Évaluation et caractérisation de l'efficacité thérapeutique de nanoparticules multifonctionnelles pour de la thérapie photodynamique interstitielle appliquée au glioblastome

Evaluation and characterization of the therapeutic efficacy of multifunctional nanoparticles in interstitial photodynamic therapy applied to glioblastoma

• Auteur / Autrice : Mickaël Gries
• Direction : Muriel Barberi-Heyob, Noémie Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Olivier Durand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Barberi-Heyob, Noémie Thomas, Sylvie Fournel, Muriel Golzio, Sandrine Lacombe, Stéphane Dedieu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvie Fournel, Muriel Golzio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Emploi en thérapeutique

Nanoparticules

Photochimiothérapie

Cancer

Thérapeutique

Tumeurs cérébrales

Mots clés libres

Gliobastomes

Thérapie photodynamique interstitielle

Nanoparticules

Imagerie par résonance magnétique

Macrophages associés aux tumeurs

Glioblastoma

Interstitial photodynamic therapy

Nanoparticles

Magnetic resonance imaging

Tumor-Associated macrophages

Résumé

Malgré des traitements lourds, les récidives locales du glioblastome (GBM) restent fréquentes, conduisant à un pronostic sombre avec une médiane de survie de 15 mois. L’un des principaux défis à relever est d’éradiquer la partie infiltrante du tissu tumoral à l’origine des récidives tout en préservant le parenchyme cérébral sain de lésions irréversibles. Dans ce but, la neuropiline-1 (NRP-1), un récepteur surexprimé par les cellules endothéliales de phénotype angiogénique du système vasculaire tumoral et associé à la prolifération et à la migration du GBM a été mise en évidence comme étant une cible moléculaire pertinente pour promouvoir l'effet anti-vasculaire de la thérapie photodynamique (PDT). Le peptide KDKPPR ciblant NRP-1 et une porphyrine jouant le rôle de photosensibilisateur (PS) ont ainsi été greffés sur des nanoparticules de design AGuIX pour répondre à ces enjeux. Les propriétés photophysiques du PS et l'affinité moléculaire du peptide KDKPPR pour la protéine recombinante NRP-1 ont été préservées après la fonctionnalisation de la nanoparticule AGuIX. Les études de sélectivité in vivo ont révélé une rétention prolongée des nanoparticules conjuguées aux peptides dans le système vasculaire des GBM humains xénogreffés. Les suivis post-PDT ont démontré des réponses prometteuses associant un retard de croissance tumorale et une chute du métabolisme tumoral dans les jours suivant le traitement. Nous avons également mis en évidence une inflammation aiguë et la formation d’œdèmes au sein et au pourtour de la tumeur dans les jours suivant le traitement ainsi qu’une affluence de macrophages dans la tumeur qui dans ces conditions pourrait largement participer à la réponse inflammatoire et immunogène post-PDT. Finalement, en utilisant une lignée cellulaire monocytaire (THP-1) mis au contact avec le milieu conditionné provenant de cellules tumorales traitées par PDT, nous avons pu démontrer les effets immunostimulants de la PDT et notamment son potentiel à induire la polarisation des macrophages vers le phénotype inflammatoire et antitumoral M1.

Despite heavy treatments, local recurrence of glioblastoma (GBM) remains frequent, leading to a poor prognosis with a median survival of 15 months. One of the main challenges is to eradicate the infiltrating part of the tumor tissue that causes recurrence while preserving the healthy brain parenchyma from irreversible damage. To this end, neuropilin-1 (NRP-1), a receptor overexpressed by endothelial cells of angiogenic phenotype of the tumor vasculature and associated with proliferation and migration of GBM has been demonstrated to be a relevant molecular target to promote the anti-vascular effect of photodynamic therapy (PDT). The KDKPPR peptide moiety targeting NRP-1 and a porphyrin acting as a photosensitizer (PS) have thus been grafted onto AGuIX design nanoparticles to meet these challenges. The photophysical properties of the PS and the molecular affinity of the KDKPPR peptide for the NRP-1 recombinant protein were preserved after the functionalization of the AGuIX nanoparticle. In vivo selectivity studies revealed prolonged retention of peptide-conjugated nanoparticles in the vascular system of xenografted human GBMs. Post-PDT follow-ups have shown promising responses associating delayed tumor growth and a reduction in tumor metabolism in the days following treatment. We also demonstrated an acute inflammation and the formation of edema within and around the tumor in the days following the treatment as well as an influx of macrophages in the tumor which in these conditions could largely participate in the inflammatory and post-PDT immunogen response. Finally, by using a monocytic cell line (THP-1) brought into contact with the conditioned medium from tumor cells treated with PDT, we were able to demonstrate the immunostimulatory effects of PDT and in particular its potential to induce the polarization of macrophages towards the inflammatory and anti-tumor phenotype M1.