent antiangiogénique (la combrestatine) et la Doxorubicine. Cette association permet d'agir à la fois sur l'endothélium vasculaire tumoral et sur les cellules cancéreuses elles- mêmes. La programmation de la libération de ces deux molécules dans le temps aboutit à un traitement beaucoup plus efficace que l'administration des deux anticancéreux sous la forme d'un simple mélange physique. En effet, la combrestatine, libérée en premier lieu, permet la perméabilisation de la barrière endothéliale tumorale, ouvrant ainsi la voie au passage facilité de la Doxorubicine, libérée dans un deuxième temps. Celle- ci pourra alors agir plus efficacement sur les cellules tumorales (Fig49).

Figure 49: Bioassay of the nanocell with a GFP-positive melanoma-endothelial cell three-dimensional co-culture system. Micrographs showing the effect of treatments on melanoma (yellow) or endothelium (red).

Chapitre III Essais Précliniques

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? Polymères thérapeutiques, perspectives concernant le 21^ème siècle, La fin du

commencement. Ruth Duncan. Polymer Therapeutics Lab spain 2013 [35].

Ils ont décrit une combinaison conjuguée, copolymère à base de doxorubicine et aminoglutéthimide qui bloque la fabrication des androgènes mineurs et oestrogènes par la corticosurrénale contre le cancer du sein et de la prostate. Cette combinaison conçu a fin de combiner l'hormonothérapie et la chimiothérapie dans l'espoir d'une amélioration du traitement pour le cancer du sein métastatique résistant. Le conjugué affichait nettement une amélioration de l'activité in vitro dans les cellules MCF-7 par rapport au PA libres, le mécanisme d'action accrue est apparu principalement en raison de la cinétique de libération du médicament dans la même cellule en même temps (Fig50).

Figure 50: Polymer drug conjugates for combination chemotherapy. Panel (a) shows schematically the advantage of infusion of anticancer polymer conjugates carrying combination therapy compared to traditional low molecular weight combination chemotherapy (after [x]). Panel (b) shows the cytotoxicity the HPMA copolymer-DOX-AGM conjugate in MCF-7ca cells compared to the controls DOX, HPMA copolymer-DOX+HPMA copolymer-AGM, and HPMA copolymer-DOX alone. As further controls the cytotoxicity of DOX+AGMand HPMA copolymer-DOX+HPMA copolymer-AGM in MCF-7 and MCF-7ca cells incubated in the presence and absence of oestradiol are shown; MCF-7 plus oestradiol; , MCF-7 without oestradiol;

l , MCF-7ca plus oestradiol; , MCF-7ca without oestradiol.

Chapitre III Essais Précliniques

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3.3. L'utilisation de matériaux « intelligents » et sensibles à un stimulus physique ou chimique

3.3.1 Les NV PH sensibles :

Les poly mères ou lipides pH- sensibles sont capables d'induire le relargage du médicament dans des compartiments biologiques caractérisés par une chute de pH, comme les tumeurs au niveau tissulaire ou les endolysosomes au niveau cellulaire. L'emploi de lipides ayant une transition de température un peu supérieure à la température du corps (40°C) permet, par ailleurs, la délivrance ciblée dans une zone de l'organisme soumise à une hyperthermie localisée [16].

? Des nanosystèmes Stimuli-sensibles: livraison de médicaments.

Han Chang Kang2008 [36]. Dans cette étude, La cytotoxicité in vitro de DOX chargé dans des Micelles pégylées PH sensitives PHSM contre des cellules tumorales MCF-7 (adéno carcinome mammaire humain) après une incubation de 48h a été investiguée :

Les Micelles à pH 6,8 ont montré une cytotoxicité DOX-dose-dépendante similaire à DOX libre Cependant, PHSM DOX ont montré une inhibition puissante de la croissance de la tumeur (MCF-7) par rapport à d'autres contrôles non-pH-sensibles (PLLA-b-PEG micelles, libre DOX, et saline) à la même dose de DOX. L'inhibition de la croissance de la tumeur de PHSM a été maintenue pendant environ 6 semaines (Fig51).

Figure51: (a) In vitro pH-dependent cytotoxicity of DOX-loaded PHSM (containing 25 wt% PLLb-PEG; pH 7.4(), 7.0( ), and 6.8( ) and free DOX(6.8 ) after 48-h incubation (b) Tumor growth inhibition after treatment with PHSM (), PLLA-b-PEG micelles ( ), free DOX( ), and saline(? ) in MCF-7 tumor-bearing BALB/c nude mice. Two i.v. injections of 10 mg/kg DOX equivalent dose were made on days 0 and 3. Values are the mean #177; the standard deviation (S.D.) (n = 5).

Chapitre III Essais Précliniques

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? NP sensibles au pH, dérivés du chitosane en tant que supports de Doxorubicine pour une activité antitumorale efficace in vitro.

Shenyang Pharmaceutical University chineYun-Huan Jin2012 [37]. Des NP chargés en DOX sensible au pH à base d'acide désoxycholique amphiphile modifié carboxyméthylchitosane (DCMC) ([D] NP) ont été préparé avec succès. Le [D] NP a permis la libération accélérée du médicament dans un environnement acide dont le pH est comparable à celui dans des endosomes / lysosomes.

? Contrairement au libre-DOX, [D] NP améliore l'absorption cellulaire et la rétention dans les cellules résistantes, ce qui a considérablement amélioré la cytotoxicité DOX contre les cellules MCF-7/Adr (lignée cellulaire de carcinome du sein humain résistant).

? Les images fluorescentes de la Fig. présentent la comparaison de la distribution intracellulaire de DOX après avoir incubé DOX libre et [D] NP avec MCF-7 et les cellules MCF-7/Adr. Les Résultats d'efficacité antitumorale ont montré que [D] NP pourrait tuer efficacement à la fois les souches sensibles et résistant des cellules MCF-7dose-et temps-dépendante. L'absorption cellulaire accrue et une plus grande rétention de [D] NP dans les cellules résistantes aux médicaments, contribue à une efficacité supérieure de [D] NP par rapport à la DOX libre (Fig52).

Figure 52: The cellular uptake and retention of [D] NP. (a) Confocal microscopy images of MCF-7 and MCF-7/Adr cells incubated with free DOX and [D] NP (DOX concentration: 10 uM) at 37 ?C for 6 h or 24 h. Cells were fixed and then treated with Hoechst 33342 for nuclei staining. Red: fluorescence of DOX. Blue: fluorescence of Hoechst. Pink: the merged fluorescence of blue and red, produced by the co-localization of Hoechst and DOX. The scale bars correspond to 20 um.

Chapitre III Essais Précliniques

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3.3.2 Les NV Thermosensibles

? Micelles thermosensibles décorés de folate à base de copolymères à blocs amphiphiles pour la libération intracellulaire efficace des médicaments anticancéreux.

Shahid Beheshti University Iran Seyed Jamal Tabatabaei Rezaeia 2012 [38].

En résumé, un nouveau type de micelles (91nm) thermosensibles décorés par le folate ont été développés pour la livraison d'anticancéreux hydrophobes par libération contrôlée par la température induite.

In vitro les études de libération ont démontré que le système de délivrance du Paclitaxel (tarvexol)(PTX-PCIAE-FA) est relativement stable dans les conditions physiologiques mais sensibles à des températures supérieures à39,5qui déclencherait la libération des médicaments encapsulés.

Les études de cytotoxicité ont montré que le PTX transportés par ces micelles était plus élevé que par le PTX libre. Ila également été évalué à des températures supérieures à 39,5, les résultats ont démontré que l'absorption cellulaire et la cytotoxicité des micellesPTX-chargés augmente en évidence. Ces résultats indiquent que ces micelles thermosensibles peuvent offrir un support très prometteur pour améliorer la prestation du Paclitaxel (Fig53).

Figure 53: Viability of HeLa cells incubated with PTX-PCIAE-FA and Tarvexol for 24 h at temperature of 37 and 40 ?C (*p < 0.01 and **p < 0.05).

Chapitre III Essais Précliniques

3.3 .3 Le ciblage magnétique par les Nanovecteurs

? Des NV chargés de Doxorubicine pour le traitement du cancer basé sur le ciblage magnétique.

Mu-Yi Hua Chang Gung University of Taiwan2011 [39].

En résumé, la DOX a été encapsulé par des NP magnétiques (SHMNCs) constitué d'un noyau magnétique Fe3O4et enveloppé de [N-(1-onebutyric acide)] aniline, qui ont une capacité de charge élevée de médicament (27.1%) de la DOX.

? Les NV ont étaient efficace à des concentrations suffisantes pour induire une cytotoxicité dans les cellules cancéreuses MGH-U1 et ont surmonté la résistance au médicament, ce qui entraîne l'augmentation de la concentration intracellulaire de DOX de 23% par rapport au libre-DOX.

? SHMNC-DOX pourrait facilement être ciblée et concentrée sur des sites spécifiques en appliquant un champ magnétique inférieur.

? La Livraison magnétique de SHMNC-DOX était une thérapie prometteuse qui pourrait fournir un traitement plus efficace de tumeurs en utilisant des doses thérapeutiques plus faibles avec potentiellement moins d'effets secondaires.

Les images de fluorescence des NP répartis dans les différents organes n'ont montré aucune accumulation dans le coeur, ce système pourrait réduire la cardiotoxicité provoquée par DOX (Fig54).

63

Figure 54: (A) In vivo fluorescence images of MGH-U1 tumor bearing mice without treatment (i.e. control, left) and after intravenous injection of LMNC-Cy5 (middle), SHMNC-Cy5(right) with 18 h of MT application. (B) The representative fluorescence images of different organs which were gotten from control mouse (top) and SHMNC-Cy5 treatment mouse (bottom).

Chapitre III Essais Précliniques

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? Des NP magnétiques fonctionnalisées pour l'administration de la Gemcitabin contre les tumeurs in vitro.

University of Granada Spain 2013[40].

Dans ce travail, J.L. Viota décrit un nouveau modèle de NP composites comprenant un noyau de magnétite, revêtu de couches successives de haut poids moléculaire, le poly (acrylique l'acide) et de chitosane, et une dernière couche d'acide folique. La possibilité d'utiliser ces nanostructures auto-assemblées pour l'encapsulation de GEM est explorée.

L'adsorption de l'acide folique, qui vise à accroître le passage de la membrane cellulaire, est suivie par des mesures d'absorption optique, qui ont également été employées.

In vitro La microscopie confocale prouve que les NP sont capables de libérer la gemcitabine dans des cellules de tumeur du foie, du côlon et du sein. Il est également montré que, après 2h, plus du médicament est délivré à l'intérieur du noyau des cellules cancéreuses (Fig55).

Figure 55: Cell viability assay for PLC-PRF-5 cancer cells treated during 48 h for different concentrations of gemcitabine, and gemcitabine adsorbed onto nanoparticles composites with(«Fe3O4+Gemcitabine+FA») and without («Fe3O4+Gemcitabine-FA») folic acid. Results are indicated for three dilutions (v/v) of the 5×10-4 Gemcitabine solution and of the nanoparticle suspensions with the same drug concentration.

Chapitre III Essais Précliniques

65

4 Nanothéragnostique

Beaucoup d'efforts ont été faits pour améliorer le traitement traditionnel du cancer par le développement de Nanotheranostic, ils combinent le diagnostic non invasif simultané et le traitement de maladies avec la possibilité de suivre la libération du médicament en temps réel et la distribution, ainsi prévoir et valider l'efficacité de la thérapie.

Grâce à ces caractéristiques extrêmement attrayant. L'étape suivante est la tentative pour effectuer une véritable médecine personnalisée qui mesure le traitement à chaque patient, en tenant compte de la variabilité individuelle. L'application clinique de nanotheranostics permettrait l'évaluation précoce de la maladie, Ce concept permet d'élaborer des protocoles thérapeutiques personnalisés pour atteindre le bénéfice maximal avec un profil de sécurité élevé [16].

? Les Nanotheranostics pour une médecine personnalisée

Univ Paris-Sud France S. Mura, P. Couvreur 2012 [41].

Des NP d'oxyde de fer thermiquement superparamagnétique chargé en DOX (DOX @ TCL-SPION) ont été modifié par la conjugaison de surface avec l'antigène spécifique de(PSMA) pour la reconnaissance spécifique des cellules cancéreuses de la prostate sur-exprimant le PSMA (DOX @ Apt-hybr-TCL-SPION).

L'Imagerie et propriétés thérapeutiques ont été évaluées in vivo dans un modèle murin de cancer de la prostate LNCaP humain.

? Après 2 h, un assombrissement important a été observée dans la zone e la tumeur avec une amélioration du signal de 53% dans la région d'intérêt avec une forte accumulation.

? L'activité thérapeutique a été évaluée par l'évaluation de la vitesse de croissance de la tumeur dans les groupes traités avec DOX @ Apt-hybr-TCL-SPION par rapport au libre-DOX, 5% de glucose, Apthybr-TCL-SPION ou brouillés DOX @ scrApt-hybr-TCL-SPION comme groupe témoin. DOX@ Apt-hybr-TCL-SPION montrait une inhibition supérieure de la croissance de la tumeur et, à la fin du traitement, le volume de la tumeur était environ 54% de ceux des groupes témoins (Fig 56.B). La réduction du volume de la tumeur a été validé également par IRM enregistrés à la fin de le traitement, ce qui confirme clairement la possibilité d'un non-invasive suivi longitudinal de l'efficacité de la thérapie (Fig56).

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Chapitre III Essais Précliniques

Figure 56: (a) T2-weighted fast-spin echo images at the level of the LNCaP tumor on the right side of the mouse taken at 0, 2, 24, and 48 h after injection of Apt-hybr-TCL-SPIONs orscrApt-hybr-TCL-SPIONs. The dashed circle indicates the xenografted tumor region. (b) Antitumor activity of DOX@Apt-hybr-TCL-SPIONs in the LNCaP xenograft animal model (*Pb0.05, n=6).

Un autre exemple intéressant, a été proposé récemment (2009) par Arias et al. Dans cette construction, des nanoparticules magnétiques ultrafines d'oxyde de fer, qui répondent à un champ magnétique extra corporel. (D'une taille de quelques nano mètres) ont été piégées dans une nanomatrice (270nm) constituée d'un lipide naturel (le squalène) couplé à la Gemcitabine USPIO / SQgem IP (Fig57).

Figure 57: Représentation schématique de la méthode appliquée par l'équipe de Arias et al., Submitted, 2009.

Ces nano constructions sont injectées par voie iv pendant qu'un aimant est placé au niveau de la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale est spectaculaire et peut être suivie par imagerie en résonance magnétique nucléaire (RMN).

L'efficacité de cette approche a été démontrée in vivo sur un modèle de tumeur solide (leucémie murine L1210).

? Après injection IV de USPIO / SQgem IP, une accumulation au site de la tumeur a été visualisés par IRM.

? Après l'administration d'USPIO sans SQgem et application du champ magnétique, une mise en valeur inférieure du contraste de l'image a été observée.

Chapitre III Essais Précliniques

En outre, les NP USPIO / SQgem magnétiquement guidé conduit à une activité anticancéreuse significativement plus élevé par rapport aux groupes témoins, offrant ainsi à nouveau la preuve que la visualisation simultanée de la tumeur et de traitement sont possibles. Les mêmes auteurs ont déjà obtenu des résultats prometteurs en élargissant cette stratégie à d'autres agents de contraste (Gd3 +) et d'autres anticancéreux (paclitaxel, la Doxorubicine et cisplatine) confirmant ainsi la polyvalence de cette nanoplatform (Fig58).

Des Micelles polymériques pour le suivi in vivo par imagerie par résonance magnétique et l'administration de médicaments ont été proposées par Blanco et al. PEGPLA (Acide polylactique) micelles chargées avec la Doxorubicine et SPIO NP ont été fonctionnalisé avec le cRGD de ligand de ciblage (cRGDDOX- SPIO micelles). L'efficacité de cette nanoconstruction comme agents théranostic a été évaluée in vivo utilisant un modèle orthotopic H1299 de carcinome du poumon à petites cellules.

? Après injection i.v. de cRGD-DOXSPIO

micelles permettant d'observer un
assombrissement significatif dans la zone tumorale qui ont confirmé l'accumulation des micelles dans ce tissu.

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Figure 58: Examples of T2-weighted images of the tumors obtained at 2 h-postinjection of USPIO/SQgem NPs (a) in the absence of an external magnetic field and (b) guided by an external magnetic field (c) Percentage of the hypo-intensity tissues with T2b36 ms (white column), and with T2b20 ms (gray column). Mouse 2 was injected with nanocomposites without exposition to magnetic field. Mice 1, 3, and 4 were injected with USPIO/SQgem NPs with 2 h exposure to 1.1 T magnetic field. (d) In vivo anticancer activity of USPIO/SQgem NPs (with extracorporeal magnetic field) (5 mg/kg equivalent of gemcitabine) compared with placebo-treated group (drug unloaded USPIO/squalene nanocomposites), USPIO/SQgem NPs (no extracorporeal magnetic field applied), with SQgem NPs and with gemcitabine free in L1210 subcutaneous tumor bearing mice.Untreated (.), placebo USPIO/squalene NPs (), gemcitabine (0), SQgem NPs (A), USPIO/SQgem composite NPs (no extracorporeal magnetic field) (A), USPIO/SQgem composite NPs (with extracorporeal magnetic field) (.). Statistical analysis was performed using Student's t-test to compare the statistical significance of USPIO/SQgem composite NPs independently with gemcitabine and SQgem NPs. Data with **pb0.05and ***pb0.001 were considered as significant and very significant, respectively.

Chapitre III Essais Précliniques

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Le colorant NIR Cy5.5 a été utilisé par Kim et al pour étiqueter le Paclitaxel à base de chitosane NP (PXT-CNPS). Imagerie et l'évaluation de l'efficacité thérapeutique a été effectuée sur des souris porteuses SCC7 murine les tumeurs de carcinome épidermoïde.

En NIR fluorescence images in vivo (NIRF) a montré des tumeurs bien délimitées en raison de l'accumulation des NP dans ce domaine. L'intensité du signal de fluorescence a été corrélée à la concentration des NP administrés et à la fréquence des injections, par rapport à la teinture libre, NIRF images ont montré

? Une augmentation rapide de la taille des tumeurs chez les souris témoins tandis qu'une inhibition progressive de la croissance tumorale a été observée chez les souris traitées. montrant ainsi clairement une amélioration de l'activité thérapeutique du médicament (Fig59).

Figure 59: In vivo imaging of Cy5.5-labeled CNPs in SCC7 tumor-bearing mice. (a) The early-stage tumor models were generated by injecting subcutaneously SCC7 cells into the pectoral and dorsal sides of C3H-HeJ nude mice. After eight days, different size of tumors had grown to 2.6#177;0.3 mm (solid arrow) and 6.2#177;0.5 mm (dotted arrow). NIRF images were recorded 1-day post-injection of 3.3 ìmol of Cy5.5-labeled CNPs (5 mg/kg), (b) Time-dependent tumor targeting specificity of free Cy5.5, Cy5.5-labeled GC polymers, and Cy5.5- labeled CNPs, all with equimolar amounts of Cy5.5 (0.16 ìmol), in SCC7 tumor-bearing mice. Comparative therapeutic efficacy studies of PTX-CNPs: (c) tumor size; (d) survival curves.

Chapitre III Essais Précliniques

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L'Imagerie de tissus et d'organes profonds peut être atteinte en utilisant également NIR quantum dots. Ces nanocristaux semi-conducteurs sont extrêmement intéressants comme agents d'imagerie fluorescente haute et sensibles, en raison de leur grand spectre d'excitation et la possibilité de moduler l'émission, en fonction de la taille des NV et la composition chimique.

Nurunnabi et al Ont combiné l'Herceptin, un anticorps monoclonal IgG qui cible les récepteurs du facteur de croissance épidermique surexprimé dans les cellules de cancer du sein et de la prostate à la surface et les points quantiques dans le noyau de ces micelles. Le potentiel du NIR QD-micelles chargées de réduire la croissance tumorale a été étudiée sur des souris HER-2 positif MDA-MB-231 portant cancer du sein humain. Plus précisément adressée à ces cellules, les micelles QD-chargés ont réussi à bloquer la fonction de HER2 surexprimé, donc provoquant une inhibition significative de la croissance tumorale 77,3% par rapport à la solution saline (Fig60).

Figure 60: (a) (1, 2) Selected MR images of PAV nanoemulsion and CTRL nanoemulsion injected mice; (3, 4) MR images of PAV FeO nanoemulsion and FeO nanoemulsion injected mice. Red circles indicate the tumors. In (1) and (2), tumors appeared bright compared to surrounding muscle tissue. In (3) and (4), tumor areas appeared hypointense, indicative of FeO accumulation. (b) In vivo NIRF images of mouse injected with unlabeled nanoemulsions (left) and mice (two different sized tumors) injected with Cy7 nanoemulsion (middleand right) at the end of the study. (c) tumor/skin photon ratio at the same time point. Therapeutic effect of nanoemulsions: (d) photographs of typical tumors of mice injected with PAV nanoemulsion, RGD-PAV nanoemulsion, PAVþFeO nanoemulsion, and CTRL nanoemulsion; (e) tumor growth profiles.

Chapitre III Essais Précliniques

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La combinaison de l'imagerie photo-acoustique et optique « photothermique », Une autre approche novatrice qui a été récemment proposé par Lovell et al.

Dans cette étude, des porphysomes ont été préparés, ils sont des vésicules sphériques formée par l'assemblage d'auto conjugués porphyrine-phospholipides.

? Porphysomes montrent une forte absorption de la lumière et de fluorescence NIR.

? En outre, porphysomes irradiés convertissent l'énergie laser en chaleur donc être attractif non seulement pour la formation d'image, mais aussi pour les traitements photothermique.

La preuve du concept a été faite in vivo après administration intradermique à des rats :

? Lorsqu'elle est injectée par voie iv chez des souris porteuses de cellules tumorales, le signal a affiché une fluorescence élevée dans la tumeur, mais pas immédiatement

? L'efficacité thérapeutique des porphysomes a été démontrée chez la souris irradiée par un laser 658 nm 24 h après l'injection. La température contrôlée atteint 60 O C dans des tumeurs traitées par tout porphysomes.

? Il n'était que de 40 O C pour les souris témoins

En conséquence, les tumeurs ont été complètement détruites, alors qu'aucune inhibition de la tumeur n'a

été observée pour les souris témoins (Fig61).

Figure 61: (a) (1) Photoacoustic tomography imaging before and after intradermal injection of porphysomes; (2) fluorescence imaging after i.v. injection of porphysomes in a KB xenograft-bearing mouse. (b) Photothermal therapy set-up showing laser and tumor-bearing mouse; (c) representative thermal response in KB tumor-bearing mice injected intravenously 24 h before with 42 mg/kg porphysomes or PBS; (d) photographs showing therapeutic response to photothermal therapy using porphysomes; (e) survival plot of tumorbearingmice treated with the indicated conditions.

Chapitre III Essais Précliniques

5 Le concept de squalénisation

En dépit de ces progrès considérables et du nombre important de publications dans le domaine des Nm, d'importants verrous technologiques demeurent, parmi lesquels il convient de citer :

? Le faible pouvoir d'encapsulation des systèmes NP, qui ne dépasse généralement pas 5 %.

? La libération rapide du médicament encapsulé (burst release), correspondant au relarguage, en quelques minutes, de la fraction de médicament simplement adsorbée à la surface du NV.

? La difficulté d'obtenir des matériaux synthétiques peu toxiques, biodégradables, n'induisant pas de thésaurismoses cellulaires ou tissulaires, et non immunogènes.

Tout ceci explique le nombre encore faible de NM ayant abouti à une mise sur le marché. Il est donc nécessaire de proposer de nouvelles idées et de nouveaux concepts.

L'équipe du Pr Patrick Couvreur a proposé le concept de squalenisation à fin de parvenir à augmenter le taux de charge des NM de (1% à 50%) et à pouvoir encapsuler le maximum du PA sans qu'il y est adsorption à la surface et causer des toxicités, cette méthode consiste à faire réagir la gemcitabine avec l'acide squalénique un lipide présent en grande quantité dans l'huile du foie des requins, précurseur du cholestérol, il existe aussi chez les humains. Lorsqu'on les met dans l'eau, elles s'auto-organisent en colonnes parallèles, où la partie gemcitabine est orientée vers l'intérieur. La « coque » extérieure est constituée par les chaînes de squalène (Fig62) [16].

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Figure 62: La squalénisation de la gemcitabine : on fait réagir l'anticancéreux gemcitabine avec l'acide squalénique et l'on obtient des molécules de gemcitabine squalène. Lorsqu'on les met dans l'eau, elles se mettent à s'autoorganiser en colonnes parallèles, où la partie principe actif (gemcitabine) est orientée vers l'intérieur. La « coque » extérieure est constituée par les chaînes de squalène. L'ensemble de ces nanoparticules de 100 à 150 nm de diamètre est observable par microscopie électronique [55].

Chapitre III Essais Précliniques

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? L'efficacité de la Gemcitabine encapsulée par des nanoparticules à base de squalène in vitro et in vivo.

Reddy L H (2007-2009) [42].

L'activité de ces NM a été testée sur un modèle relativement agressif de tumeur expérimentale la leucémie de murine L-1210, les cellules cancéreuses ont été injectées par voie IV aux souris, puis elles ont été traitées par la même voie.

? Les souris non traitées meurent au bout de vingt jours, cette leucémie est très agressive, les cellules cancéreuses vont induire des métastases.

? Au contraire, pour les souris traitées par la GEM libre à la dose de 100 mg/kg qui est la dose maximale tolérée, le médicament a une activité (survie prolongée de 50 %). mais ne sont pas guéries (après 45 jours aucun survivant).

? Il est bien évident que les particules de squalène injectées seules n'ont aucun effet.

? En revanche, les particules de gemcitabine-squalène injectées à une dose 5 fois moindre que la GEM libre conduisent à 75 % de survivants à long terme (Fig63).

Figure 63 : Résultats des tests sur la leucémie murine [55].

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Chapitre III Essais Précliniques

Ensuite il fallait s'assurer que la technologie de squalénisation fonctionnait sur des tumeurs localisées. Pour cela, les cellules cancéreuses ont été injectées par voie sous cutanée et l'évolution des tumeurs a été suivie.

? Pour les souris non traitées, le volume tumoral croît de manière très rapide.

? Pour les souris traitées à la GEM, la tumeur est résistante à ce médicament.

? Inversement, les souris traitées par voie IV par les NP de GEM- squalène subissent dans un premier

temps une diminution de la masse tumorale, et après dix jours, la tumeur disparaît (Fig64) [55].

Figure64: Résultats des traitements par la gemcitabine libre ou squalénisée sur le volume tumoral [55].

Chapitre III Essais Précliniques

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? Les NM à base de Squalénoyle Gemcitabine surmontent la faible efficacité du traitement par la Gemcitabine dans le cancer du pancréas.

Univ Louis Pasteur-Strasbourg& univ Paris-Sud, UMR CNRS France & univ Freiburg, GermanyS. Réjiba 2011 [43]. Le but était d'étudier l'efficacité antitumorale de la Gemcitabine-squalène (SQ-Gem) NP sur les modèles d'adénocarcinome pancréatique chimiorésistances et chimiosensible.

? La viabilité cellulaire a montré que SQ-Gem NP affichait des effets antiprolifératifs et cytotoxiques supérieur, en particulier dans Panc1cellules tumorales chimiorésistances.

? In vivo, par rapport à Gem native, SQ-Gem NP a diminué de manière significative la croissance de la tumeur, a empêché l'invasion des cellules tumorales, et a prolongé la durée de survie des souris porteuses de tumeurs pancréatiques (Fig65).

Figure 65: SQ-Gem improves inhibition of tumor growth and increased survival. (A) Mice (n = 8) bearing subcutaneous tumors were treated twice with Gem or SQ-Gem (20 mg/kg). After 1 month, statistical analysis of tumor volumes showed superior antitumor efficacy of SQ-Gem compared to untreated or SQ-treated mice (***P b 0.001) and to Gem (†P b 0.05, ††P b 0.001). (B) The same experiment was performed on Panc1 orthotopic tumor model (n = 14). Tumors were significantly reduced by SQ-Gem treatment (**P b 0.01 vs. untreated mice and †P b 0.05 vs. Gem-treated mice). (C) Kaplan-Meier survival curves of orthotopic Panc1 tumor-bearing mice showed significant enhanced median survival after SQ-Gem treatment (vs. Gem-treated mice, *P b 0.5 and vs. Control mice, ***P b 0.001).

Chapitre III Essais Précliniques

Ciblage intracellulaire

Doxorubicine Micelle PEG In vitro

J. Wang et al.2012

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6 Discussion

Nos recherches ont été consacré au principales caractéristiques des NM en se basant sur chacune des parties « coeur-couronne » , l'association de plusieurs caractéristiques à la fois, visant à la création d'une nouvelle spécialité qu'est le Théragnostique mais aussi de nouvelles solutions proposées à fin de surmonter quelques verrous technologiques ont été développés.

Nous avons pu récolter 28 études précliniques récentes , les résultats de chaque étude étaient prometteurs prouvant ainsi leur large efficacités par rapport à l'administration d'un PA libre et confirmant que cette nouvelle conception de médicaments peut très bien être appliquée ,car elle procure au PA des propriétés nouvelles et uniques sans pour autant affecter le mécanisme d'action propre au médicament, ainsi il en résulte une diminution de toxicité ce qui va augmenter l'index thérapeutique.

Tableau II : Les publications des essais précliniques sélectionnées dans le mémoire.

PA Encapsulé

Ligand Conjugué

Type de NV Type d'essai Cancer étudié

Auteur / Année De Publication

La furtivité

In vivo

D Paolino et al 2010

Liposome

Gemcitabine

Cancer de la thyroide

Principales caractéristiques de la couronne

Liposome

A Gabizon et al 1990

Doxorubicine

Le ciblage
	Anti Her2/anti CD20	NP	In vitro	Cancer de l'ovaire lymphome	A Cirstoiu-Hapca et Al 2007
Doxorubicine	folate	NP	In vitro	Cancer du sein Cancer du cerveau	Z. Zhang et al 2007
Doxorubicine	2C5	Liposome PEG	In vitro	Differents types	T A.Elbayoumi et al 2007
Paclitaxel	folate	NP	In vitro	Cancer du sein	J. Pan et al 2008
Doxorubicine	galactopeptide	Micelle	In vitro/in vivo	hépatome	J. Ding et al 2013
	peptide	NP	In vitro	Cellules saines	Dvir et al. 2010
Ciblage des tumeurs cérébrales
Fretinide	GD2	Liposome	In vitro/in vivo	neuroblastome	LRaffaghello et al2003
Doxorubicine	chlorotoxine	Liposome	In vitro/in vivo	gliome	Y. Xiang et al.2011
Doxorubicine	lactoferrine	Liposome	In vitro/in vivo	gliome	H. Chen et al 2011
Doxorubicine	Peptide RGD	Dendrimers PEG	In vitro/in vivo	gliome	L. Zhang et al 2011
	Lipide PODX FTC	LiposomePEG Cationique			D Paolino et al 2011
Doxorubicine		NP	in vivo		S.Wohlfart et al 2012

Principales caractéristiques du

Coeur

Doxorubicine+ Combrestatine

NP

In vitro

Mélanome endothélial

S Sengupta et al 2005

Doxorubicine+ Aminogluthé timide

In vitro

Cancer du sein métastasique résistant

R. Duncan et al 2013

Doxorubicine

NP d'oxyde

in vivo

Cancer de la vessie

M.-Y. Hua et al.2011

De fer

Gemcitabine

folate

NP d'oxyde de fer

In vitro

Cancer du foie,colon, Sein

J.L. Viota et al.2013

Doxorubicine Doxorubicine

NP NP

In vitro In vitro/in vivo

Cancer du sein résistant Carcinome hépatocellulaire

P Couvreur et al 1990

Barrauda et al 2005

TAT

NP d'argent

In vitro/in vivo

Mélanome malin

J. Liu et al 2012

Doxorubicine

Doxorubicine

Paclitaxel

folate

Réduction de la résistance au anticancéreux

NP

Micelle PEG In vitro

Micelle

Association de plusieurs PA

Les NP stimuli responsives

Ciblage magnétique

In vitro

Thermo sensitives

In vitro

PH sensitives

Cellules tumorales HELA

Cancer du sein

Cancer du sein

H.C. Kang et al.2008

Y.-H. Jin et al.2012

S.J.T. Rezaei et al 2012

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Chapitre III Essais Précliniques

NANOTHERAGNOSTIQUE
Doxorubicine	PSMA	NP d'oxyde De fer	in vivo	Cancer du prostate	S. Mura, P. Couvreur 2012
Gemcitabine		NP d'oxyde De fer	in vivo	leucémie	S. Mura, P. Couvreur 2012
Doxorubicine		Micelle+ NP d'oxyde de fer	in vivo	Carcinome du poumon	S. Mura, P. Couvreur 2012
	Anti Her2	Micelle+ Quantum dot	in vivo	Cancer du sein	S. Mura, P. Couvreur 2012
		porphysome	in vivo	Tumeur	S. Mura, P. Couvreur 2012
SQUALENISATION
Gemcitabine		NP	in vivo	leucémie	L.H.Reddy, P. Couvreur 2009
Gemcitabine		NP	In vitro/in vivo	Cancer du pancréas	S. Réjiba et al 2011

D'après les résultats obtenus, nous avons pu constater que l'application de NP à des fins thérapeutiques ou Théragnostique contre le cancer est réalisable sur un large éventail et sans limite, l'utilisation de différents types de NP « liposomes, dendrimeres, micelles, quantum dot,... » Pour encapsuler différentes molécules anticancéreuse ont étaient étudiés avec succès comprenant la Doxorubicine, Gemcitabine, Paclitaxel mais aussi l'efficacité a pu être testée sur divers types de cancer que ce soit in vitro ou in vivo, ainsi le ciblage actif par différents ligands conjugués tous cela nous invite à déduire que la diversité et la multiplicité des NP ne laisse aucun doute d'excepter leurs large application dans le proche avenir.

Chapitre III Essais Précliniques

77

Nous avons pu étudier deux publications traitant le caractère de furtivité par des liposomes chargeant la DOX ou la gemcitabine sur un cancer de thyroïde anaplasique La furtivité des NP procuré par la fixation de chaine de PEG à leur surface a pu diminuer la captation par le RES et ainsi augmenter la demi vie du principe actif , ce phénomène se base sur des interactions BIOPHYSIQUES des surfaces pegylées par des mécanismes complexes dépendant du PM des chaines PEG (2000) , la charge électrique ZETA et de la densité de fixation (nbr molec/nm²).quand la densité augmente l'espace entre les chaines pegylés diminue on passe alors de la forme « champignon » à la forme « brosse » tout en diminuant l'accecibilité au protéines plasmatiques augmentant ainsi leurs toxicité vis à vie des cellules cancéreuses.

Après l'allongement de la demi vie du PA, on peut ajouter des ligands à la surface, on a pu traiter plusieurs études utilisant divers ligands « anti CD20-anti Her2-2c5-folates- galactopeptides,... » La présence d'un ligand augmente l'accumulation des NP à la surface des cellules tumorales ainsi il peut accroitre leur diffusion dans l'interstisium tumoral où divers pressions oncotiques et interstitiels sont présentes cela peut être obtenu par la rapidité de l'internalisation cellulaire du ligand conjugué au NP ce qui génère un gradient de diffusion.

Ce mécanisme peut très bien faciliter le transport des anticancéreux à travers divers barrières biologiques ainsi la barrière hémato encéphalique mais aussi la barrière cellulaire.

Car Comme il est important pour les PA d'atteindre le site d'une tumeur, il est tout aussi important d'atteindre leur site d'action intracellulaire. Ainsi La résistance aux médicaments qui entrave l'efficacité des agents chimio thérapeutiques conventionnels pourraient être surmontées.

? Certains chercheurs supposent qu'après l'endocytose des nanoparticules la localisation lysosomale du médicament protège contre l'action de la P-glycoprotéine. En effet, Guise et al, ont démontré que les NP ont été clairement localisées dans les lysosomes qui entourent le noyau. À cet égard, les NP doté de la capacité à s'accumuler dans les cellules cancéreuses évitent l'expulsion par pompes à efflux qui va se traduire par une plus grande concentration intracellulaire et donc une meilleure efficacité.

? Cependant d'autres chercheurs supposent que la dégradation lysosomale abouti à la libération du médicament dans le cytoplasm proximal à la membrane cellulaire ce qui rend le médicament

disponible pour la P-gp efflux pour cela le PA doit échapper de la dégradation lysosomale.

Chapitre III Essais Précliniques

78

De nombreuses stratégies ont évolué, une stratégie populaire est de modifier les NP avec du RPC (peptides de pénétration cellulaire) qui permettent l'entrée dans la cellule tout en évitant la dégradation lysosomale. Le Revêtement de surface des NP avec des peptides TAT permettra à ces particules d'échapper à la voie lysosomale, autres méthodes pour échapper à la voie endosomale est d'utiliser des NP sensibles au pH. Le pH intra-tumoral déstabilise le liposome, les obligeant à fusionner avec la membrane des endosomes et libérer ensuite le PA dans le cytoplasme.

Cependant il existe plusieurs points à souligner :

? L'association de plusieurs PA à la fois est une bonne démarche à fin de déstabiliser les cellules tumorales.

? Dans certain cas la seule conjugaison des NP à des ligands peut améliorer significativement les résultats thérapeutiques sans pour autant les charger par des PA anticancéreux.

? Cette fois ci Les NP ne doivent pas forcement être encapsulé par un anti cancéreux ni conjugués à un ligand pour être efficace car on a pu voir que les porphysomes sont non seulement efficace contre les tumeurs par le biais d'un mécanisme physique photothermique mais aussi ils nous ont permis de suivre l'évolution des tumeurs par imagerie.

? L'imagination des chercheurs est à ces extrêmes car ils ont pu formuler des NP à l'intérieur de NP pour avoir un résultat maximal de guérison c'est ce qu'on a pu voir dans les études de ciblage magnétique ainsi que dans le domaine Théragnostique.

CHAPITRE IV :

NANOMEDICAMENT

ET CANCER

ESSAIS CLINIQUES ET

SUR LE MARCHE

Chapitre IV Essais Cliniques

79

1. Les Anthracyclines liposomales

Il existe plusieurs technologies de nanoparticules basées sur l'encapsulation liposomale d'Anthracyclines,

qui sont connus pour être des agents cytotoxiques puissants de différents types de cancers. Trois des technologies les plus connus et commercialisés sont Doxil (également commercialisé au Canada et en Europe, Caelyx), Myocet (en Amérique du Nord et en Europe), et DAUNOXOME [46].

1.1. DOXIL

Doxil a été initialement approuvé par la FDA en1995 en tant que traitement pour le sarcome de Kaposi associé au SIDA. Il est considéré comme le premier "nanodrug" approuvé et a realisé un succès depuis son introduction sur le marché [46].

? Structure

Composé de liposomes furtifs constitués d'une seule membrane de bicouche lipidique composée de la phosphatidylcholine de soja hydrogénée (HSPC) et de cholestérol encapsulée avec de la doxorubicine. 80-90 nm [47].

? Mécanisme d'action

Doxil reposent sur un mécanisme de ciblage passif afin de s'accumuler dans des sites tumoraux [47].

? Pharmacocinétique

Le volume de la distribution du Doxil est légèrement plus grand que le volume de plasma lui-même, ce qui indique qu'il existe une très faible absorption des liposomes par les tissus sains [47].

? Métabolisme

Doxorubicinol, le principal métabolite de la doxorubicine, a été détecté à des niveaux très bas (0,8 à 26,2 ng / mL) dans le plasma des patients ayant reçu 10 ou 20 mg/m² [47].

? Excrétion

La clairance plasmatique de DOXIL était lente, avec une valeur de clairance moyenne de 0,041 L/h/m2 à une dose de 20 mg/m2. Ceci est en contraste avec la doxorubicine, qui affiche une valeur de clairance plasmatique allant de 24 à 35 L/h/m2 [47].

Chapitre IV Essais Cliniques

80

Par conséquent, de nombreuses études ont montré que l'efficacité de Doxil est sensiblement plus élevé que celui de la doxorubicine libre, probablement en raison du mécanisme de ciblage liposomale discuté

ci-dessus. Cependant, il n'existe toujours pas de consensus sur le mécanisme de livraison de doxorubicine lui-même. Barenholz traite de deux mécanismes, mais conclut que le mécanisme le plus probable pour la livraison de doxorubicine est qu'un effondrement du gradient de sulfate d'ammonium dans les résultats de fluide interstitiel tumorales dans la libération de la doxorubicine à l'extérieur des cellules tumorales, ce

mécanisme manque encore des preuves cliniques concluantes [47].

? Bénéfice/ Risque

Les effets secondaires sont moins graves, que le médicament libre. En particulier, Doxil montre une diminution drastique de la cardiotoxicité de la doxorubicine. Des études de Phase I-II avec Doxil ont révélé que la cardiotoxicité chez les patients atteints de tumeurs solides est négligeable. La dose maximale tolérée (DMT) de Doxil, telle que définie lors des essais de phase II, était de 50 mg/m2 toutes les quatre semaines. Les deux effets secondaires les plus graves de Doxil sont la mucite et la palmaire érythro dysesthésies plantaire (EPP). PPE, qui est un effet toxique unique de Doxil (non observé avec la doxorubicine libre) et est en grande partie attribuable au temps de circulation longue des vésicules et une tendance de la furtivité des liposomes à s'accumuler dans la peau [47].

? Indication

À partir de 2012, les indications pour Doxil incluent le traitement de deuxième ligne du sarcome de Kaposi associé au SIDA(1995), le cancer ovarien récurrent(1998), le cancer métastatique du sein(2003), et le myélome multiple en association avec Bortezomib (2007)

Très récemment février 2013 La Food and Drug Administration américaine a approuvé la première version générique du médicament Doxil [47].

Chapitre IV Essais Cliniques

81

1.2. MYOCET

Myocet n'a pas encore été approuvé pour une utilisation aux États-Unis (essais cliniques Phase III comme traitement de première ligne pour cancer du sein métastatique HER2 positif est en cours), mais il est commercialisé au Canada et en Europe en association avec le cyclophosphamide en traitement de première ligne du cancer du sein métastatique [46].

? Structure

Le liposome Myocet est composé d'une membrane à double couche de la phosphatidylcholine d'oeuf et de cholestérol. Chargé de doxorubicine à l'aide d'un processus de chargement actif entraîné par un gradient de pH, la principale différence entre Myocet et Doxil c'est qu'il manque la fonctionnalisation de PEG sur la surface des particules [48].

? Mécanisme d'action

Contrairement au Doxil, Myocet a été observé pour sa libération assez rapide de doxorubicine. Dans les 24heures, 90% de sa teneur en doxorubicine est libéré in vivo. La vitesse de libération accrue par rapport à Doxil est principalement attribuable à l'absence de revêtement de PEG [48].

? Pharmacocinétique

Sans PEGylation, le temps de circulation est beaucoup plus court que celle observée pour Doxil(2,5 heures), Les avantages de la formulation sont principalement liés à la diminution de la toxicité dose-limitante par rapport à Doxil, ce qui a réduit significativement l'incidence de la mucite. Cependant, Myocet a encore un temps de circulation assez long pour assurer le ciblage passif efficace des sites tumoraux [48].

? Métabolisme

Les concentrations maximales de doxorubicinol apparaissent dans le plasma plus tardivement avec Myocet qu'avec la doxorubicine conventionnelle [48].

? Élimination

La clairance de la doxorubicine totale a été de 5,1 #177; 4,8 l/h et le volume de distribution à l'état stable (Vd) a été de 56,6 #177; 61,5 l alors que pour la doxorubicine conventionnelle, la clairance et le Vd ont été respectivement de 46,7 #177; 9,6 l/h et de1 451 #177; 258 l.

Chapitre IV Essais Cliniques

82

La doxorubicine est connue pour être éliminée en grande partie par le foie. Il a été montré qu'une réduction posologique de Myocet est appropriée chez les patients avec une fonction hépatique altérée Il a été démontré que les substances inhibitrices de la glycoprotéine P (P-gP) modifient la

biodisponibilité de la doxorubicine et du doxorubicinol [48].

? Bénéfice/ Risque

Dans un rapport particulier en tête-à-tête entre la phase III doxorubicine et Myocet pour le traitement du cancer du sein métastatique, les taux de réponse et la survie sans progression étaient identiques pour les deux traitements. Toutefois, l'incidence de la toxicité cardiaque liée était inférieure à Myocet. La toxicité limitant la dose majeure (DLT) de Myocet a été montrée pour être une leucopénie ou une neutropénie [48].

Chapitre IV Essais Cliniques

83

1.3. DaunoXome

Contrairement aux deux précédentes technologies, DAUNOXOME est une encapsulation lipidique d'une autre anthracycline, la daunorubicine. DAUNOXOME a été initialement développé en utilisant la daunorubicine à la place de la doxorubicine en raison de sastabilité aqueuse accrue et sa cytotoxicité accrue pour certains types de tumeurs solides [46].

? Structure

Le liposome DAUNOXOME se compose d'une membrane à double couche de la distéaroyl-phosphatidylcholine et du cholestérol chargé de sel de citrate de la daunorubicine 50 nm, ce qui démontre la grande stabilité et une fuite minime de la daunorubicine piégé [49].

? Mécanisme d'action

Comme les nanotechnologies à base de doxorubicine discutés précédemment, DAUNOXOME s'appuie également sur un mécanisme de ciblage passif des sites tumoraux [49].

? Pharmacocinétique

DAUNOXOME a un petit volume permanent de distribution de 6,4 L, en se limitant au volume de fluide vasculaire, et la clairance de 17 ml / min.

La demi-vie apparente de DAUNOXOME est de 4,4 heures beaucoup plus courtes que celle de la daunorubicine, bien que les données précliniques de biodistribution chez des animaux suggèrent que DAUNOXOME traverse la barrière hémato-encéphalique, on ignore si DAUNOXOME traverse la barrière hémato-encéphalique chez les humains [49].

? Métabolisme

Le daunorubicinol, le principal métabolite actif de la daunorubicine, a été détecté à des niveaux faibles dans le plasma après administration intraveineuse de DAUNOXOME [49].

? Indications

DAUNOXOME est approuvé aux Etats-Unis en tant que traitement de première ligne pour les patients atteints du sarcome de Kaposi associé au VIH. Il y a aussi de nombreux essais cliniques actifs et / ou de recrutement qui tentent de prouver l'efficacité clinique sur différentes formes de leucémies [49].

Chapitre IV Essais Cliniques

84

1.4. ThermoDox

Bien que n'étant pas actuellement approuvé dans les marchés, ThermoDox est très similaire à Doxil et Myocet, tel que discuté ci-dessus [46].

? Structure

Il est composé de la doxorubicine encapsulée dans le noyau interne de la bicouche aqueuse des liposomes 100nm. Le liposome ThermoDox est composé de dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), monostearoyl-phosphatidylcholine (MSPC), et DSPE-MPEG-2000. DPPC, qui a une température de gélification de liquide-cristallin de transition de phase (Tc) de 41,5 ° C, la membrane induit une instabilité dans le liposome ThermoDox à des températures autour de Tc [46].

? Mécanisme d'action

La propriété qui fait ThermoDox unique et qui a suscité tellement l'attention, c'est que le chauffage des liposomes à des températures = 39,5 ° C, ils libèrent leurs charges de la doxorubicine en quelques secondes. Cette propriété permet à la doxorubicine d'être livrées en rafale à un site de la tumeur sans toxicité systémique associée observée avec l'administration du médicament libre lui-même [46].

? Bénéfice/ Risque

actuellement un essai clinique de phase III est en cours pour ThermoDox en conjonction avec RFA(Radio frequency ablation)pour le traitement du carcinome hépatocellulaire inopérable les résultats de l'essai clinique HEAT sont attendus dans le courant de 2013.

En outre, le National Institute of Health (NIH) a désigné l'étude comme un essai de priorité pour le cancer du foie. La US-FDA, l'agence européenne des médicaments (EMA) et les organismes de réglementations chinoises, Sud-Coréennes et taiwanaises ont tous confirmé que l'étude HEAT fournit une base acceptable pour la présentation d'une demande d'autorisation de commercialisation .ThermoDox est également à l'étude pour diverses formes de cancer du sein et métastases osseuses [46].

85

Chapitre IV Essais Cliniques

3. Nanovecteurs à base de Taxanes

2.1. Genexol-PM

C'est une micelle à base de polymère chargé en paclitaxel PEGylé (20 -50 nm) qui est complètement soluble en milieu aqueux. Dans un essai clinique de phase I, la dose tolérée maximale était de 390 mg/m2 Les toxicités limitant la dose étaient la neuropathie, myalgies, et la neutropénie. Il a de bons taux de réponse, actuellement, Genexol-PM est approuvé pour le traitement du cancer du sein et du poumon en Corée [45].

4. Nanovecteurs à base d'Alkaloides

3.1. Vincristine liposomale (OncoTCS,Marqibo)

C'est une vésicule de 120 nm. Il a été développé pour prolonger la demi-vie plasmatique de la vincristine. Un essai clinique de phase II en monothérapie sur des patients atteints de chimiorésistance du lymphome non-hodgkinien a démontré une activité significative avec des taux de réponse global de 41%. Un essai clinique utilisant de la vincristine liposomale dans le cadre d'une chimiothérapie de combinaison pour lymphome à cellules B agressif, 17/23 patients ont eu une réponse complète au traitement [45]. Le 9 août 2012 La FDA a approuvé Marqibo pour traiter des patients adultes atteint d'un type rare de leucémie, la leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) à chromosome Philadelphie négatif (Ph-) [47].

Tableau III : Les nanomédicaments pour le traitement du cancer approuvés par la FDA [46].

Chapitre IV Essais Cliniques

86

Tableau IV : Exemples de nanomédicaments en essais cliniques [45].

CHAPITRE V :

TOXICOLOGIE ET

REGLEMENTATION

L'homme et sa sécurité doivent constituer la première préoccupation de toute aventure technologique.

Albert Einstein

Chapitre V Toxicologie Et Règlementation

87

1. Toxicologie

Malgré L'amélioration significative de l'index thérapeutique ainsi que la diminution des effets secondaires apportés par les NV aux anticancéreux, le magic bullet imaginé par PAUL EHRLISH n'est toujours pas réalisable , les Nm ne peuvent être considérés comme un miracle pour la guérison contre le cancer ,afin de mieux évaluer les éventuelles risques pour les malades, la nécessité d'une meilleure connaissance des conséquences potentiellement néfastes des nanomedicaments est à vérifier cela exige la mise en place de nouveaux critères de contrôles toxicologiques, qui consiste à:

? Rechercher les phénomènes d'agrégation susceptibles d'entrainer des phénomènes thromboemboliques à l'administration : Vu que la taille des NV est considérablement petite il n y a pas de risque d'embolie ou de thrombose cependant dans certains cas certaines particules vont interagir avec des protéines plasmatiques peuvent s'aggreger entre elles et former des thrombus.

? Thesaurismose : C'est l'accumulation des matériaux biodégradable à l'intérieur des cellules pour cela il faut vérifier l'excrétion biliaire et rénal du produit avec un bilan métabolique .

? Surveiller tous les processus liés à la capture par le RES :

? On a remarqué une diminution d'index de phagocytose qui est dose dépendant mais surtout REVERSIBLE après QUELQUES HEURS cela est due à une diminution du taux d'opsonines plasmatiques et pas à une toxicité des cellules de kuppfer.

? Etude de la fonction hepatocytaire : on a constaté une diminution REVERSIBLE de glucose et une augmentation de l'alfa glycoproteine acide bi-enteinné qui est l'indice d'un processus inflammatoire hépatique réversible mais pas une insuffisance hépatique, ce processus peut être éliminé par la pegylation.

On conclue qu'il existe une absence d'insuffisance hepatocytaire, une absence de dommages hepatocytaires irréversibles une absence de peroxydation de lipide mais on doit noter qu'il existe un processus inflammatoire réversible.

Chapitre V Toxicologie Et Règlementation

88

L'activation du complément : on a constaté l'apparition de certaines manifestation après l'administration du NV chez quelques patients c'est due au phénomène CARPA « C Activated Related Pseudo-Allergy » caractérisé par :

· L'hypo/hypertension, le mal de tête, l'apparition de nausées, de la fièvre

· Apparaît dès la première administration

· Imprévisible et non détectable par les tests d'allergie classiques

· Peut être fatal mais RARE

· TOUS les nanomédicaments semblent présenter des réactions pseudo-allergiques de type CARPA(Fig66).

Figure66 : représentation schématique des différentes voies d'activation du complément. C'est du à l'activation du complément par la voie alterne et production de C3a-C5a ce qui va induire une libération de cytokines proinflammatoires qui vont agir au niveau de l'endothélium vasculaire pulmonaire Procédures à faire :

· Interrogation du patient et de ces antécédents allergiques

· Prémédication aux corticoïdes

· Injection lente ou perfusion des NV

· Tests d'activation du complément sur le sérum du patient

· Nécessité de développer des tests prédictifs

· Il est extrêmement important d'informer et de former les cliniciens à ce type de médication [50].

Chapitre V Toxicologie Et Règlementation

89

2. Règlementation de la nanomédecine

Le contexte historique de la réglementation des médicaments et le débat actuel sur la nécessité d'une "nanomédecine" règlementée a été récemment revu, différents pays et territoires ont des cadres législatifs spécifiques, il ya eu un effort important d'élaborer des procédures qui sont commune à tous via les directives de la Conférence internationale sur l'harmonisation (ICH).

L'International Standard Organisation et ses comités nationaux ainsi que d'autres organisations travaillent fébrilement sur la définition et l'Unification des termes et des méthodes des nanomedecines. Toutefois, en raison de leur approche méthodique, il peut prendre plusieurs années avant que les normes rattrapent la recherche. Pour des raisons réglementaires, il existe plusieurs complications supplémentaires. L'un d'eux est que le rapport classique d'efficacité doit être remplacé par une (Composition + Structure + Architecture /Fonction). Les essais cliniques exigerait au nanomedecines d'être fabriqués conformément aux bonnes pratiques de laboratoire et / ou bonnes pratiques de fabrication, la Food and Drug US d'administration a conclu en Juillet 2007, qu'elle n'a pas besoin d'élaborer une nouvelle réglementation pour les nanotechnologies à l'heure actuelle et qu'aucun nouvel étiquetage était nécessaire [51].

CONCLUSION ET

PERSPECTIVES

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

90

1. Future et perspectives

Le développement et la recherche du secteur des nanomédicaments pour le traitement du cancer est en expansion rapide, l'amélioration des connaissances à l'échelle atomique a abouti à une meilleure compréhension du monde des nano ainsi une meilleure maitrise des éléments à cet échelle.

De ce fait de nouvelles plates-formes sont en cours d'élaboration parmi celles :

? De nouvelles formulations à base de plantes comme des nanoparticules polymériques, des nanocapsules, des liposomes, phytosomes, nanoémulsions,transférosomes et ethosomes a été rapporté en utilisant des extraits bioactifs des plantes mais aussi des huiles essentiels sont en voie de développement[52].

Tableau V : Exemples de formulations à base de plantes.

En s'inspirant de la nature pour la conception des NV, les chercheurs se dirigent vers deux pôles distincts mais parallèles :

? Le premier concerne les nanoparticules d'origine naturelle qui ont suscité un intérêt croissant en nanomedecine en raison de leurs biocompatibilité unique , biodégradabilité ainsi que leur immunogenécité ,des études sont porté sur les organismes supérieurs , un champignons carnivore était récemment découvert au Japon pour la production de Nanoparticules et qui a donné des résultats prometteurs dans l' immunochimiothérapie du cancer [53].

? Le deuxième concerne la mise en évidence des nanorobots et pompes auto-alimentées. ce sont les PHARMACYTES commandés à distance, Un système idéal de délivrance de médicaments capables de les transporter précisément, et cibler à destination cellulaires et intracellulaires spécifiques, ils auront de nombreuses applications comme l'initiation de l'apoptose dans les cellules cancéreuses et le contrôle direct du processus de la signalisation cellulaire. Dans un rapport, des nanomachines alimenté chimiquement ont été modélisés en utilisant le glucose comme carburant pour naviguer dans la circulation sanguine [54].

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

91

2. Conclusion

L

'homme rêve depuis toujours de pénétrer dans le corps humain pour l'explorer, comme l'illustre si bien le roman d'Isaac Asimov «Fantastic Voyage »paru en 1966, décrivant les aventures d'un vaisseau sous-marin qui est miniaturise pour aller s'immiscer dans les profondeurs du corps humain. Ainsi Les leçons tirées du passé, et les limites des premières chimiothérapies, ont permis de comprendre qu'il fallait proposer de nouvelles stratégies plus ciblées, basées sur des médicaments dirigés spécifiquement contre les altérations moléculaires responsables des cancers, et administrer spécifiquement au site tumoral plutôt que de manière généralisée.

Actuellement, Des nano systèmes d'administration, de transport et de vectorisation des médicaments ont, en effet, pu être conçus grâce aux recherches menées à l'interface de la physique, de la chimie et de la biologie. La chimie des polymères et des lipides ainsi que la chimie de conjugaison ont permis le développement de nouveaux (bio)matériaux biocompatibles et fonctionnalisés, la physico- chimie a contribué à découvrir de nouvelles architectures supramoléculaires organisées, la pharmacotechnie et la bio pharmacie ont apporté la maîtrise des procédés d'encapsulation ainsi que les concepts pharmacocinétiques et de biodistribution, tandis que la biologie cellulaire et moléculaire a contribué, quant à elle, à identifier ou à mieux connaître les cibles biologiques et à proposer ainsi de nouvelles pistes pour la conception de nanovecteurs plus spécifiques. Ce mémoire a fait le point sur les principales avancées réalisées pour la vectorisation de molécules biologiquement actives. Quoi qu'il en soit, les avancées réalisées dans le domaine ont déjà dépassé le stade de la curiosité du laboratoire de recherche, puisque des nanomédicaments sont aujourd'hui à la disposition des patients pour le traitement de cancers, ou pour le diagnostic, tandis que d'autres sont au stade d'études cliniques de phase I, II ou III. Nous avons pu déduire ainsi l'efficacité des nanomedicaments en les comparants à des principes actifs libres et en leurs conférant de nouvelles propriétés ce qui a abouti à une amélioration significative de la biodistribution, le temps de demi vie et à une diminution de la toxicité aboutissant ainsi à une augmentation de l'index thérapeutique.

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Résumé

Les stratégies thérapeutiques actuelles appliquées contre diverses maladies, notamment le cancer souffrent de sévères limitations qui se terminent souvent par un échec du traitement. La base d'une telle défaillance est multifactorielle incluant une biodistribution non spécifique, l'insolubilité dans l'eau, l'hydrophilie ou une masse moléculaire trop importante pour franchir les barrières biologiques, et un index thérapeutique étroit ce qui crée des effets toxiques importants et entraîne parfois l'abandon du traitement en dépit de son efficacité. Les nanomédicaments visent à contourner ces obstacles pour rendre les traitements plus spécifiques, tout en augmentant leur index thérapeutique, leur défi est double , d'une part, grâce à leur taille « 10^-9m» et leurs caractéristiques de surface , ils doivent transporter le principe actif et augmenter sa durée de vie, c'est le concept de VECTORISATION, et d'une autre part , ils doivent être capables de le livrer spécifiquement aux cellules cancéreuses c'est le concept de CIBLAGE , en se basant sur des mécanismes de ciblage passif, ou des mécanismes de ciblage actif en utilisant des ligands dirigés contre certains récepteurs surexprimés à la surface des cellules tumorales. Un troisième défi peu s'imposer en associant la thérapie au diagnostic c'est le concept du THERAGNOSTIC. La résistance aux médicaments pourrait aussi être surmontée. Dans ce mémoire, nous avons pu mettre en évidence des propriétés propres aux nanomédicaments ainsi que leurs avantages par des essais cliniques et précliniques mais aussi une analyse des nanomédicaments approuvés a été effectuée.

Mots clefs : cancer, index thérapeutique, nanomédicaments, vectorisation, ciblage, theragnostic, chimiothérapeutique.

Abstract

Current therapeutic strategies used against various diseases, including cancer suffer from severe limitations that often end in failure of treatment. The basis of such a failure is multifactorial including nonspecific biodistribution, insolubility in water, hydrophilicity or too high molecular weight to cross biological barriers, and a narrow therapeutic index which creates significant toxicity and sometimes leads to discontinuation of treatment in spite of its effectiveness. Nanodrugs designed to overcome these obstacles to make them more specific treatments, while increasing their therapeutic index, their challenge is twofold, on the one hand, thanks to their size "10 ^-9m" and their surface characteristics, they must carry the drug and increase its life this is the concept of VECTORIZATION, and on the other hand, they must be able to deliver it specifically to cancer cells this is the concept of TARGETING, based on Passive targeting mechanisms or actif mechanisms using targeting ligands directed against overexpressed receptors in certain tumor cell surface. A third challenge might be imposed by combining therapy and diagnosis this is the concept of THERAGNOSTIC. Drug resistance could be overcome. In this paper it has been shown the master-specific properties of nanodrug delivery systems and their advantages in clinical and preclinical trials, but also an analysis of nanodrugs already approved was made .

Keywords: cancer, therapeutic index, nanodrugs, vectorization, targeting ligands, theragnostic, chemotherapy.

Mots clefs : cancer, index thérapeutique, nanomédicaments, vectorisation, ciblage, theragnostic, chimiothérapeutique.

Keywords: cancer, therapeutic index, nanodrugs, vectorization, targeting ligands, theragnostic, chemotherapy.

Les stratégies thérapeutiques actuelles appliquées contre diverses maladies, notamment le cancer souffrent de sévères limitations qui se terminent souvent par un échec du traitement. La base d'une telle défaillance est multifactorielle incluant une biodistribution non spécifique, l'insolubilité dans l'eau, l'hydrophilie ou une masse moléculaire trop importante pour franchir les barrières biologiques, et un index thérapeutique étroit ce qui crée des effets toxiques importants et entraîne parfois l'abandon du traitement en dépit de son efficacité. Les nanomédicaments visent à contourner ces obstacles pour rendre les traitements plus spécifiques, tout en augmentant leur index thérapeutique, leur défi est double , d'une part, grâce à leur taille « 10^-9m» et leurs caractéristiques de surface , ils doivent transporter le principe actif et augmenter sa durée de vie, c'est le concept de VECTORISATION, et d'une autre part , ils doivent être capable de le livrer spécifiquement aux cellules cancéreuses c'est le concept de CIBLAGE , en se basant sur des mécanismes de ciblage passifs, ou des mécanismes de ciblage actifs en utilisant des ligands dirigés contre certains récepteurs surexprimés à la surface des cellules tumorales. Un troisième défi peu s'imposer en associant la thérapie au diagnostic c'est le concept du THERAGNOSTIC. La résistance aux médicaments pourrait aussi être surmontée. Dans ce mémoire, nous avons pu mettre en évidence des propriétés propres aux nanomédicaments ainsi que leurs avantages par des essais cliniques et précliniques mais aussi une analyse des nanomédicaments approuvés a été effectuée.

Current therapeutic strategies used against various diseases, including cancer suffer from severe limitations that often end in failure of treatment. The basis of such a failure is multifactorial including nonspecific biodistribution, insolubility in water, hydrophilicity or too high molecular weight to cross biological barriers, and a narrow therapeutic index which creates significant toxicity and sometimes leads to discontinuation of treatment in spite of its effectiveness. Nanodrugs designed to overcome these obstacles to make them more specific treatments, while increasing their therapeutic index, their challenge is twofold, on the one hand, thanks to their size "10 ^-9m" and their surface characteristics, they must carry the drug and increase its life this is the concept of VECTORIZATION, and on the other hand, they must be able to deliver it specifically to cancer cells this is the concept of TARGETING, based on Passive targeting mechanisms or actif mechanisms using targeting ligands directed against overexpressed receptors in certain tumor cell surface. A third challenge might be imposed by combining therapy and diagnosis this is the concept of THERAGNOSTIC. Drug resistance could be overcome. In this paper it has been shown the master-specific properties of nanodrug delivery systems and their advantages in clinical and preclinical trials, but also an analysis of nanodrugs already approved was made .

FACULTE DE MEDECINE D'ORAN DEPARTEMENT DE PHARMACIE