Conception, synthèse et évalutation de prodrogues à espaceurs clivables : application à la chimiothérapie vectorisée du mélanome

par Mathieu André

Thèse de doctorat en Pharmacochimie

Sous la direction de Emmanuelle Mounetou et de Jean-Michel Chezal.

Soutenue le 23-10-2012

à Clermont-Ferrand 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Imagerie moléculaire et thérapie vectorisée (équipe de recherche) et de (IMTV) Imagerie Moléculaire et Thérapie Vectorisée (laboratoire) .

Le président du jury était Ahcène Boumendjel.

Le jury était composé de Emmanuelle Mounetou, Jean-Michel Chezal, Isabelle Gillaizeau, Pierre Chalard.

Les rapporteurs étaient Ahcène Boumendjel, Isabelle Gillaizeau.


  • Résumé

    Le mélanome est un cancer dont l'incidence est toujours en augmentation et dont la mortalité ne faiblit pas, malgré les dispositifs de prévention et de détection précoce. Ce constat peut être principalement imputé au caractère invasif très marqué de cette pathologie, associé à un manque de traitements efficaces face à la maladie disséminée. Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans l'initiation d'une stratégie d'adressage tumoral actif de prodrogues, qui s'appuie sur un vecteur ciblant les mélanines (ICF01012) posédant un profil pharmaco-cinétique favorable (fixation tumorale forte, spécifique et durable). Une première génération de quatre prodrogues constituées par un principe actif anticancéreux modèle (l'IUdR) conjugué au vecteur via diverses fonctions espaceurs (ester, acétal, carbonate et carbamate) a été synthétisée et évaluée in vitro sur des critères métabolique et physico-chimique. Les études de biodistribution in vivo après radiomarquage des deux composés les plus pertinents ont démontré une absence de vectorisation, principalement imputable à une métabolisation très rapide des prodrogues conduisant à la perte de l'édifice vecteur. Ainsi, une seconde génération de trois prodrogues variant la nature des espaceurs (chaînes pegylées, pour l'amélioration de ce dernier point et fonction cétal) a été synthétisée. Les résultats biologiques indiquent que l'insertion d'une chaîne pegylée courte augmente la stabilité métabolique par encombrement de la fonction amine tertiaire, conduisant à une faible fixation tumorale. De plus, un espaceur sensible au pH acide constitué par une fonction cétal a été identifié et devrait permettre une libération sélective du principe actif au sein de la tumeur grâce au pH intramélanosomal acide. La libération sélective d'un principe actif par l'action d'une enzyme propre aux mélanosomes, la tyrosinase, a également été abordée par la synthèse de huit "prosondes" constituées par un substrat de l'enzyme (phénol ou catéchol), un espaceur auto-clivable et une sonde permettant d'étudier le mécanisme de libération. Une prosonde vectorisée incluant le vecteur a également été préparée. Des voies d'accès versatiles ont été conçues pour faciliter l'insertion ultérieure de principes actifs. L'aboutissement de cette étude devrait conduire à des prodrogues doublement spécifiques (i.e. distribution tumorale et libération spécifiques) conçues pour le traitement du mélanome métastasé.

  • Titre traduit

    Design, synthesis and evaluation of prodrugs with cleavable linkers : application to targeted chemotherapy of metastatic melanoma


  • Résumé

    Despite prevention campaigns and early detection, incidence and mortality of cutaneous melanoma are still increasing, due to its high invasiveness and the lack of efficient treatments against disseminated disease. This work is the starting point of a melanoma targeted prodrug therapy approach based on a melanin-targeting ligand (ICF01012) which displays an appropriate in vivo kinetic profile (strong, specific and long-lasting tumor uptake). A first generation of four prodrugs with varied spacers (ester, acetal, carbonate and carbamate) was synthesized and evaluated in vitro onphysicochemical and metabolic stability criteria. Two of them were selected and radiolabelled for in vivo evaluation which demonstrated non-specific distribution, mainly because of early metabolism leading to the loss of the targeting moeity. Taking into account these results, a second generation of three prodrugs varying the properties of spacers (pegylated chain for improving this last point and ketal function) was synthesized. Insertion of a short pegylated chain improved the metabolic stability by structural hindering of the tertiary amine fonction and led to a weak tumor uptake. Moreover, the ketal fonction was identified as a pH-sensitive linker able to selectively release the drug into the tumor due to the acidic intramelanosomal pH. The enzymatic drug release by tyrosinase, a specific melanosomal enzyme, was also explored. Eight "pro-probes" including an enzyme substrate moiety (phenol or catechol), a self-immolative spacer and a probe allowing the release mechanism were synthesized. A proprobe which includes the targeting moiety was also developed. During these studies, versatile synthetic pathways were designed for further easy incorporation of drugs. Achievement of this study should lead double specific prodrugs (i.e. specific tumor distribution and release) designed for metastatic melanoma treatment.


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