Elaboration et caractérisation d’agents de contraste IRM pour le ciblage des intégrines αvβ3

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet ANR, programme Blanc, (2010-2013) : « Nanoparticules d’oxyde de fer fonctionnalisées par des bisphosphonates : une nanoplateforme IRM spécifique à la détection des intégrines surexprimées par les cellules tumorales ». Il réunit en partenariat le laboratoire de Synthèse et Structure de Molécules d’Intérêt Pharmacologique (Dr J. Perard, Université Paris 5, UMR8638), le laboratoire de Bio-ingénierie Cardiovasculaire pour la thérapie et l’imagerie médicale (Dr D. Letourneur, Université Paris 7, INSERM U698) et le laboratoire Chimie Structure et Propriétés des Biomatériaux et Agents Thérapeutiques (Université Paris 13, UMR 7244 CNRS). Cette thèse, financée par l’ANR, est intitulée « Elaboration et caractérisation d’agents de contraste IRM pour le ciblage des intégrines αvβ3 » et a été réalisée sous la direction conjointe du Pr. L. Motte et du Pr. M. Lecouvey (laboratoire CSPBAT).

En France, le cancer est la première cause de mortalité chez les hommes et la deuxième chez les femmes après les maladies cardiovasculaires. Améliorer de manière précoce et précise le diagnostic, et diminuer les effets secondaires grâce à une thérapie ciblée sont des enjeux fondamentaux pour faire reculer ces maladies. Ces avancées reposent notamment sur l’élaboration de vecteurs capables de déjouer les barrières biologiques afin d’acheminer de manière ciblée un agent d’imagerie et/ou un principe actif. La possibilité d’agir sur l’angiogenèse constitue une stratégie prometteuse. En effet, ce processus, impliquant la formation de nouveaux vaisseaux à partir du réseau préexistant, est connu pour être une étape critique aussi bien dans le développement tumoral que dans la croissance et la rupture de la plaque d’athérome, à l’origine de bon nombre de maladies cardiovasculaires. La migration et l’adhésion des cellules lors de la formation des vaisseaux nécessitent l’intervention de molécules d’adhésion, parmi lesquelles les intégrines αvβ3 jouent un rôle important. Elles se lient sélectivement aux peptides contenant la séquence Arg-Gly-Asp (RGD) ou à des molécules dérivées (peptidomimétiques). Elles apparaissent ainsi comme une cible pertinente pour la détection de ces pathologies.

L’amélioration des diagnostics précoces et des thérapies au cours de la dernière décennie ont réduit les décès dus au cancer du sein, du colon et du poumon ; cependant le cancer reste la cause de décès la plus fréquente dans les sociétés développées. Par conséquent, malgré d’indéniables progrès, améliorer l’efficacité et réduire les effets secondaires des traitements par chimiothérapie des tumeurs solides restent de la plus haute importance. Les intégrines αvβ3, impliquées dans le processus angiogénique, apparaissent comme une cible pertinente pour la détection précoce des cancers. Elles présentent également un intérêt pour d’autres pathologies telles que l’athérosclérose, à l’origine de nombreuses maladies cardiovasculaires. Dans ce chapitre, après une brève description de ce processus, nous nous intéresserons plus particulièrement à ces molécules d’adhésion cellulaire ainsi qu’à leur ciblage par des motifs peptidiques de type Arginine-Glycine-Acide Aspartique (RGD) ou par des peptidomimétiques. Nous verrons ensuite l’intérêt d’un système de vectorisation et présenterons les différents vecteurs utilisés pour le diagnostique et/ou la thérapie. Le ciblage de ces intégrines a largement et principalement été exploré pour le diagnostic et le traitement des tumeurs.

L’angiogenèse est un processus impliquant la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir d’un réseau vasculaire préexistant. Il s’agit d’un mécanisme indispensable et hautement contrôlé dans les conditions physiologiques, qui se produit normalement lors du développement embryonnaire ou de la cicatrisation. Mais c’est aussi un processus pathologique, impliqué dans la croissance des tumeurs cancéreuses, décrit pour la première fois en 1971 par Judah Folkman. Quand une tumeur atteint approximativement 2-3 mm³ , ses besoins en oxygène et en nutriments ainsi que l’élimination de ses déchets ne sont plus assurés par diffusion simple. Un état d’hypoxie cellulaire commence, induisant la production de nouveaux vaisseaux sanguins à partir du réseau préexistant. Ce réseau sanguin, destiné uniquement à alimenter la masse tumorale permet le développement et la multiplication sans limite des cellules cancéreuses au détriment de l’organisme .

Différentes études ont suggéré que l’angiogenèse joue un rôle clé dans la croissance de la plaque et sa rupture. Dans les régions de lésions athérosclérotiques, les vaisseaux angiogéniques prolifèrent à partir du vasa vasorum (qui sont les petits vaisseaux de l’adventice des artères) pour fournir les demandes métaboliques nécessaires à la croissance de la plaque.

La migration et l’adhésion des cellules endothéliales sur la matrice extra-cellulaire pour la formation des néo-vaisseaux nécessitent l’intervention de molécules d’adhésion, parmi lesquelles les intégrines αvβ3 jouent un rôle important. Surexprimées par les cellules endothéliales néo-formées, elles sont ainsi une cible pertinente pour le ciblage de l’angiogenèse et donc pour le développement d’agents diagnostiques ou anti-cancéreux.

Parmi les molécules d’adhésion cellulaire, les intégrines sont une famille importante de récepteurs cellulaires, impliqués dans les interactions cellules-cellules ou cellules matrice extracellulaire. Il s’agit d’hétérodimères constitués de deux sous-unités glycoprotéiques transmembranaires α et β, associées de manière non covalente.  Chez les mammifères, 18 sous-unités α et 8 sous-unités β sont répertoriés et peuvent s’associer pour former 24 intégrines différentes . Trois domaines peuvent être différenciés : l’un extracellulaire (extrémité N-terminal), l’un transmembranaire et le dernier intracellulaire (en C-terminal) .

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 : L’intégrine αvβ3 : une cible pertinente pour une détection précoce de l’angiogenèse
I. L’angiogenèse
II. Les intégrines
II. 1. Généralités
II. 2. L’intégrine αvβ3
III. Ciblage de l’intégrine αvβ3 : les peptides de type RGD et peptidomimétiques
IV. Les différents systèmes de vectorisation et détection
IV. 1. Les techniques d’imagerie
IV. 2. Les systèmes de vectorisation
IV. 2. 1. Les CPPs (Cell Penetrating Peptides)
IV. 2. 2. Les liposomes
IV. 2. 3. Les systèmes polymériques
IV. 2. 4. Les nanoparticules inorganiques
IV. 2. 5. Le ciblage des intégrines dans l’athérosclérose et les maladies cardiovasculaires
V. Stratégie de couplages – Réactions de bioconjugaison
V. 1. Chimie des carbodiimides
V. 2. La « click chemistry »
V. 2. 1. La réaction de cycloaddition de Huisgen
V. 2. 2. La réaction thiol-yne
V. 3. Apport des micro-ondes
Références bibliographiques
Chapitre 2 : Fonctionnalisation de la nanoplateforme γFe2O3@CA pour le ciblage et l’imagerie de l’angiogenèse
I. Synthèse, fonctionnalisation de la surface et caractérisation des nanoparticules de maghémite
I. 1. Synthèse des nanoparticules γ-Fe2O3 en système micellaire direct
I. 2. Fonctionnalisation des nanoparticules γ-Fe2O3
I. 3. Caractérisations physico-chimiques de la nanoplateforme
I. 3. 1. Evaluation de la taille par MET
I. 3. 2. Spectroscopie infrarouge
I. 3. 3. Propriétés hydrodynamiques
I. 3. 4. Etude du comportement magnétique
I. 3. 5. IRM
I. 3. 6. Quantification des ligands adsorbés
II. Elaboration de nanoplateformes multimodales
II. 1. Protocole de couplage
II. 2. Nanoplateformes bimodales IRM/fluorescence
II. 2. 1. Choix du fluorophore
II. 2. 2. Apport des micro-ondes
II. 3. Nanoplateformes γFe2O3@CA-PEG
II. 3. 1. Caractérisation de l’état de surface et quantification du nombre de molécules PEG
Conclusion générale

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