Développement de nouveaux nano-médicaments contre la douleur

par Jiao Feng

Projet de thèse en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Patrick Couvreur et de Sinda Lepetre-mouelhi.

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 24-10-2014 .


  • Résumé

    Certains neuropeptides endogènes chez l'homme, tels que les enképhalines et endomorphines, ont un potentiel thérapeutique considérable dans le traitement de la douleur. Cependant, ils présentent un certain nombre d'inconvénients qui limitent parfois de manière importante leur efficacité thérapeutique. Tout d'abord ces molécules, de par leur hydrophilie, ne passent pas la barrière sang/système nerveux, ce qui limite leur accès aux récepteurs opioïdes. De plus, ils présentent un temps de demi-vie plasmatique relativement court du fait d'une métabolisation rapide. La biodisponibilité de ces neuropeptides dans le système nerveux est ainsi limitée. Pour être efficaces, les neuropeptides devraient résister à la protéolyse dans le système circulatoire; être suffisamment hydrophobes pour traverser ces barrières hémato-nerveuses; être à l'abri de la dégradation par les peptidases au niveau du cerveau et de la moelle épinière. Le but de ce projet est de créer de nouveaux nanomédicaments qui ciblent la douleur, à partir de ces neuropeptides (enképhalines, endomorphines), en utilisant des matériaux naturels et biocompatibles tels que le squalène pour les vectoriser. Ainsi, le concept de squalénisation consiste à créer une liaison chimique entre le squalène (SQ) et un principe actif pour donner des bioconjugués qui ont la capacité de s'auto-assembler en nanoparticules dans l'eau sans l'aide d'un agent tensio-actif. Une fois que ces nanoparticules arrivent au niveau des organes cibles, elles libèrent les bioconjugués, qui sont en fait des prodrogues, qui seront ensuite métabolisées pour libérer la molécule active. Pour ce projet, des liaisons biodégradables enzymatiquement (ester, amide, ect.) ont été conçues entre le squalène et le neuropeptide endogène pour créer les bioconjugués neuropeptide-squalène (Neuro-SQ) qui s'assembleront en nanoparticules pour libérer au moment voulu le neuropeptide actif. Avant d'être couplé au neuropeptide (Met- ou Leu-enképhaline), le squalène est tout d'abord fonctionnalisé au niveau d'une de ses extrémités avec un groupement fonctionnel tel que -CO2H, -NH2 ou –OH. Dans le but de moduler la libération de ces neuropeptides libres à partir des nanoparticules, différents types de bras espaceurs ont été conçus entre le squalène et le neuropeptide (en plus de la simple liaison amide). Parmi ces bras espaceurs, le groupement méthane dioxycarbonyl et le groupement diglycolate ont été utilisés. Tous ces bioconjugués ont donné des nanoparticules avec des diamètres de l'ordre de 100 nm en solution aqueuse. Ces nanoparticules ont montré des taux de charge en neuropeptide très élevés, atteignant 60%. Les études in vitro ont montré qu'après incubation dans du sérum de souris, ces nanoparticules présentaient des profils différents de libération en neuropeptide. Les nanoparticules composées de bioconjugués ayant une simple liaison amide entre le squalène et les neuropeptides, n'ont pas montré de libération du neuropeptide libre durant 48 heures, tandis que les nanoparticules comportant un bras espaceur méthane dioxycarbonyl ont pu libérer le neuropeptide durant les 4 premières heures. Les nanoparticules comportant un bras espaceur diglycolate ont libéré le neuropeptide accroché au bras espaceur. Par ailleurs, des études in vivo ont été menées dans le but d'étudier l'effet analgésique de ces nanoparticules sur des modèles de douleur aiguë inflammatoire chez le rat via le test de Hargreaves. Les animaux traités avec ces nanoparticules ont montré des temps de latence de retrait thermique élevés en comparaison avec le neuropeptide libre. Ils ont également présenté des profils très intéressants comparé à celui de la morphine (effet prolongé dans le temps). Une étude plus approfondie sera effectuée afin d'étudier les sites d'action de ces nanoparticules (niveau central ou périphérique), en utilisant des antagonistes spécifiques aux récepteurs opioïdes tels que naloxone ou naloxone méthiodide.

  • Titre traduit

    Development of novel nano-biotechnology tools targeting opioid receptors


  • Résumé

    Some neuropeptide pharmaceuticals, such as enkephalin and endomorphin, have a great potential for the treatment of pain, but the blood-nerve barrier limits their access to the opioid receptors. Additionally, the half-lives of those peptides in plasma are very short. The bioavailability of the peptide-based drugs to the nervous system is therefore limited. Thus, to be efficient, the neuropeptides should resist proteolysis in the circulatory system; be sufficiently hydrophobic to cross these blood-nerve barriers; be immune to peptidases degradation within brain and spinal cord. The aim of this project is to create new nanomedicines targeting the pain, using natural and biocompatible materials for drug delivery and targeting purposes, such as squalene-based nanoassemblies. The concept of squalenoylation consists in the chemical linkage of the squalene (SQ), to a biologically active molecule in order to allow the resulting bioconjugates to self-assemble into nanoparticles in water without the need of any surfactant. Once the prodrug has entered the targeted cell, it will be metabolized in order to release the active molecule. For these reasons biodegradable linkages (ester, amide, ect.) will be selected according to the enzymatic content of the targeted diseased area. The coupling of enkephalins with squalene first involves the transformation of one extremity of the natural squalene into a functional group such as -CO2H, -NH2 or –OH. To modulate the release rate of free peptides from nanoparticles, different types of linkers were used between squalene and peptides, such as simple amide linker, methyl dioxycarbonyl linker and diglycolate linker. Bioconjugates with all these linkers showed the ability to self-assemble into nanoparticles with diameters of around 100 nm in aqueous solution. The drug loading of these nanoparticles were very high, reaching 50% to 60%. The in vitro studies showed that after incubation with mouse serum, these nanoparticles exhibited different release profiles. The nanoparticles with amide linker didn't release the free peptides during 48 hours, while nanoparticles with methyl dioxycarbonyl linker could release the free peptides within 4 hours. Nanoparticles with diglycolate linker released the peptide coupled to its linker. Furthermore, concerning the in vivo studies, the primary analgesic effects of these nanoparticles were assessed using Hargreaves test on rat models of acute inflammation. Animals treated with these nanoparticles showed higher behavioral response thresholds to heat stimuli in comparasion with those treated with free enkephalin. They also exhibited interesting profiles compared to morphine (extended duration of effect). Further study will be performed in order to study the sites of action of these nanoparticles (central or peripheral level), using specific opioid receptor antagonists such as naloxone or naloxone methiodide.