Interactions vecteurs-membranes de cellules tumorales pour la délivrance optimisée de médicaments

Vector-tumor cell membrane interactions for optimized drug delivery

• Auteur / Autrice : Ariana Abawi
• Direction : Agnès Girard-Egrot, Ofelia Maniti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 11/12/2024
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Briançon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Girard-Egrot, Ofelia Maniti, Frédéric Carrière, Patrick Saulnier, Adina N. Lazar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Carrière, Patrick Saulnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer -- Thérapeutique

Membranes lipidiques

Médicaments -- Récepteurs

Encapsulation (chimie)

Mots clés libres

Liposome

Cancer

Encapsulation

Résumé

Cette thèse est centrée sur l'encapsulation de molécules antitumorales dans des liposomes, un type spécifique de nanoparticules utilisé pour la délivrance ciblée de médicament. La stratégie adoptée pour cibler spécifiquement les cellules cancéreuses via les liposomes repose sur l'exploitation des modifications de la physico-chimie membranaire des cellules tumorales. En effet, il est établi dans la littérature que le développement des cellules cancéreuses entraîne des modifications de la composition lipidique de leur membrane, la rendant plus fluide. Malgré les modifications importantes des membranes biologiques dans des conditions pathologiques, les aspects membranaires sont rarement exploités dans les approches thérapeutiques. Des études préliminaires ont montré que la fluidité membranaire des liposomes influence leur interaction avec les cellules : les liposomes à membrane fluide interagissent préférentiellement avec les cellules tumorales, tandis que ceux à membrane rigide interagissent plutôt avec les cellules saines. L'objectif est donc de préparer des échantillons de liposomes ayant différentes fluidités membranaires et de les charger en molécules actives pour cibler spécifiquement les cellules cancéreuses. Une recherche bibliographique a permis de sélectionner des molécules antitumorales efficaces sur des lignées cancéreuses cultivées au laboratoire. Les trois médicaments candidats retenus sont la MonoMéthyl Auristatine E (MMAE), le F4t-Neuroprostane et la Vincristine. Ces molécules ont été sélectionnées en raison de leur efficacité en tant que molécules antitumorales libres sur des lignées de cancer de la prostate, du côlon et du sein. Les défis de cette thèse ont consisté à élaborer des protocoles efficaces d'encapsulation pour ces trois molécules dans des liposomes de différentes fluidités membranaires. Dans un premier temps, une caractérisation de ces liposomes a été réalisée en termes de taille, de charge, de taux d'encapsulation et de fluidité. Cette étape était primordiale pour obtenir des particules stables et fiables. Dans un second temps, des tests de viabilité cellulaire ont été réalisés à différentes concentrations de molécules actives encapsulées dans les liposomes, en présence de cellules saines et cancéreuses. L'objectif était de comparer et vérifier la délivrance spécifique des médicaments encapsulés aux cellules cancéreuses tout en épargnant les cellules saines. Ces études ont démontré des effets cytotoxiques significatifs sur les lignées cancéreuses après l'ajout de liposomes encapsulant une molécule, avec une fluidité membranaire spécifique à celle des cellules tumorales. De plus, une sélectivité d'action a été observée, avec une diminution notable de la viabilité des cellules cancéreuses, contrairement aux cellules saines. Ces résultats concluants obtenus pour le ciblage spécifique des vecteurs liposomaux en culture de cellules 2D nous ont conduit à complexifier notre modèle d'étude en réalisant des tests préliminaires sur des modèles cellulaires imprimés en 3D. Les résultats préliminaires sont encourageants. Ils ouvrent des perspectives intéressantes sur des études plus approfondies dans un modèle de culture cellulaire beaucoup plus représentatif des tissus tels que structurés in vivo.

This thesis focuses on the encapsulation of anti-tumor molecules in liposomes, a specific type of nanoparticle designed for a targeted delivery system. The strategy adopted to specifically target cancer cells via liposomes is based on exploiting the modifications in the membrane composition of cancer cells. It has been established in the literature that the development of cancer cells leads to changes in the lipid composition of their membranes, making them more fluid. Despite significant alterations in biological membranes under pathological conditions, membrane aspects are rarely exploited for therapeutic approaches. Preliminary studies have shown that the membrane fluidity of liposomes influences their interaction with cells: liposomes with fluid membranes preferentially interact with tumor cells, while those with rigid membranes interact more with healthy cells. The objective of this work is therefore to prepare liposome samples with different membrane fluidities and load them with active molecules to specifically target cancer cells. A literature review identified effective antitumor molecules on cancer cell lines cultured in the laboratory. The three selected drug candidates are Monomethyl Auristatin E (MMAE), F4t-Neuroprostane, and Vincristine. These molecules were chosen due to their effectiveness as free antitumor agents on prostate, colon, and breast cancer cell lines. The challenges of this thesis involved developing effective encapsulation protocols for these three molecules in liposomes with different membrane fluidities. Initially, a characterization of these liposomes was conducted in terms of size, charge, encapsulation rate, and fluidity. This step was essential to obtain stable and reliable models. Subsequently, cell viability tests were carried out at different concentrations of active molecules encapsulated in the liposomes, in the presence of healthy and cancerous cells. The goal was to compare and verify the specific delivery of encapsulated drugs to cancer cells while sparing healthy cells. These studies have demonstrated significant cytotoxic effects on cancer cell lines following the addition of liposomes encapsulating a molecule, whose membrane fluidity is adapted to that of tumor cells. Moreover, selective action was observed, with a notable decrease in the viability of cancer cells, in contrast to healthy cells. The conclusive results obtained on the specific targeting of liposomal vectors in 2D studies led us to complicate our study model by conducting preliminary tests on 3D cell models. These preliminary results constitute the beginnings of a more in-depth characterization study to be carried out.