Conception, synthèse et formulation de nanoémulsions de nucléolipides pour les maladies neurodégénératives

Conception, synthesis, and formulation into nanoemulsions of nucleolipids for neurodegenerative diseases

• Auteur / Autrice : Mathias Brouillard
• Direction : Sylvie Crauste-Manciet, Valérie Desvergnes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Technologies pour le vivant
• Date : Soutenance le 25/10/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Acides Nucléiques : Régulations Naturelle et Artificielle (2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean Guillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Charrueau, Sabine Chierici
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Marchand, Vincent Roy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lysosomes

Maladies neurodégénératives

Nucléolipides

Mots clés libres

Nucléolipide

Nanoémulsion (L/H)

Maladies neurodégénératives

Lysosome

Parkinson

Alzheimer

Nucleolipid

(L/H) Nanoemulsion

Neurodegenerative diseases

Lysosome

Parkinson

Alzheimer

Résumé

Les maladies neurodégénératives sont des maladies chroniques courantes engendrant une forte dépendance et dont la fréquence augmente avec l'avancée en âge. Les thérapies actuelles ne soignent que les symptômes faisant du développement de nouveaux traitements un réel enjeu sociétal et un défi important pour la recherche. Une des difficultés dans le développement de thérapeutiques est de permettre le passage des membranes biologiques et notamment de la Barrière Hémato-Encéphalique, qui lorsqu'elle est intègre, empêche le passage cérébral de 98% des molécules. Les nanoémulsions (NE) lipophile dans hydrophile (L/H) sont des nanosystèmes véhicules ou vecteurs de substances actives lipophiles favorisant le passage cérébral. Des résultats antérieurs de l'équipe ont par ailleurs montré que les nucléolipides pourraient être des candidats pour faciliter le passage de la BHE en agissant comme des promoteurs d'absorption. Le travail de cette thèse a porté sur la conception d’une plateforme nucléolipidique lipophile, non virale et formulable au sein d’une nanoémulsion (L/H). La maladie de Parkinson (200 000 cas en France pour une incidence de 25 000 cas par an), est liée à la dégradation et disparition progressive des neurones dopaminergiques. L'altération de la fonction lysosomale, et notamment de son pH, sont aujourd'hui admis comme un facteur clé de la neurodégénérescence dans la maladie de Parkinson. Le pH de ces organites intracellulaires est anormalement élevé dans les neurones dopaminergiques dysfonctionnels. La restauration de l’acidité des lysosomes représente une stratégie prometteuse pour une action thérapeutique mais seuls quelques agents ciblant spécifiquement le pH lysosomal ont été rapportés à ce jour. Des monomères nucléolipides et des analogues multimères ont été conçus comme des prodrogues bioinspirées et biodégradables, portant une ou plusieurs entités d’acide succinique biocompatible comme substance active. Ces nucléolipides prodrogues ont pu être formulés avec succès au sein de nanoémulsions L/H. Leur évaluation biologique in vitro sur cellules humaines modèles de la maladie de parkinson a montré leur capacité à être internalisés et à restaurer le pH lysosomal sans effet cytotoxique. La même stratégie, consistant à développer un nanovecteur lipidique, a été appliquée à la maladie d'Alzheimer en synthétisant cette fois des hybrides nucléolipides peptides. En effet, certains peptides dont le peptide KLVFFA sont connus pour inhiber efficacement la fibrillation amyloïde pathologique. La synthèse de composés peptidiques rendus lipophiles, formulés au sein de NE, permettrait ainsi d'envisager un développement thérapeutique ultérieur. Nos premiers résultats prometteurs, obtenus sur l'acidification des lysosomes dans le cadre de la maladie de Parkinson, ouvrent la voie à l'utilisation de nucléolipides synthétiques originaux dans le traitement d'autres pathologies impliquant une dysfonction lysosomale.

Neurodegenerative diseases are common chronic illnesses that lead to a high level of dependence and whose frequency increases with advancing age. As current therapies only treat the symptoms, the development of innovative treatments represents a real challenge for society and for research. The crossing of biological membranes, and in particular the blood-brain barrier, is one of the major difficulties in the development of therapeutics. Indeed, the BBB prevents the cerebral passage of 98% of molecules. Lipophilic-in-hydrophilic (L/H) nanoemulsions (NE) are nanosystems that are vehicles or vectors for lipophilic active substances favoring cerebral passage. Previous results of our team have also shown that nucleolipids could be candidates to facilitate BBB passage by acting as absorption promoters. The work of this thesis focused on the design of a lipophilic, nonviral nucleolipid platform that can be formulated within a nanoemulsion (L/H). Parkinson's disease (200,000 cases in France with an incidence of 25,000 cases per year) is linked to the degradation and progressive disappearance of dopaminergic neurons. The impairment of the lysosomal function, and of its pH, is now admitted as a key factor of the neurodegeneration in this disease. The pH of these intracellular organelles is abnormally high in dysfunctional dopaminergic neurons. Restoring the acidity of lysosomes represents a promising strategy for therapeutic action but only a few agents targeting specifically lysosomal pH have been reported to date. Nucleolipid monomers and multimeric analogues have been then designed as bioinspired and biodegradable prodrugs, carrying one or more biocompatible succinic acid moieties as active substance. These nucleolipid prodrugs could be successfully formulated into L/H nanoemulsions. The in vitro biological evaluation in human Parkinson's disease model cells highlighted their ability to be internalized and to fully restore lysosomal pH without cytotoxic effect. The same strategy, based on a lipidic nanovector development, was applied to Alzheimer's disease, by synthesizing nucleolipid peptide hybrids. Indeed, as other peptides, KLVFFA was reported to inhibit pathological amyloid fibrillation. The synthesis of lipophilic peptidic compounds, formulated within NE, would thus make it possible to envisage further therapeutic development. Our first promising results on lysosome acidification in Parkinson's disease pave the way for the use of novel synthetic nucleolipids in the treatment of other diseases involving lysosomal dysfunction.