Compréhension de la relation entre les caractéristiques physico-chimiques des nanoparticules lipidiques d'ARNm et leur comportement et efficacité in vivo dans des modèles de cancer

Understanding the relation between physicochemical characteristics of lipid nanoparticles carrying mRNA and their in vivo behaviors and efficacy in cancer models

• Auteur / Autrice : Adrouchan Hotier
• Direction : Elias Fattal, François Fay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 06/05/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de pharmacie
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Claire Smadja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yohann Corvis, Marie Morille, Franceline Reynaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yohann Corvis, Marie Morille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer

ARN messagers

Nanoparticules lipidiques

Mots clés libres

Nanoparticules lipidiques

ARNm

Biodistribution

Cancer

Lipid nanoparticles

Mrna

Biodistribution

Cancer

Résumé

L'utilisation thérapeutique d'acides nucléiques, et en particulier d'ARN messager, est depuis plusieurs années en plein essor. De nouvelles stratégies autres que vaccinales utilisant les ARNm sont en cours de développement comme les thérapies par remplacement de protéines, ou les traitements contre le cancer. Cependant, la distribution des LNP administrées par voie systémique dans l'organisme se fait très majoritairement dans le foie limitant l'efficacité de ces stratégies. De plus, peu d'études ont démontré de manière claire le ciblage d'autres tissus, et un nombre limité de ces travaux ont été effectués sur des modèles cancéreux.Ainsi, ce projet a visé à étudier l'impact des caractéristiques physicochimiques des LNP sur leurs comportements biologiques et leur efficacité dans un modèle in vivo de cancer. Au cours de ces travaux une librairie composée de 10 formulations de nanoparticules lipidiques contenant de l'ARN messager codant pour la protéine Firefly luciférase a été produite, caractérisée et testée, à la fois in vitro et in vivo. Les nanoparticules testées étaient composées de différents lipides PEGylés et de stérols. Les lipides PEGylés utilisés présentaient différentes tailles de chaines alkyles tandis que deux stérols furent employés : le cholestérol et un dérivé phytostérolique, le beta-sitostérol.Nos résultats ont montré un impact marqué de la longueur de la chaine carbonée du lipide PEGylé sur la stabilité sérique, l'expression protéique in vitro, la biodistribution, et l'expression protéique in vivo. De même, le sitostérol s'est montré être une alternative intéressante au cholestérol. Cependant, ces effets furent moins prononcées in vivo.Lors de cette étude, nous avons également pu montrer un lien de corrélation entre certaines mesures in vitro et in vivo. Ainsi, les méthodes et modèles développées au cours de cette thèse pourraient être appliquées au développement de stratégies in vitro prédictives des comportements in vivo.

The therapeutic use of nucleic acids, and in particular messenger RNA, has been booming in the last few years. Various non-vaccine strategies using mRNAs are currently developed, such as protein replacement therapies and cancer treatments. However, systemically administered LNPs overwhelmingly accumulate in the liver, limiting the effectiveness of these strategies. Furthermore, only few studies clearly have so far demonstrated the targeting of extrahepatic tissues, and a limited number of those studies have been carried out on cancer models.Thus, this project has aimed to investigate how the physicochemical characteristics of LNPs can be tuned to modulate their biological behaviors and efficacy in an in vivo cancer model. During this work, a library composed of 10 lipid nanoparticle formulations containing messenger RNA encoding the Firefly luciferase protein was produced, characterized and tested, both in vitro and in vivo. The nanoparticles tested were composed of different PEGylated lipids and sterol. The PEGylated lipids used presented alkyl chain of various lengths while two sterols were assessed: cholesterol and beta-sitosterol, a phytosterol derivative.Our results revealed a marked impact of the carbon chain length of the PEGylated lipid on serum stability, protein expression in vitro, biodistribution, and protein expression in vivo. In addition, sitosterol proved to be an attractive alternative to cholesterol. However, improvements in transfections were less pronounced in vivo.In this study, we were also able to show a correlation between specific in vitro and in vivo results. Thus, the methods and models developed during this thesis could be applied to develop new in vitro strategies to predict in vivo behaviors.