Élaboration et caractérisation de nouvelles nanoparticules superparamagnétiques à motifs porphyriniques pour une application en photothérapie dynamique des cancers

Elaboration and characterization of new porphyrin patterned superparamagnetic nanoparticles for application in photodynamic therapy of cancer

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Mbakidi
• Direction : Vincent Sol, Robert Granet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Appliquée
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimiothérapie anticancéreuse

Photothérapie

Porphyrines

Nanoparticules

Mots clés libres

Superparamagnétisme

Résumé

Les méthodes actuelles de chimiothérapie des cancers utilisent le plus souvent des molécules qui possèdent une toxicité élevée et entrainent des réactions secondaires sérieuses aux patients. La photothérapie dynamique, méthode reposant sur l’administration du principe actif (photosensibilisateur) suivie d’une irradiation lumineuse, limite ces effets secondaires. Afin d’améliorer l’efficacité des photosensibilisateurs, nous avons développé la synthèse de nanoparticules superparamagnétiques à motifs porphyriniques. En effet, les nanoparticules pénètrent facilement à l’intérieur des cellules cancéreuses par un phénomène d’endocytose passive qui permet de contourner la résistance multiple aux drogues acquise par les cellules cancéreuses. De telles nanoparticules magnétiques transportant un principe actif photosensible devraient permettre de développer des plateformes moléculaires à double efficacité létale en combinant l’effet photocytotoxique du principe actif (PDT) avec les propriétés magnétiques du transporteur (thermothérapie). Pour cela, la stratégie adoptée consiste à synthétiser des nanoparticules d’oxyde de fer stabilisée en milieu aqueux par du dextrane modifié. Des porphyrines hydrosolubles glucosylées, anioniques, ou cationiques ont été fixées sur ces nanoparticules par une réaction de Click Chemistry. Les composés synthétisés ont été caractérisés par différentes méthodes spectroscopiques (UV-visible, fluorescence, IR, RMN 1H) et physico-chimiques (Masse, MET, magnétométrie et ATG). Dans un second temps afin d’améliorer l’internalisation cellulaire, nous avons greffés des polyamines (polyéthylènimine 600) par la réaction de Click Chemistry. Les premiers essais in vitro réalisés sur une lignée cellulaire de kératinocytes humains (cellule Hacat) ont montré l’activité photocytotoxique de ces composés et en particulier pour le complexe nanoparticule-PEI-porphyrines cationiques qui présente une activité vingt fois supérieure à celle du Photofrin®.

Current chemotherapy regimens for cancer treatment most often use highly toxic molecules that lead to serious adverse reactions in patients. Photodynamic therapy, a method based on the administration of an active molecule (photosensitizer) followed by light irradiation, limits these side effects. To improve the efficiency of photosensitizers, we have developed porphyrin-patterned superparamagnetic nanoparticles. Indeed, nanoparticles easily enter cancer cells by a mechanism of passive endocytosis. This process circumvents the problems of multidrug resistance acquired by cancer cells. Such magnetic nanoparticles carrying a photosensitive drug should help develop molecular platforms endowed with dual efficiency by combining the lethal effect of photocytotoxic drugs (PDT) with the magnetic properties of the carrier (thermotherapy). To this end, iron oxide nanoparticles were synthesized and stabilized in aqueous medium by a modified dextran. Then, Click Chemistry reactions were used to decorate these nanoparticles with hydrosoluble porphyrins (glucosylated, sulfonated and cationic pyridinium ions). The synthesized compounds were characterized by various spectroscopic (UV-visible, fluorescence, IR, mass, 1H NMR) and physicochemical (Mass, TEM, magnetometry, ATG) methods. In a second step, these nanoparticles were attached to polyamines (polyethylenimine 600) by Click Chemistry reactions, to enhance their cellular internalization. The first in vitro tests performed on a human keratinocyte cell line (HaCaT cells) demonstrated the photocytotoxic activity of these compounds; more specifically, PEI-cationic porphyrins nanoparticules were found to be twenty times more efficient than Photofrin ®.