Détermination du mécanisme d'interaction d'une substance active hydrophobe photoactivable avec des bicouches phospholipidiques et formulation de nanovecteurs pour la thérapie anticancéreuse.

par Xiao Wu

Projet de thèse en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Véronique Rosilio.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué , en partenariat avec Institut Galien Paris-Sud (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Beta-lapachone (b-lap) est un médicament semi-synthétique obtenu à partir de l'arbre lapachol. Il a attiré de plus en plus d'attention en raison de ses propriétés antibactériennes, antifongiques et anticancéreux. En effet, b-lap présente une activité antiproliferative à des concentrations micromolaires contre une variété de cellules cancéreuses. Ses caractéristiques physico-chimiques pourraient présenter un intérêt pour la pénétration dans les cellules par perméation à travers la membrane plasmique, tels que son faible poids moléculaire (242,3 g / mol) et son log P modérément élevé (2,5). Cependant, les applications thérapeutiques de b-lap sont limitées en raison de sa faible solubilité dans l'eau (0,038 mg ml-1 ou 0,16 mM) et de son hépatotoxicité. Il est donc nécessaire de le solubiliser, et de contrôler sa pharmacocinétique. Certaines approches telles que les micelles polymères, des liposomes pégylés et les cyclodextrines ont été proposées afin d'améliorer l'activité thérapeutique et réduire les effets secondaires de la b-lapachone. Cependant, les tentatives pour former des complexes avec les cyclodextrines ne sont pas grandement amélioré sa solubilité. Calvacanti et al. ont montré que la beta-lapachone a été incorporé dans des liposomes, avec la même taux d'encapsulation, en présence et en l'absence de beta-cyclodextrines. En fait, peu de systèmes ont pris en compte des propriétés physico-chimiques de ce médicament, à l'exception de sa faible solubilité dans l'eau. Notre étude préliminaire par la pression de surface et des mesures de potentiel de surface, et la microscopie à la force atomique a montré que b-lap a une interaction spéciale avec des phospholipides. Notre objectif est donc d'élucider le mécanisme d'interaction b-lap avec les membranes cellulaires qui contrôle son photocytotoxicité, et de proposer des nanovecteurs appropriés (liposomes, nanoparticules lipidiques) pour sa solubilisation et la libération aux cellules avec une localisation spécifique. Notre méthodologie comprend (i) la caractérisation physico-chimique des interactions b-lap avec des excipients appropriés pour la préparation des nanovecteurs et avec des membranes modèles, (ii) l'étude de ses propriétés photoactivables dans des vésicules géantes imitant les cellules, (iii) la conception de nanovecteurs appropriés pour b-lap, et (iv) l'évaluation de leur efficacité sur les cellules du sein et de cancer de la prostate humaine.

  • Titre traduit

    Assessment of the mechanism of interaction of a hydrophobic photoactivable drug with phospholipid bilayers, and formulation of nanocarriers for anticancer therapy.


  • Résumé

    Beta-lapachone (b-lap) is a semi-synthetic drug obtained from the tree lapachol. It has attracted increasing attention due to its antibacterial, antifungal, and anticancer properties. Indeed, b-lap presents antiproliferative activity at micromolar concentrations against a variety of cancer cells. Its physicochemical characteristics could be of interest for penetration into cells by permeation through the plasma membrane, such as its low molecular weight (242.3 g/mol) and its moderately high log P (2.5). However, b-lap therapeutic applications are limited due to its low water solubility (0.038 mg mL-1 or 0.16 mM) and its hepatotoxicity. It is thus necessary to solubilize it, and to control its pharmacokinetics. Some approaches such as polymer micelles, pegylated liposomes, and cyclodextrins have been proposed, in order to improve the therapeutic activity and reduce the side effects of beta-lapachone. However, attempts to form complexes with cyclodextrins have not greatly improved its solubilisation. Calvacanti et al.1 have shown that β-lapachone was incorporated into liposomes with the same loading efficiency, in the presence and absence of beta-cyclodextrins. In fact, few systems have taken into account the physicochemical properties of this drug, except for its poor water solubility. Our preliminary study by surface pressure and surface potential measurements, and atomic force microscopy has shown that b-lap has a very unusual interaction with phospholipids. Our goal is thus to elucidate the mechanism of b-lap interaction with cell membranes that controls its photocytotoxicity, and to propose appropriate nanocarriers (liposomes, lipid nanoparticles) for its solubilisation and delivery to cells with a specific localization. Our methodology includes (i) the physicochemical characterization of b-lap interactions with potential excipients for nanocarriers preparation and with model membranes, (ii) the study of its photoactivatable properties in giant vesicles mimicking cells, (iii) the conception of appropriate b-Lap-loaded nanocarriers, and (iv) the evaluation of their efficiency on human breast and prostate cancer cells.