Développement préclinique de nanoparticules contentant de la curcumine pour le traitement de la maladie Charcot-Marie-Tooth-1A

Preclinical development of curcumin-based nanoparticles for the treatment of Charcot-Marie-Tooth-1A disease

• Auteur / Autrice : Zeina Msheik
• Direction : Alexis Desmoulière, Mohamed El Massry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 23/11/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ω-LIM-Biologie-Chimie-Santé (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NEURopathies et Innovations Thérapeutiques (Limoges)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Bomont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Desmoulière, Mohamed El Massry, Franck Sturtz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marina Kennerson, Robert Fledrich

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Protéomique

Nanocristaux de cellulose

Curcumine

Maladie de Charcot-Marie-Tooth

Mots clés libres

Rat

Charcot-Marie-Tooth-1A

Rat

Curcumin

Cellulose nanocrystals

Proteomics

Oxidative stress

Résumé

La maladie de Charcot-Marie-Tooth-1A (CMT1A) est la neuropathie périphérique héréditaire la plus fréquente. Les symptômes se manifestent par des déficits sensori-moteurs et une fonte musculaire dans les bras et les jambes. Actuellement, aucun traitement n'est disponible. Pour l’étude de cette pathologie, le rat transgénique CMT1A portant 3 copies supplémentaires du gène murin pmp22 est couramment car il reproduit assez fidèlement les symptômes humains. Cependant, les mécanismes physiopathologiques impliqués dans le développement de cette pathologie ne sont pas encore précisément connus. Cette thèse s’articule autour de deux projets principaux : (i) décrire le profil protéomique du rat CMT1A, et (ii) tester l'efficacité de la curcumine incorporée dans des nanoparticules pour le traitement du rat CMT1A. Pour l’étude protéomique, des nerfs sciatiques ont été extraits de rats Wild Type (WT) et CMT1A. L'enrichissement fonctionnel a montré que les jeunes rats adultes CMT1A développent des mécanismes compensatoires au niveau de l'équilibre redox, du repliement des protéines, de la myélinisation et de l'axonogenèse. Notamment, la réponse au stress oxydatif semble être une caractéristique importante chez le rat CMT1A. De plus, il a été démontré que la curcumine présente des propriétés antioxydantes et des effets promyélinisants. Pour l’étude in vivo, afin d’améliorer la biodisponibilité de la curcumine, des nanocristaux de cyclodextrine (CD)/cellulose (CNC) chargés de curcumine (Nano-Cur) ont été synthétisés. Des rats WT et CMT1A âgés d'un mois ont été traités par des injections intrapéritonéales quotidiennes de 0,2 mg/Kg/jour de Nano-Cur pendant 8 semaines. Les résultats ont montré que Nano-Cur était efficace pour restaurer les performances sensori-motrices, augmenter la vitesse de conduction nerveuse, améliorer la myélinisation et diminuer le stress oxydant chez les rats CMT1A. Nous avons ensuite reproduit cette étude chez des animaux plus âgés (3 mois) avec un traitement plus long (12 semaines ; 0,2 mg/Kg/jour). Nous avons également comparé l'efficacité de Nano-Cur à une formulation de curcumine commercialisée, la Theracurmin®. Les tests d'équilibre (balance test) et de force d’agrippement (grip test) ont montré une amélioration des symptômes moteurs chez les rats CMT1A traités. La vitesse de conduction nerveuse était également augmentée. La Theracurmin® a démontré une certaine efficacité, bien moins importante cependant que Nano-Cur. Cette étude a confirmé les effets pro-myélinisants, anti-oxydants et antiinflammatoirs de Nano-Cur. Par ailleurs, après traitement avec Nano-Cur et la Theracurmin®, aucun signe biochimique et histologique de toxicité n’a été observé. In vitro, les données ont montré une marge de sécurité élevée à la fois pour le vecteur nanoparticulaire et pour Nano-Cur. L’ensemble de ce travail préclinique a démontré une innocuité encourageante et une efficacité substantielle de Nano-Cur à deux stades de la maladie. De ce fait, Nano-Cur pourrait être un candidat intéressant pour des tests sur l'homme.

Charcot-Marie-Tooth-1A (CMT1A) is the most common genetic peripheral neuropathy. Symptoms manifest as sensori-motor deficits and muscle wasting in arms and legs. CMT1A rat is a valuable model used to test potential treatment for the disease. It is a transgenic model carrying 3 additional copies of murine pmp22 gene, and mimics the human symptoms. However, a full understanding of the pathology, especially in the rat model, is not optimal. This thesis is based on two main projects: (i) to describe the proteomic profile of CMT1A rat, and (ii) to test the efficacy of curcumin embedded in nanoparticles for the treatment of CMT1A rat. Firstly, a proteomic study was carried out in the aim to characterize the CMT1A rat. Sciatic nerves were extracted from wild-type (WT) and CMT1A rats. Results indicated a general overexpression of proteins in CMT1A in comparison to WT nerves. Functional enrichment showed that young adult CMT1A rats develop compensatory mechanisms at the level of redox balance, protein folding, myelination, and axonogenesis. Notably, response to oxidative stress appears to be a significant feature of CMT1A, potentially playing a role in the pathological process. On the other hand, currently, no treatment is available for CMT1A. Curcumin has been shown to display anti-oxidant properties and promyelinating effects. However, given the unfavourable pharmacokinetic of curcumin, we opted for delivering curcumin using a nanoparticle vector. Therefore, curcumin loaded- cyclodextrin (CD)/cellulose (CNC) nanocrystals (Nano-Cur) were synthesized and tested in the rat model of CMT1A. One-month-old WT and CMT1A rats were treated by daily intraperitoneal injections of 0.2 mg/Kg/day of Nano-Cur for 8 weeks. Results showed that Nano-Cur was effective in improving sensorimotor symptoms, increasing nerve conduction velocity, ameliorating myelination and decreasing oxidative stress in CMT1A rats. Following the first study, we aimed to explore the potency of Nano-Cur at a later stage of the disease, in addition to its safety. Moreover, we wanted to compare the efficacy of Nano-Cur to a marketed curcumin formulation, Theracurmin®. In vitro, data shows a high margin of safety of both the nanoparticular vector and Nano-Cur. In vivo, 3 months-old CMT1A rats were injected with the same dose of Nano-Cur (0.2 mg/Kg/day). Balance test and grip force test showed an amelioration in motor symptoms in treated CMT1A rats. Interestingly, Nano-Cur was more effective than Theracurmin®. At the nerve level, Nano-Cur showed pro-myelinating, anti-oxidant, and anti-inflammatory actions. Essentially, both Nano-Cur and Theracurmin showed minimal toxicity signs at biochemical and histological levels. This preclinical studies have demonstrated a substantial efficacy and an encouraging safety of Nano-Cur at two stages of the disease. Thereby, it could be an interesting candidate for human testing.