Conception et caractérisation de nanoparticules polymères théragnostiques destinées au traitement des tumeurs cérébrales

Abstract

L‘intérêt de développer de nouvelles applications de la nanotechnologie pharmaceutique dans les soins de santé augmente année après année. Le rôle des nanosystèmes est devenu évident, surtout après que certains d'entre eux aient contribué à des solutions révolutionnaires dans des maladies graves. Dans notre projet, nous avons cherché à synthétiser des nanoparticules (NPs) intelligentes capables de livrer, de façon sélective, des agents anticancéreux. Les NPs ont été synthétisées afin de cibler des cellules cérébrales atteintes par le glioblastome multiforme (GBM), un cancer du cerveau présentant un mauvais pronostic et un taux de survie médian très faible. À cet effet, nous avons planifié de synthétiser et analyser ces nanoparticules et également d’étudier les preuves de concept de leur efficacité. Tout d'abord, nous avons sélectionné avec soin, la procédure de formulation ainsi que les polymères avant d’optimiser les caractéristiques physico-chimiques des nanogels (NGs) formulés à base de chitosane. Après l'optimisation de la taille, du PdI et du potentiel de surface des NGs, nous avons synthétisés des NGs chargés en substance active. Deux molécules thérapeutiques ont été retenues La première était la doxorubicine HCl (DOX) qui est trop hydrophile pour passer la BHE, bien qu’ayant démontré une efficacité in vitro contre le GBM. Le deuxième médicament était le témozolomide (TMZ) qui est déjà utilisé dans le traitement de GBM, comme adjuvant à la radiothérapie, après l’intervention chirurgicale. Les méthodes d'analyses ont ensuite été développées pour déterminer l’efficacité du taux d'encapsulation (EE%) et l'efficacité de chargement de médicament (DLE%) des deux médicaments. Pour la préparation des nanogels théranostiques, nous avons suivi les mêmes procédures après l’addition de l’agent de contraste USPIO, durant la synthèse des NGs. Ensuite, nous avions besoin d’assurer la qualité de nos NGs lors du stockage à long terme. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une procédure de lyophilisation en utilisant différents sucres de nature et de concentrations variables. Les sucres ont été ajoutés pour cryoprotéger les NGs contre les contraintes mécaniques et physiques mises en jeu lors de la lyophilisation. Les sucres qui ont démontré des résultats satisfaisants avec NGs vides ont été utilisés, par la suite, dans la cryoprotection des NGs chargées de médicament au cours de leur lyophilisation. Finalement, nous avons étudié la libération de la DOX à partir des NGs chargées avant et après lyophilisation. Cette étude, en particulier avait deux objectifs. Le premier était de comparer l'effet de la lyophilisation sur le comportement de la libération de DOX des NGs, en observant l’impact de cette procédure sur la cinétique de libération Le deuxième but de l'étude de relargage était de tester la capacité des NGs à libérer leur contenu à trois pH différents : 5.8 (pH intracellulaire des cellules tumorales), 6.8 (espace interstitiel de la tumeur) et 7.4 (plasma sanguin).

The interest in developing new applications of nanotechnology in the pharmaceutical health care increases year after year. The role of nanosystems became clearer, especially after some of them contributed to revolutionary solutions in serious diseases. In our project, we sought to synthesize ‘intelligent’ nanoparticles (NPs) capable of selectively delivering anticancer agents. NPs were synthesized to target brain cells affected by glioblastoma multiforme (GBM), a brain cancer with a poor prognosis and a very low rate of median survival. To this end, we planned to synthesize and analyze these nanoparticles and also to study the proof-of-concept of their efficiency. First, we carefully selected the formulation process and the polymers prior to optimize physicochemical characteristics of the nanogels (NGs) formulated with chitosan. After optimization of the NGs size, PDI and surface potential, we synthesized NGs loaded with active substances. Two therapeutic molecules were selected. First we chose doxorubicin HCl (DOX) which is too hydrophilic to cross the BBB, whereas demonstrating in vitro efficacy against GBM. The second drug was temozolomide (TMZ), already used in the treatment of GBM as an adjuvant to radiotherapy after surgery. Analytical methods were then developed to determine the encapsulation efficiency (EE %) and drug loading efficiency (DLE %) of both drugs. For the preparation of theranostic nanogels, we followed the same procedures after the addition of the USPIO contrast agent during the NGs synthesis. Next, we needed to ensure the quality of our NGs during long-term storage. To achieve this goal, we developed a freeze-drying process using different kind of sugar cryoprotectants at varying concentrations, in order to protect NGs against mechanical and physical stresses at play during freeze-drying. Most promising sugars used with unloaded NGs were subsequently used to cryoprotect DOX-loaded NGs. Finally, we studied the release of DOX from DOX-loaded NGs before and after freeze-drying. This study in particular had two objectives. The first was to compare the effect of the freeze-drying process on the behavior of the DOX-loaded NGs, observing the impact of this procedure on the release kinetics. The second purpose of the release study was to test the ability of NGs to release their contents at three different pH: 5.8 (intracellular pH of tumor cells), 6.8 (interstitial space of the tumor) and 7.4 (blood plasma).