Macrophage targeted nanoparticle platform for the treatment of inflammatory and infectious pulmonary diseases

Développement de nanoparticules ciblant les macrophages pour le traitement des maladies pulmonaires infectieuses et inflammatoires

• Auteur / Autrice : Kamila Bohne Japiassu
• Direction : Elias Fattal, François Fay, Eliana Martins Lima
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 21/07/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Universidade federal de Goiás
• 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-....) - FarmaTec (Goiás, Brésil)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Sebastião Antônio Mendanha Neto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carlota de Oliveira Rangel Yagui, Frédéric Jean Georges Frezard, Saadia Kerdine-Römer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carlota de Oliveira Rangel Yagui, Frédéric Jean Georges Frezard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poumon -- Maladies

Dexaméthasone

Acide hyaluronique

Liposomes

Mots clés libres

Liposome

Acide hyaluronique

Dexaméthasone

Maladies pulmonaires

Liposome

Hyaluronic acid

Dexamethasone

Lung diseases

Résumé

Les macrophages alvéolaires sont les premières cellules immunitaires qui rencontrent les agents pathogènes dans les poumons. À ce titre, ils jouent un rôle clé dans l'initiation et la résolution de la réponse immunitaire. Comme pour d'autres tissus, les études soulignent l'existence dans le poumon d'un phénotype de macrophage alvéolaire classiquement activé, appelé M1. Ces macrophages alvéolaires polarisés M1 présentent un profil pro-inflammatoire et sont connus pour leur rôle dans la résistance aux parasites intracellulaires et l'immunité antitumorale. Cela en fait une cible intéressante pour le traitement des maladies pulmonaires inflammatoires et infectieuses. Afin de comparer l'affinité pour les macrophages alvéolaires M1 polarisés de trois différentes plateformes de liposomes recouverts d'acide hyaluronique (HA) et/ou de PEG (Lip-PEG, Lip-PEG-HA et Lip-HA), des modèles inflammatoires in vitro et in vivo ont été développés. Les macrophages M1 et M0 (non polarisés) ont pu être distingués sur la base de leur forme, de leur granulométrie ainsi que de l'expression de récepteurs membranaires clés tels que CD86 et iNOS. Dans le processus inflammatoire, une augmentation de l'expression de CD44 et par conséquent une plus grande internalisation des liposomes HA ont pu être observées. Cela montre l'efficacité des récepteurs CD44 dans la reconnaissance de l'acide hyaluronique à la fois in vitro et dans le fluide broncho-alvéolaire in vivo. Dans le poumon, le ciblage des liposomes HA vers les macrophages était réduit. Cela pourrait s'expliquer par la présence de deux forces exerçant un équilibre entre la pénétration du mucus et le ciblage des récepteurs. Enfin, comme preuve de concept, nous avons encapsulé de la dexaméthasone dans des liposomes et quantifié la production de cytokines inflammatoires après traitement de macrophages M1 avec Lip-PEG- Dex, Lip-PEG-HA-Dex et Lip-HA-Dex. Avec ces résultats, il est possible de démontrer que les trois plateformes nano-lipidiques peuvent être utiles pour diminuer la production de cytokines inflammatoires dans les poumons, présentant un effet anti-inflammatoire local.

Alveolar macrophages are the first immune cells that encounter incoming pathogens in the lungs. As such, they play a key role in the initiation and resolution of the immune response. Similar to other tissues, studies have highlighted the existence within the lung of a classically activated alveolar macrophages phenotype denominated M1 macrophages. These M1 polarized alveolar macrophages exhibit a pro-inflammatory profile and are known to mediate resistance towards intracellular parasites (i.e. bacteria, protozoa and viruses) and antitumor immunity. This makes them an interesting target for the treatment of inflammatory and infectious pulmonary diseases. In order to compare the affinity toward M1 polarized alveolar macrophages by three different PEG and/or Hyaluronic Acid-coated liposomes platforms (Lip-PEG, Lip-PEG-HA and Lip-HA), we developed inflammatory models in vitro and in vivo. M1 and M0 macrophages can be discriminated based on their shape, granulometry as well as expression of key membrane receptors such as CD86 and iNOS. In the inflammatory process, it was possible to observe an increase in CD44 expression and, consequently, a greater internalization of HA-liposomes. This shows the efficiency of hyaluronic acid receptors recognition both in vitro and in the BAL fluid in vivo. In the lung, HA-liposomes showed a reduction in macrophage targeting. This could be explained by the presence of two forces exercising a balance between mucus penetration and receptor targeting. Additonally, as a proof of concept, we encapsulated dexamethasone in liposomes and quantified inflammatory cytokines produced after Lip-PEG-Dex, Lip-PEG-HA-Dex and Lip-HA-Dex treatment. We demonstrated that the three nano-lipid platforms can be useful to decrease inflammatory cytokine in the lungs, having a local anti-inflammatory effect.