Développement de nouvelles plateformes pour l’amélioration du traitement du glioblastome par thérapie photodynamique

Development of new platforms to improve the treatment of glioblastoma by photodynamic therapy

• Auteur / Autrice : Ludivine Larue
• Direction : Céline Frochot, Samir Acherar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 04/02/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Serge Mordon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Frochot, Samir Acherar, Valérie Heitz, Muriel Amblard, Cédric Boura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Heitz, Muriel Amblard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radicaux aminoxyles

Espèces réactives de l'oxygène et de l'azote

Photochimiothérapie

Thérapeutique

Glioblastome

Mots clés libres

Thérapie photodynamique

Espèces réactives de l'oxygène

Cancer

Photodynamic therapy

Reactive oxygen species

Cancer

Résumé

Le traitement des tumeurs malignes du cerveau, dont le glioblastome multiforme est la forme la plus agressive, est un défi majeur de la cancérologie. La thérapie photodynamique (PDT) apparaît comme une technique prometteuse dans ce contexte. La PDT permet une destruction des cellules cancéreuses par l’action de trois éléments à savoir un photosensibilisateur (PS), la lumière et l’oxygène. Après photoexcitation sous lumière visible, le PS engendre, en présence d’oxygène, la formation d’espèces réactives de l’oxygène dont d’oxygène singulet (1O2), toxiques, qui vont détruire les tissus avoisinants. Malheureusement, la PDT souffre de deux inconvénients majeurs qui sont le manque de sélectivité de nombreux PSs actuellement utilisés cliniquement ainsi que le besoin d’oxygène pour être efficace. Pour pallier le manque de sélectivité, le ciblage des néovaisseaux tumoraux est une approche prometteuse. L’affinité du peptide KDKPPR pour le récepteur NRP–1 surexprimé sur les cellules endothéliales a déjà été prouvée par notre équipe. Concernant le manque d’oxygène, nous nous sommes intéressés aux alcoxyamines capables de générer des radicaux alkyles toxiques par activation lumineuse, même en milieu hypoxique. Ces alcoxyamines photoactivables sont décrites dans la littérature mais jamais utilisées dans le traitement de tumeurs. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une plateforme trimodale combinant un PS et un alcoxyamine photoactivable pour une PDT en milieu normoxique et hypoxique, respectivement, et un peptide pour cibler NRP–1. La synthèse de cette plateforme a été réalisée avec succès. L’étude de cette plateforme a montré un maintien de la capacité à former de l’1O2 et de l’affinité pour NRP–1. Grâce à la technique de spectroscopie RPE, les radicaux engendrés par l’illumination de l’alcoxyamine ont pu être détectés. Bien que prometteuse, cette plateforme n’est pas applicable en PDT en raison d’une photoactivation de l’alcoxyamine à une longueur d'onde UV inadaptée. La seconde partie de cette thèse a donc été consacrée à l’optimisation de cette plateforme. Nous nous sommes focalisés sur trois pistes : 1) le design d’une nouvelle alcoxyamine absorbant à de plus hautes longueurs d’onde 2) l’amélioration de la solubilité de la plateforme en greffant une cyclodextrine et 3) le développement d’un nouveau peptide ciblant NRP–1 et pouvant être internalisé dans les cellules.

The treatment of malignant brain tumors, of which glioblastoma multiform is the most aggressive form, is a major challenge in oncology. Photodynamic therapy (PDT) appears to be a promising technique in this context. PDT destroys cancer cells by the action of three elements: a photosensitizer (PS), light and oxygen. After photoexcitation under visible light, PS generates, in the presence of oxygen, the formation of reactive oxygen species including singlet oxygen (1O2), toxic, which will destroy surrounding tissues. Unfortunately, PDT suffers from two major drawbacks which are the lack of selectivity of many PSs currently used clinically as well as the need for oxygen to be effective. To overcome the lack of selectivity, targeting tumor neovessels is a promising approach. The affinity of KDKPPR peptide for the overexpressed NRP–1 receptor on endothelial cells has already been demonstrated by our team. Regarding the lack of oxygen, we were interested in alkoxyamines able of generating toxic alkyl radicals by light activation, even in hypoxic environment. These photoactivatable alkoxyamines are described in the literature but never used in tumor treatment. In this thesis, we developed a trimodal platform combining a PS and a photoactivatable alkoxyamine for PDT in normoxic and hypoxic medium, respectively, and a peptide to target NRP–1. The synthesis of this platform was successfully performed. The platform study confirmed the conservation of the ability to form 1O2 and the NRP–1 affinity. The detection of the photogenerated radicals from alkoxyamine is detected by EPR spectroscopy. Although promising, this platform is not applicable in PDT due to the use of an unsuitable UV wavelength for photoactivation of alkoxyamine. The second part of this thesis was devoted to the platform optimization. We focused on three avenues: 1) Design of a new alkoxyamine absorbing at higher wavelengths, 2) Improvement of the platform solubility by grafting a cyclodextrin and 3) Development of a new NRP–1–targeted peptide which can be internalized in cells.