Development and characterization of targeted MART-1-nanoparticles for melanoma treatment and β-lapachone-loaded liposomal in hydrogel for wound healing

par Sarah Brandao palacio

Thèse de doctorat en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Gilles Ponchel.

  • Titre traduit

    Développement et caractérisation des MART1 nanoparticules pour le traitement du mélanome et liposomes contenant bêta-lapachone incorporés dans de l'hydrogel pour la cicatrisation des plaies


  • Résumé

    L’objectif principal de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation in vitro et in vivo de différents nanovecteurs plus spécifiquement les nanoparticules spécifiques pour le traitement de la mélanome et β-lapachone-lipossomale incorporée dans des hydrogels de biopolymère pour la cicatrisation de blessures topiques. La première étape de cette thèse a consisté en la révision de la littérature liées aux résentes avancées sur les nanoparticules pour le ciblage d’agents thérapeutiques pour des cellules circulantes et des mésenchymateuses de mélanomes. De plus, cette révision a approfondi la connaissance sur les principaux biomarcateurs qui étaient déjà identifiés dans ces cellules et quelles caractéristiques des nanovecteurs peuvent influencer leur performance in vivo. Dans la phase expérimentale, les nanoparticules ont été développées en utilisant la méthode de nanoprécipitation de polymères dérivés du poli(γ-benzyl-L-glutamate). Ensuite, des immuno-nanoparticules combinées avec l’anticorps MART-1 spécifique pour les cellules de mélanome, ont été obtenues par le lien streptavidine-biotine. La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été évaluée par western blot. Les nanoparticules ont été caractérisées et évaluées in vitro dans des cellules de mélanome B 16-GFP et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs), l’activation de complément a été recherchée par la technique d’immunoélectrophorèse bidimensionnelle. Les nanoparticules ont présenté des tailles comprises entre 20 et 100 nm et une charge négative (-3 à -30 mV). La combinaison de l’anticorps sur la superficie des nanoparticules a été observée par la technique western blot et confirmée par les altérations de la taille et de la charge de superficie des particules. Les nanoparticules développées n’ont pas été capables d’activer le systhème complémentaire étant considérées de longue circulation sanguine. Pour l’analyse in vitro, les nanoparticules n’ont pas présenté de cytotoxixité lorsqu’elles ont été testées dans des cellules de mélanome ou dans des cellules normales endothéliales. Lors des tests de capture cellulaire, les immuno-nanoparicules, qui contenaient l’anticorps spécifique pour la reconnaissance de l’antigène surexprimé dans des cellules de mélanome, ont présenté une augmentation de 40 à 50% lors de la capture pour ces cellules, cela indiquant une plus grande spécificité de ce nanovecteurs. La deuxième partie de cette thèse a été le développement, la caractérisation et l’évaluation de l’activité cicatrisante in vivo de β-lapacho encapsulé dans des liposomes multilamellaires incorporés dans de l’hydrogel de biopolymère produit par la bactérie Zoogloea sp. (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC a présenté un pH et un comportement rhéologique approprié pour l’application topique, ainsi qu’un profil de libération plus lent de la β-lapachone à partir de l’hydrogel. Les analyses hystopotologiques de l’activité cicatrisante in vivo ont montré que le véhicule hydrogel de biopolymère a été capable de stimuler les réparations du tissu, augmenter la cellularité locale, les fibroblastes, les cellules inflamatoires, les vaisseaux sanguins et les fibrilles de collagène pendant la phase proliférative de la cicatrisation. De plus, β-lap-Lipo/ZBP/HEC a favorisé une augmentation de l’angiogenèse locale et une dimminution de l’inflamation de la blessure. Ces résultats ont montré le potentiel de l’application topique de β-lap-Lipo/ZBP/HEC pour la thérapie des lésions. Pour conclure, cette thèse a contribué au développement de nanovecteurs promisseurs ayant différentes applications biologiques et formes d’administration, comme le traitement systémétique de la mélanome et l’action topique lors de la cicatrisation des blessures


  • Résumé

    This thesis had as general objective the development, characterization and evaluation in vitro or in vivo of different nanocarriers, specifically site-specific nanoparticles for the treatment of melanoma and liposomal-hydrogel containing β-lapachone for topical wound healing. The first part of this thesis consisted in a literature review about the recent advances in nanoparticles for the targeting of therapeutic agents to circulating and mesenchymal melanoma cells. In addition, this review deepened the knowledge about the main biomarkers identified in these cells and which characteristics of nanocarriers may influence on their in vivo performance. In the experimental phase, nanoparticles were developed through the nanoprecipitation method of polymers derived from poly (γ-benzyl-L-glutamate). Next, immunonanoparticles conjugated with MART-1 antibody specific for melanoma cells were obtained through the streptavidin-biotin binding. The conjugation of this antibody on the nanoparticles surface was evaluated by western blot. The nanoparticles were characterized and evaluated in vitro in B16-GFP melanoma cells and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and the complement activation was investigated by bidimensional immunoelectrophoresis. The nanoparticles presented sizes between 20 and 100 nm and negative surface charge (-3 to -30 mV). The conjugation of antibody on the nanoparticle surfaces was detected by the western blot technique and confirmed by the changes in particle size and surface charge. The developed nanoparticles were not able to activate the complement system being considered long blood circulation. Regarding the in vitro analysis, the particles did not show cytotoxicity when tested in melanoma cells or normal endothelial cells. In the cell capture assays, the immunonanoparticles, containing a specific antibody for the recognition of the overexpressed antigen in melanoma cells, showed an increase of 40 to 50% in the uptake for these cells, indicating a specificity of this nanocarrier. The second part of this thesis consisted of the development, characterization and evaluation of the in vivo wound healing activity of β-lapachone encapsulated in multilamellar liposomes and incorporated in a biopolymer hydrogel produced by Zoogloea sp (β-lap-Lipo/ZBP/HEC). β-lap-Lipo/ZBP/HEC presented pH and rheological behavior suitable for topical application, as well as a slower release profile of β-lapachone through the hydrogel. Histopathological analyzes of the healing activity in vivo, showed that the biopolymer hydrogel vehicle was able to stimulate tissue repair, with the increase of local cellularity, fibroblasts, inflammatory cells, blood vessels and collagen fibers, during the proliferative phase of wound healing. In addition, β-lap-Lipo/ZBP/HEC promoted an increase in local angiogenesis and a decrease of inflammation at the wound site. These results demonstrate a promising topical application of β-lap-Lipo/ZBP/HEC for wound therapy. In conclusion, this thesis contributed for the development of promising nanocarriers with different biological applications and administration routes, such as systemic treatment of melanoma and topical action in wound healing.

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