Nanoparticules squalenisées et lipoprotéines plasmatiques : caractérisation des interactions moléculaires et évaluation de leur implication dans la réponse thérapeutique

Squalene-based nanoparticles and plasma lipoproteins : characterization of molecular interactions and evaluation of their involvement in the therapeutic response.

• Auteur / Autrice : Dunja Sobot
• Direction : Patrick Couvreur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 21/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Elias Fattal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Couvreur, Andrey Klymchenko, Sylvain Huille, Simona Mura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joseph Ciccolini, Stefaan De Smedt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipoprotéines plasmatiques

Cancer -- Thérapeutique

Gemcitabine

Nanoparticules

Mots clés libres

Lipoproteines

Nanoparticules

Squalène

Cancer

Lipoproteins

Nanoparticles

Squalene

Cancer

Résumé

Après administration intraveineuse, un nanovecteur va interagir avec de nombreuses molécules endogènes, notamment celles présentes dans la circulation sanguine. En fonction de la composition chimique du nanovecteur, ces molécules vont conférer à celui-ci une signature spécifique qui va orienter sa biodistribution et sa reconnaissance par certaines cellules de l’organisme. Plusieurs études sur l'identification des protéines adsorbées à la surface des nanovecteurs ont été menées alors que moins d'attention a été consacrée à l'interaction avec les lipoprotéines (LPs). Or, un nombre élevé de récepteurs aux LPs a été observé dans les cellules à croissance rapide et des études ont démontré que certaines cellules cancéreuses surexpriment ces récepteurs. De ce fait, l’utilisation des LPs comme vecteurs de médicaments anticancéreux a été proposée afin de favoriser le ciblage des cellules tumorales. Ce projet de thèse repose sur l’utilisation d’un bioconjugué (SQGem) issu du couplage chimique de la gemcitabine (Gem), une molécule anticancéreuse, au squalène (SQ) (un lipide naturel et précurseur de la biosynthèse du cholestérol), dont l’auto-organisation sous forme de nanoparticules à préalablement été décrite au laboratoire. Nous avons pu mettre en évidence la capture et le transport spontané de la SQGem par les LPs plasmatiques. Les résultats in vitro et in vivo que nous avons obtenus démontrent parfaitement que l’association préférentielle de la SQGem aux LPs corrèle fortement avec la quantité de cholestérol présente dans ces derniers. De plus, les simulations in silico effectuées ont révélé l’incorporation de SQGem dans le noyau hydrophobe des LPs. Par la suite, cette interaction spontanée a été mise à contribution pour effectuer le ciblage indirect des cellules cancéreuses ayant une expression élevée de récepteurs aux LPs, ce qui a été confirmé in vitro sur cellules ainsi qu’in vivo sur un modèle de tumeur expérimentale chez la souris. L’ensemble de ces résultats suggère l’originalité de notre approche, basée sur le ciblage des tumeurs de manière indirecte via les LPs qui constituent ainsi des « vecteurs » endogènes de SQGem. La « squalénisation » évite ainsi la préparation fastidieuse de vecteurs à base de LPs reconstitués et représente, par l’utilisation des LPs endogènes, une stratégie innovante et potentiellement révolutionnaire dans le traitement expérimental du cancer.

The in vivo fate of intravenously injected nanoparticles is strongly affected by their interactions with the blood components. Several studies have focused on the identification of proteins adsorbed at the surface of nanoparticles whereas less attention has been devoted to the interaction with lipoproteins (LPs). Interestingly, LPs have been previously described as excellent carriers for delivery of anticancer drugs due to their particularly high receptor-mediated uptake on several cancer cell lines. In this PhD project, we focused on a bioconjugate obtained by covalent linkage of the anticancer drug gemcitabine (Gem) to squalene (SQ) (a natural lipid and precursor of the cholesterol’s biosynthesis) whose ability to spontaneously self-assemble in the form of nanoparticles has been previously described in our laboratory. We have demonstrated that this conjugation enables the spontaneous capture and transport of the SQGem by circulating lipoproteins. In vitro and in vivo experiments revealed a preeminent affinity of SQGem towards cholesterol-rich LP particles and in silico simulations further displayed their incorporation into the hydrophobic core of LPs. Such spontaneous interaction allowed for indirect targeting of cancer cells with high expression of LP receptors, which was confirmed both in vitro and in vivo in an experimental tumor model in mice. To the best of our knowledge, the use of squalene to induce drug insertion into LPs for indirect cancer cell targeting is a novel concept in drug delivery. It represents a flexible, highly versatile platform that would enable efficient drug delivery by simply exploiting endogenous lipoproteins without the need for complex nanoparticles surface functionalization or artificial lipoproteins production.