Vers de nouveaux nanosystèmes pour la vectorisation de peptides anticancéreux

Synthetic molecular nanodevices for selective peptide-based therapy

• Auteur / Autrice : Anthony Fernandes
• Direction : David Alan Leigh, Jean-Pierre Gesson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Edinburgh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peptides

Rotaxanes

Chimiothérapie

Résumé

Malgré les nombreux progrès réalisés en chimiothérapie anticancéreuses ces dernières décennies, les méthodes conventionnelles de traitement demeurent encore problématiques. En effet, le manque de sélectivité des traitements entraîne très souvent d'importants effets secondaires, empêchant par là même l'utilisation d'une quantité suffisante de drogue nécessaire à éradiquer les cellules tumorales. Afin de contourner ce problème plusieurs systèmes de ciblages thérapeutiques sont actuellement en cours d'évaluation et ont déjà fourni des résultats encourageants in vivo. Bien que certains peptides semblent attirer une particulière attention du fait de leur diversité structurale et de leur haute spécificité, leur utilisation thérapeutique reste précaire. En effet, ces molécules sont très rapidement dégradées in vivo et incapables, pour la plupart, de traverser les membranes cellulaires. De nombreuses alternatives ont été étudiées afin d'améliorer leur bio-disponibilité et leur stabilité métabolique. Dans ce cadre, la dérivatisation de peptide sous forme de rotaxane (molécule « entrelacée » comprenant un ou plusieurs macrocycles piégé autour d'un axe munis de groupements terminaux encombrants) semble être une solution plus qu'intéressante. Le macrocycle permet en effet de modifier de façon très favorable les propriétés physico-chimiques du peptide (solubilité, pénétration à travers les membranes) ainsi que de le protéger totalement contre toute attaque extérieure (peptidases…) ! Le concept que nous développons actuellement vise à associer la stratégie de ciblage thérapeutique développée à Poitiers par le Prof. Gesson, au système d'assemblage supramoléculaire développé à Edimbourg par le Prof. Leigh, afin de préparer des rotaxanes de peptides bioactifs qui seront sélectivement libérés au niveau des tumeurs. Ces nouveaux outils moléculaires permettront à l'avenir non seulement de vectoriser efficacement le peptide actif vers les tumeurs mais aussi de le transporter à travers les membranes cellulaires. Dans un premier temps nous nous sommes concentrés sur la construction de progogues modèles afin d'étudier les principaux paramètres influençant le fonctionnement de nos roxatanes. Ainsi, le premier roxatane configuré pour libérer un peptide sous activation enzimatique a été synthétisé et évalué. Dans une deuxième partie nous avons appliqué notre concept à un peptide présentant une activité anticancéreuse. Dans ce cadre les prodogues rotaxanés et non-rataxanés de la Met-enképhaline ont été préparées avec succès et étudiées comparativement en terme de libération par action de la β-galactosidase. Les tests d'hydrolyse enzymatique n'ont révélés aucune différence de cinétique de libération ; les deux systèmes libérant le pentapeptide en moins de 10 minutes après l'ajout de l'enzyme. De plus l’effet protecteur du macrocycle a aussi été incontestablement illustré dans du plasma humain et contre l'action de trois enzymes isolées largement responsables de la faible bio-disponibilité de la Met-enképhaline. Dans ces conditions nous avons pu démontrer que le rotaxane ne subit aucune dégradation alors que le peptide actif et que sa prodogue non-rotaxanée sont très rapidement hydrolysés. Finalement, nous avons travaillé sur la construction d'une machine moléculaire destinée à synthétiser de manière processive et contrôlée un oligopeptide. Là encore nous avons utilisé une architecture rotaxanée afin d'accéder à un tel outil. Le rotaxane est constitué d'un axe supportant les différents acides aminés constituant la séquence peptidique finale et d'un macrocycle démontrant des propriétés catalytiques.

During the last decades peptides have received considerable attention due to their promising therapeutic potential. Peptides, whose diversity ans selectivity is largely used control cellular processes, however suffer from serious inconvenient. Thereby the main drawbacks associated with peptide drugs are their poor membrane permeability and rapid biological degradation. In the aim of developing new strategies to enhance peptide potential we presented here the use of rotaxanes configured to protect and selectively deliver bioactive peptides. Our rotaxane prodrugs are devised to be activated by specific enzymes which are associated with tumour cells. First of all we tried to synthesise the first prototype rotaxanes from the classical prodrug design. Thus we constructed a prodrug thread presenting the essential requirements for rotaxane assembly. After several attemps we successfully prepared the first rotaxane-based peptide prodrugs. Preliminary enzymatic results demonstrated that the model peptide entrapped within the rotaxane architecture is efficiently released following activation by the enzyme. In a second part, we applied the concept to the biologically active peptide Met-enkephalin. Accordingly we prepared the Me-enkephalin rotaxane prodrug along with its non-interlocked derivative to study and compare their performances. No difference could be observed concerning their enzymatic activation, the peptide being rapidly released after addition of β-galactosidase. We also investigated the stability of both compounds in human plasma. In these conditions, the peptide and the prodrug proved to be highly unstable while the rotaxane prodrug showed almost no degradation. Detailed biological studies have been initiated. Finally, we presented the construction of a rotaxane-based machine that, following the information carried on its thread, would be able to processively assemble a sequence-specific peptide oligomer