Synthèse et Caractérisation de Photosensibilisateurs à Absorption Biphotonique pour Application à la Photothérapie Dynamique : Ciblage du Rétinoblastome

par Fabien Hammerer

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Marie-Paule Teulade-Fichou et de Philippe Maillard.

Soutenue le 04-12-2012

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud , en partenariat avec Conception, synthèse et vectorisation de biomolécules (Paris) (laboratoire) .


  • Résumé

    Depuis quelques années, l’Institut Curie s’est engagé, aux cotés de l’association Rétinostop,dans la lutte contre le rétinoblastome, une tumeur rétinienne chez l’enfant en bas âge. Nous pensons que l’utilisation de la Photothérapie Dynamique (PDT)permettrait d’éviter les effets secondaires néfastes auxquels les thérapies utilisées actuellement donnent lieu. Dans ce cadre, les travaux au laboratoire se sont portés sur la préparation de photo sensibilisateurs (PS) glycoconjugués permettant de cibler les cellules tumorales par interactions spécifiques avec les récepteurs lectiniques surexprimés par ces dernières.Afin d’éviter les dommages liés à l’exposition à la lumière des tissus sains à proximité de la tumeur, notre intérêt s’est récemment porté sur l’Absorption à Deux Photons (ADP), phénomène localisé et permettant l’excitation sélective duPS dans le volume de la tumeur. Cette technique permettrait d’épargner les tissus rétiniens fragiles.Ce rapport présente les travaux effectués au laboratoire sur le développement de PS absorbant à deux photons (PS-ADP) glycoconjugués pour le ciblage du rétinoblastome. Ceux-ci sont articulés autour de trois concepts moléculaires.Les oligomères de porphyrines ont été rapportés comme de bons candidats pour la PDT à Absorption Deux Photons (PDT-ADP). La préparation d’analogues glycoconjugués a été réalisée et leurs propriétés photophysiques et biologiques analysées. Ces composés présentent une haute section efficace ADP et de bons rendements quantiques de production d’oxygène singulet. Une étude complémentaire est en cours de façon à améliorer leurs propriétés d’internalisation cellulaire.Ces composés possèdent également des propriétés de fluorescence sensibles à la température et pourraient constituer un point de départ intéressant pour le développement de sondes fluorescentes ratiométriques de températures.Les hybrides conjugués de porphyrine et triphénylamines (PTP) présentent également des propriétés prometteuses en vue de leur application à la PDT-ADP.Nous proposons une étude de l’influence de plusieurs groupements sur ces propriétésparmi lesquels les substituants de la triphénylamine, les substituants des phénylesméso de la porphyrine (triéthylène glycol ou diéthylène glycol mannosyles)et un atome de zinc internalisé dans le macrocycle tétrapyrrolique. Les hybrides préparés présentent un excellent rendement quantique de production d’oxygènesingulet dans les solvants polaires et une bonne section efficace ADP. Des difficulté sont été rencontrés quant à leur internalisation cellulaire.Une seconde famille d’hybrides méthylés a été préparée s’appuyant sur les propriétés d’exaltation des triphénylamines cationiques par interaction avec l’ADN.Ces composés présentent de faibles propriétés de fluorescence et de photosensibilisation dans l’eau. Dans le glycérol l’émission de fluorescence est restaurée grâce à un transfert d’énergie entre les deux entités. Ces composés possèdent une bonne phototoxicité in vitro et permettent l’imagerie de fluorescence de cellules.

  • Titre traduit

    Synthesis and Characterization of Two-Photon Absorbing Photosensitizers for Application to Photodynamic Therapy : Targeting of Retinoblastoma


  • Résumé

    The Institut Curie is strongly committed to the development of new treatments ofchildhood eye cancer (or retinoblastoma). Existing therapies often lead to severeside effects which could be avoided by the use a milder treatment techniques. Webelieve Photodynamic Therapy (PDT) provides a promissing alternative as a nonmutagenic and efficient therapy. Over the last decade, our laboratory has developpeda new strategy for the targeting of retinoblastoma through the synthesis ofglycoconjugated photosensitizers (PS) displaying a strong affinity for membranereceptors known as lectins overexpressed by the tumor cells.In order to avoid the damages to healthy tissues close to the tumour, we haveadapted our targeting strategy to Two-Photon Absorption Photodynamic Therapy(TPA-PDT). Two-Photon Absorption (TPA) is a localized excitation mechanismwhich allows strict control of the PDT effect preventing the killing of the retiniancells next to the tumor.This work presents the progress in the development of retinoblastoma targetedTPA-PDT. Three fields have been investigated.Porphyrin oligomers have been reported to possess high two-photon cross sectionsand have shown high potential for their application to TPA-PDT.We synthesizedglycoconjugated analogs of these oligomers and analyzed their photophysicaland biological properties. These compounds show high TPA cross section as wellas high singlet oxygen production quantum yields making them good candidatesfor TPA-PDT. A supplementary study is underway to enhance their cellular internalisation.They also display temperaure dependent fluorescence emission that could allowtheir use as fluorescent ratiometric temperature probes.Porphyrin-triphenylamine hybrids (PTP) are also promissing as two-photonabsorbing photosensitizers (TPA-PS). We studied the influence of different moieties,such as triphenylamine substitutents, meso-phenyl substitutent (glycosylatedor triethylene glycol) and the intern zinc atom, on their photophysical and biologicalproperties. Excellent singlet oxygen generation in polar solvent as well asgood TPA cross sections were measured. Difficulties concerning their cellular internalisationwere encountered and are currently being solved.A second family of cationic hybrids was prepared. Their behaviour relies onthe fluorescence exaltation properties of methylated triphenylamines upon bindingto DNA. These compounds display low emitting and photosensitizing propoertiesin water which can be restored by interaction with DNA. An energy transfer fromthe triphenylamine to the porphyrin was observed in glycerol. The methylatedhybrids show good in vitro phototoxicity toward cancer cells and allow fluorescenceimaging applications.


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