Caractérisation in-vitro des propriétés physico-chimiques de nanoparticules d'or fonctionnalisées pour un ciblage mitochondrial : analyse de leur potentiel radio-sensibilisant sur des cellules tumorales prostatiques humaines

In-vitro characterization of the physicochemical properties of functionalized gold nanoparticles for mitochondrial targeting : Analysis of their radiosensitizing potential on human prostate tumor cells

• Auteur / Autrice : Thibaut Tabanou
• Direction : Patrick Vernet, Christophe Massard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé
• Date : Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de Clermont (2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Bonhomme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Balandier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Devin, Hélène Elleaume, Ludovic Pelosi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiobiologie

Mitochondries

Prostate -- Cancer

Mots clés libres

Prostate

Cancer

Or

Nanoparticules

Radiobiologie

Mitochondrie

Prostate

Cancer

Gold

Nanoparticles

Radiobiology

Mitochondria

Résumé

Selon l'INCa, le cancer de la prostate représente la troisième cause de décès par cancer chez l'homme, dont 79 % des décès au-delà de 75 ans. Bien que de nombreuses approches thérapeutiques soient disponibles pour traiter ce type de cancer, celles-ci sont généralement sources d'effets secondaires invalidants. C'est le cas de la radiothérapie qui peut induire des dommages considérables aux cellules saines adjacentes au tissu tumoral. L'objectif de ce projet de thèse consistait à développer une stratégie de ciblage mitochondrial afin de radio-sensibiliser des cultures de cellules tumorales prostatiques radio-résistantes (PC3). Notre choix s'est orienté vers la conception innovante de nanoparticules d'or dites « fonctionnalisées » au citrate ou au TPP, sous la forme de suspensions aqueuses. Ces nanoparticules spécifiques ont été produites au sein de l'équipe de recherche. Notre travail a consisté de ce fait à évaluer la stabilité en suspension de ces nanoparticules, leur capacité à cibler la mitochondrie et à moduler la radio-sensibilisation de cellules prostatiques tumorales humaines : PC3.Les nanoparticules ont d'abord été synthétisées par un procédé chimique innovant, puis la concentration en or des suspensions a été évaluée par ICPMS. Chaque synthèse a été caractérisée par analyse spectrophotométrique et par estimation du diamètre moyen des nanoparticules, via une analyse siccative sur grille MET. La toxicité des nanoparticules a été évaluée par test de survie MTT après 72 h d'exposition cellulaire sans irradiation. Des doses d'intérêt (associées à 2% et 20% de létalité après 72 h de traitement) ont été sélectionnées. Les analyses siccatives menées en MET ont mis en évidence un diamètre métallique des nanoparticules inférieur à 20 nm au sein des différentes conditions d'études. Une altération des capacités clonogéniques et une modification de l'expression des protéines impliquées dans la signalisation et la réparation des dommages cellulaires (p-ATM, 53BP1, Rad51, p21) a pu être observée en présence d'irradiations X seules. Les nanoparticules fonctionnalisées au TPP ont la capacité d'altérer le cycle cellulaire en induisant l'expression de la protéine p21 dès 3 h d'incubation. A ce jour, l'association de l'irradiation X au traitement par nanoparticules fonctionnalisées n'a cependant pas montré d'effets radio-sensibilisants significatifs sur les cellules PC3. Il est à noter toutefois qu'une tendance à la baisse du ratio d'activité cytochrome C oxydase / citrate synthase est observée, suggérant un potentiel impact mitochondrial.

According to the French National Cancer Institute (INCa), prostate cancer is the third leading cause of cancer-related death in men, with 79% of deaths occurring over the age of 75. Although many therapeutic approaches are available to treat this type of cancer, these are generally associated with disabling side effects. Such is the case with radiotherapy, which can cause considerable damage to healthy cells adjacent to tumor tissue. The aim of this thesis project was to develop a mitochondrial targeting strategy to radiosensitize cultures of radio-resistant prostate tumor cells (PC3). We opted for the innovative design of gold nanoparticles “functionalized” with citrate or TPP, in the form of aqueous suspensions. These specific nanoparticles were produced within our research team. Our work, therefore, involved assessing the suspension stability of these nanoparticles, their ability to target mitochondria and modulate the radio-sensitization of human prostate tumor cells: PC3.Nanoparticles were first synthesized through an innovative chemical process, before the gold concentration of suspensions were assessed by ICPMS. Each synthesis was characterized by spectrophotometric analysis and by estimation of the average diameter of the nanoparticles, via siccative analysis on MET grid. Nanoparticle toxicity was assessed by MTT survival assay after 72 h of cellular exposure without irradiation. Doses of interest (associated with 2% and 20% lethality after 72 h of treatment) were selected. Siccative analyses using TEM revealed a metallic diameter of nanoparticles of less than 20 nm under the various study conditions. Altered clonogenic capacity and altered expression of proteins involved in cell damage repair and signaling (p-ATM, 53BP1, Rad51, P21) were observed in the presence of X-irradiation alone. TPP-functionalized nanoparticles displayed the ability to interfere with p21 and therefore with the senescence process by themselves. To date, however, the combination of X-irradiation and nanoparticle treatment has not shown any significant radiosensitizing effects on PC3 cells. However, the association of X-irradiation with functionalized nanoparticle treatment has not yet shown any significant radiosensitizing effects on PC3 cells. Nonetheless, a decreasing tendency in cytochrome C oxidase/citrate synthase activity ratios has been observed, suggesting a potential mitochondrial impact.