Nouveaux copolymères à activité antitumorale, antimetastasique et antiangiogène : réponse cellulaire in vitro

Anti-tumoral, anti-metastasic activity and anti-angiogenic effects of a novel copolymers : in vitro cellular response

• Auteur / Autrice : Lamia Skhiri
• Direction : Véronique Migonney, Aghleb Bartegi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apoptose

Biopolymères

Cancer du sein

Résumé

Les travaux de recherche développés au LBPS dans l'équipe "Biomatériaux polymères" ont permis de synthétiser de nombreux copolymères bioactifs fonctionnalisés par des groupements carboxylate (COO-) et sulfonate (SO3-), solubles ou insolubles en milieu physiologique selon le choix des monomères utilisés pour la synthèse et selon les applications auxquelles ils sont destinés. Les copolymères d’acide méthacrylique (AM) et de styrène sulfonate de sodium (SSNa) sont solubles en milieu physiologique. Ils présentent une forte activité inhibitrice de la prolifération de cellules épithéliales hormono-dépendantes de cancer de sein (lignée MCF-7) mais aussi de cellules de cancer du sein à pouvoir métastasique (MDA-MB231) in vitro. Ces polymères présentent en outre, un effet anti-angiogène significatif vis à vis des cellules endothéliales de la veine du cordon ombilical humain (HUVEC). Les objectifs principaux de l étude ont été de mettre en évidence et d’établir les mécanismes d’action de ces polymères sur deux modèles cellulaires tumoraux et endothéliaux. Nous avons montré que : les activités inhibitrices de la prolifération des cellules tumorales et de l’angiogénèse de ces polymères sont dépendantes de leur composition en groupements COO- SO3-. En présence des polymères bioactifs: la morphologie cellulaire des modèles cellulaires étudiés - MCF-7, MDA-MB231 et HUVEC - est sensiblement modifiée : les cellules adoptent une forme sphérique et/ou se regroupent en amas. Les polymères induisent une inhibition importante de l’étalement cellulaire puisque l’indice d’étalement est diminué de 80% par comparaison à l’indice témoin en absence de polymère. La prolifération des cellules est très fortement inhibée : l’inhibition atteint 80% et 85% respectivement pour les cellules MCF-7 les cellules MDA-MB231 et 100% pour les cellules HUVEC. Cela se traduit par un arrêt du cycle cellulaire dans la phase G0/G1 avec une disparition de la phase de synthèse de l’ADN et par l’induction de l’apoptose. La migration cellulaire spontanée est inhibée : la préincubation des cellules avec les polymères induit jusqu’à 80% d’inhibition de la migration des cellules HUVECs in vitro. La migration et l invasion des cellules à pouvoir métastasique MDA-MB231 à travers le « Matrigel » est fortement inhibée in vitro (~90%). Le niveau d’expression des ARNm de récepteurs membranaires à activité tyrosine kinase impliqués dans le phénomène de l’angiogenèse (VEGF-R 2) est ralentie pour les cellules HUVECs incubées en présence de 60nM de polymères. En conclusion, les polymères bioactifs synthétisés au LBPS sont capables d’inhiber in vitro la prolifération de cellules tumorales MCF7 et MBA-MB231 et endothéliales. Les mécanismes d’action de ces polymères sont l’induction d’une diminution de l’expression des récepteurs de facteurs de croissance de type 2 à activité kinase (VEGFR2) qui modifie les diverses voies de signalisation intracellulaire : prolifération, migration et survie cellulaire. Le contact des polymères bioactifs avec les cellules conduit à un contrôle négatif de la voie activée par les récepteurs tyrosines kinases en faisant intervenir la voie des MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase) pour les cellules HUVEC. Le mécanisme d’action est différent dans le cas des cellules de cancer du sein car il semble intervenir par une désactivation de la signalisation de la voie des FAK (focal adhesion kinase) médiée par les intégrines. L’inhibition de l’angiogenèse et de la croissance tumorale misent en évidence in vitro, nous conduisent à envisager l’étude du mode d’action de ces polymères sur l’angiogenèse tumorale in vivo sur un modèle murin.

The main topic of research works developed at the Laboratoire de Biomatériaux et Polymères de Spécialité (LBPS) is devoted to the macromolecular synthesis of various bioactive copolymers functionalized by carboxylate (COO-) and/or sulphonate (SO3-) groups. Depending on the choice of the monomers and of the final application, these copolymers can be soluble or insoluble in physiological medium. Copolymers of methacrylic acid (AM) and sodium styrene sulphonate (SSNa) are soluble in physiologic medium. In vitro, they present a strong inhibiting activity of the cell proliferation of hormono-dependent breast cancer epithelial cells (MCF-7) as well as metastatic cells (MDA-MB231). Moreover, these polymers exhibit a significant anti-angiogenic effect towards endothelial cells from Human Umbilical Vein (HUVECs). The aim of this study was to unserstand and clear up the mechanisms of the exhibited inhibiting activity of these polymers towards tumoral and endothelial cells. Results showed that: the inhibiting activity of the polymers on cell proliferation of tumoral and endothelial cells varied according to their COO- and SO3- groups’ composition. In the presence of the bioactive polymers: cell morphology of MCF-7, MDA-MB231 and HUVEC was sensitively modified: cells adopted a spherical shape and/or were gathered in clusters. Polymers induced an important inhibition of cell spreading. The cells spreading area was decreased by 80% as compared to the control. Cell proliferation was strongly inhibited: inhibition reached 80% and 85% respectively for MCF-7 and MDA-MB231 cell lines and 100% for HUVECs. These results could be explained by the fact that this inhibition was induced by the accumulation of the cell population in phase G0/G1 of the cell cycle, a disappearance of the DNA synthesis and by apoptosis. Cell migration was also inhibited: up to 80% inhibition of the HUVECs migration. Cell migration and invasion of MDA-MB231 cells through “Matrigel” were strongly inhibited in vitro (~90%). The level of mRNA expression of tyrosin kinase activity receptor (VEGF-R 2), which is mostly involved in the angiogenesis process, was slowed down in the HUVECs treated with bioactive polymer at 60nM. In conclusion, the bioactive polymers synthesized at the LBPS are able to in vitro inhibit the proliferation of MCF7 and MDA-MB231 tumour cells and of endothelial cells (HUVEC). The mechanisms of the polymers activity towards HUVECs was suggested to occur by the reduction of the expression of the growth factor receptor VEGFR2 which was modified the different intracellular pathways: cell proliferation, migration and survival. The contact between bioactive polymers and cells led to a negative control of the MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase) pathway activated by the tyrosin kinase receptors of HUVECs. The mechanism of activity of the bioactive polymers was evidenced to be different in the breast cancer cell line because it seemed to involve a deactivation of the FAK (focal adhesion kinase) pathway mediated by integrins. Considering the in vitro inhibition of the angiogenesis and of the tumour growth, it is scheduled to study the action of these polymers on the tumour angiogenesis in an in vivo murine model.