Moving forward in the pre-clinical development of squalene-adenosine nanoparticles : mechanism of action and formulation

par Marie Rouquette

Thèse de doctorat en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Patrick Couvreur et de Sinda Lepêtre-Mouelhi.

  • Titre traduit

    Avancées dans le développement pré-clinique des nanoparticules d’adénosine-squalène : mécanisme d’action et formulation


  • Résumé

    L’adénosine est une molécule dotée d’un fort potentiel thérapeutique, mais présentant néanmoins un temps de demi-vie plasmatique extrêmement court qui limite de manière sérieuse son efficacité. Comme présenté dans l’introduction bibliographique de cette thèse, cette difficulté peut être surmontée grâce à l’utilisation de systèmes de délivrance de médicaments à base de lipides. L’adénosine peut en effet être soit encapsulée dans des liposomes, soit simplement couplée à un lipide. Parmi les « lipidizations » de l’adénosine, la « squalénisation », notamment, a favorablement modifié la biodistribution de cette substance active. Cette technique consiste à coupler l’adénosine à une molécule lipophile dérivée du squalène, générant ainsi des bioconjugués ayant la capacité de s’auto-assembler spontanément en milieu aqueux sous forme de nanoparticules d’une centaine de nanomètres de diamètre. L’injection de ces nanoparticules d’adénosine-squalène (AdSQ) par voie intraveineuse a donné des résultats très prometteurs pour le traitement de l’ischémie cérébrale et du traumatisme de la moëlle épinière. Ainsi, l’objectif de cette thèse a consisté à faire progresser le développement pré-clinique de ces nanomédicaments suivant deux axes principaux: l’étude du mécanisme d’action et l’amélioration de la formulation.De ce fait, le premier chapitre de cette thèse présente les résultats obtenus lors de l’étude in vitro du mécanisme d’action des nanoparticules d’AdSQ. Les travaux ont montré que ces nanoparticules d’AdSQ n’interagissaient pas directement avec les récepteurs à l’adénosine, mais formaient un réservoir intracellulaire d’adénosine. En effet, après internalisation, le bioconjugué d’AdSQ est clivé pour libérer l’adénosine. Celle-ci finit par être effluée par les cellules vers le milieu extracellulaire, où elle peut ainsi activer les récepteurs spécifiques situés au niveau des membranes des cellules avoisinantes. Après étude du mécanisme, l’amélioration de la formulation de ces nanoparticules a été explorée et décrite dans le deuxième chapitre. Les efforts ont été principalement concentrés sur la lyophilisation de la suspension nanoparticulaire, afin de proposer une formulation stable dans le temps et facile d’utilisation dans le cadre médical. Les conditions utilisées ont abouti au bon maintien des propriétés physico-chimiques des nanoparticules et l’obtention de solutions injectables sans risque chez l’animal. Dans son ensemble, ce travail de thèse a permis d’élargir les perspectives d’application des nanoparticules d’AdSQ grâce à une meilleure compréhension de leur mécanisme d’action ainsi que la mise au point d’une formulation plus adaptée aux besoins cliniques.


  • Résumé

    Adenosine has a high therapeutic potential but its extremely short half-life in blood seriously impairs its efficacy. As presented in the literature review, this difficulty can be overcome by using lipid-based drug delivery systems. Indeed, adenosine can be encapsulated into liposomes or conjugated to a lipid. In particular, among adenosine « lipidizations », the so-called « squalenoylation » has been shown to enhance adenosine biodistribution. This technique consists in coupling adenosine to a lipophilic squalene derivative, thus generating bioconjugates which are able to spontaneously self-assemble as nanoparticles of 100 nm of diameter in aqueous solution. Intravenous injection of these squalene-adenosine (SQAd) nanoparticles led to highly promising results for the treatment of cerebral ischemia and spinal cord injury. Thus, the aim of this thesis was to push forward the pre-clinical development of these nanomedicines following two main directions: unveiling their mechanism of action and enhancing their formulation.Thereby, the first chapter of this thesis presents the results from in vitro study on SQAd nanoparticles mechanism of action. This work has shown that SQAd nanoparticles did not interact directly with adenosine receptors, but formed an intracellular reservoir of adenosine. Indeed, after internalisation, SQAd bioconjugates acted as prodrugs by releasing free adenosine. This molecule was then efflued out of the cells into the extracellular medium, where it could activate specific membrane receptors on neighbouring cells. After studying the mechanism of action, we explored how to optimize the formulation. Results are described in the second chapter. We focus our efforts on freeze-drying the nanoparticles suspension, in order to offer a stable and easy-to-use formulation. Pre-formulation studies were conducted in order to define the optimal conditions for the preservation of nanoparticles physico-chemical properties and for an easy reconstitution of these nanoparticles suspension which can thus be safely injected intravenously. Overall, this work has widen the field of applications for SQAd nanoparticles thanks to a better understanding of their mechanism of action and the development of a formulation which is more suited to clinical needs.


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