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PLAN
1. NANOVECTEURS: DENDRIMERES ET NANOPARTICULES D’OR
2. LES NANOPARTICULES D’OR EN VECTORISATION DU
DOCETAXEL
3. LES NANOPARTICULES D’OR EN THERANOSTIQUE
DENDRIMERES ET NANOPARTICULES D’OR
POUR LA VECTORISATION
Didier ASTRUC
ISM, UMR CNRS 5255, Université de Bordeaux
Institut Universitaire de France
Cancer: Prolifération incontrôlée des cellules causée par
des mutations génétiques en combinaison avec des
facteurs environementaux
Traitements: chirurgie, radiothérapie, chimiothérapie
Principaux agents chimiothérapeutiques:
Rigidifiant des
microtubules:
les taxanes
Antibiotiques
antitumoraux:
(intercalation ADN)
les anthracyclines
Antimétabolite
Agent “alkylant”:
lie 2 guanines
intra ADN Cis-platine
Thérapie génique à base d'un vecteur adénovirus: Un nouveau gène est inséré dans un vecteur dérivé d'un adénovirus, lequel est utilisé
pour introduire l’ADN modifié dans une cellule humaine. Si le transfert se déroule correctement, le nouveau gène élaborera une protéine
fonctionnelle qui pourra alors exprimer son potentiel thérapeutique.
En 2013, près de 2000 essais cliniques auraient été proposés au niveau international; environ 65 % des essais se focalisent sur le
traitement du cancer. Le peu de données exhaustives qu'il est possible d'obtenir rend difficile l'estimation du réel intérêt thérapeutique
des protocoles réalisés. La plupart des stratégies combinent des molécules chimiques (polycations) et la molécule d'ADN pour faciliter
la traversée de la membrane des cellules et la rentrée des molécules d'ADN. Les vecteurs viraux sont en vogue mais présentent des
difficultés au niveau de la sécurité et les vecteurs non viraux n'ont qu'une capacité très réduite à intégrer l'information génétique dans le
génome, les rendant ainsi inutiles pour des modifications génétiques pérennes de populations cellulaires en prolifération active.
THERAPIE
GENIQUE
This image, a work of the
Naional Institute of Health,
is in the public domain.
Dendrimère Dendrimère PAMAM-G2 (Polyamidoamine – Tomalia- 2ème génération)
LES DENDRIMERES
Haensler, J.; Szoka, F. C. Jr. PAMAM dendrimers mediate efficient transfection of cells in culture. Bioconjugate Chem. 1993, 4, p. 372.
Revue sur l’utilisation de dendrimères pour le transport de gènes: Guillot, M.; Eisler, S.; Diederich, F. New J. Chem. 2007, 31, p. 1111.
Revue récente sur l’utilisation de dendrimères pour le transport d’ARNsi: Liu, X.; Rocci, P.; Peng, L. New J. Chem. 2012, 36, p. 256.
Revue générale sur les utilisations biomédicales des dendrimères: Astruc, D.; Boisselier, E.; Ornelas, C. Chem. Rev. 2010, 110, 1857.
NANOMEDECINE:
VECTORISATION DES MEDICAMENTS
Liposome ou nanovecteur
de médicament de deuxième
génération, CNRS
Photothèque/SAGASCIENCE
/ CAILLAUD François
Le but de la vectorisation est de palier les inconvénients:
insolubilité and non spécificité du médicament
Vectorisation :
Objectifs :
• Accroître la solubilité
• Permettre le ciblage => diminuer les effets secondaires
CIBLAGE
Actif : association avec la reconnaissance
moléculaire, puis internalisation par
endocytose
Passif : accumulation dans les tissus
cancéreux grâce à la vascularisation
hétérogène et plus perméable
VECTORS
Polymersome
Polymer capsule Liposome
Polymeric micelle Polymeric nanoparticle Dendrimer
God nanoparticule with thiolate ligands
Aun(SR)m
VECTORIZATION
PHOTOTHERMOTHERAPY
DIAGNOSTIC (IMAGING)
(AuNP)
Revues:
- Daniel, M.-C.; Astruc, D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-size Related Properties, and
Applications toward Biology, Catalysis and Nanotechnology. Chem. Rev. 2004, 104, 293.
- Boisselier, Astruc, D. Gold Nanoparticles in Nanomedicine. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1759; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, sous presse.
Biocompatibilité :
– Purification des AuNPs (précurseurs cytotoxiques)
– Ligands : ligands cationiques plus toxiques que ligands anioniques, mais
terminaisons PEGylées biocompatibles
Taille nanométrique : Circulation sanguine et diffusion à travers les tissus facilitées Effet EPR (Enhanced Permeability and Retention) => accumulation dans les tissus
cancéreux Nanostructure précise et polyfonctionalisable Dendrimérisation possible (dendrons thiolates) Accumulation dépendante de la taille
Diagnostic (imagerie) et photothérapie (bande plasmon)
Avantages des AuNPs pour la vectorisation
PASSIVE VECTORIZATION
Hydrophobic drug vectorization in the thiolated layer
• Accumulation in tissues due to the EPR (Enhanced Permeation and Retention) effect
• Micellar behavior : hydrophobic core and hydrophilic surface
• Diffusion of drugs through the cell membranes
Interior of the cell
TAXANES: Paclitaxel (taxol) et Docétaxel (taxotère)
Le principal mécanisme d'action de la classe des taxanes est l'inhibition de la fonction des microtubules.
Les microtubules sont essentiels pour la division cellulaire, et les taxanes bloquent la division normale des cellules.
Cancers: sein, ovaires, poumon, prostate, gastrique, voies aérodigestives supérieures.
LE DOCETAXEL, L’UN DES MEDICAMENTS ANTI-CANCER LES PLUS PUISSANTS
HNO
O
OH
O O
O
O
HO
OH
H
O
O
O
HO O
HO
O
O
HO
OH
H
O
O
O
HO O
10-deacétylbaccatin-III Docétaxel (cancers de poumon, sein,
gastrique, ovaire, prostate métastasé)
Taxus baccata (if européen)
Extraction
(feuilles)
Hemi-
synthèse
Pierre Pottier et al.,
J. A. C. S. 1988, 110, 5917-5919
Docetaxel nanotechnology in anti-cancer therapy.
P. Zhao, D. Astruc, ChemMedChem, 2012, 7, 952-972 (dédié à la mémoire de Pierre Potier)
A. François, A. Laroche, N. Pinaud, L. Salmon, J. Ruiz, J. Robert, D. Astruc, ChemMedChem 2011, 6, 2003-2008
VECTORISATION
PASSIVE
DE MEDICAMENT
UTILISANT LES
NANOPARTICULES D’OR:
Docetaxel encapsulation in PEGylated AuNPs and solubilization in water
S
N
S
N
S
N
S
N
SS
N
S
N
S
NN
NN
N N
NN
NN
NN
OO
O
O
O
O
O
OO
O
O
O
O
O
O
O O
O
OO
O
OH
Ph
NH
O
t-BuO
OHOCOPh
HOAc
HO O OH
O
O
OOH
Ph NH
Ot-BuO
OH
PhCOO H
AcO
HO
O
OH
O
O
O
OH
Ph
NH
O
t-BuO
OH
OCOPh
H
OAc
HOO
OH
Alison François
(ChemMedChem 2011)
AuNP
ACTIVE VECTORIZATION: RECEPTORS monoclonal antibodies, peptides, folate, hyaluronic acid, fatty acids, transferrin
Folate receptor:
• Allows internalization by endocytosis
Doxuribicine
Folic acid
PEG
Transferrin (TF) receptors:
• Médiators of endocytosis
• Covalent bond with AuNPs via
mercaptoacetic acid
Dixit, 2006
R. P. Andres et al. Bioconjugate Chem., 2006, 17, 603-609.
Conceptual Diagram of Folate Receptor-Mediated Binding, Internalization, Endosomal Acidification, Intracellular Trafficking, and Endosomal Escape of F-PEG1500-T:AuNP by Folate Receptor-Positive Cells.
Folate receptor AuNPs + folic acid + PEG
Endocytose
Endosome
ENDOCYTOSIS BY ACTIVE VECTORIZATION
Synthesis and functionalization of PEGylated AuNPs
Pengxiang Zhao, PhD 2012
HS
HS
HAuCl4 NaBH4
MeOH:H2O 1:1
Au SS
S
S S
S
S
S
S
S
DMSO
Au SS
S
S S
S
S
S
S
S
HS O O NH3+Cl-
10
HS OO
11CH3
HS
HS
S O O NH10
N
NN
N
NH2
OH
NH
O
NH
O
O
HO
S
NHS-Folate
N
O
O
N
NN
N
NH2
OH
NH
O
NH
O
O
HO
O
(N-hydroxysuccinimide ester of folate)
NHS-Folate
NEt3
Encapsulation of docetaxel by PEGylated AuNPs §
cytotoxicity
48h treatment
020406080
100120140
1.7x10-5
1.7x10-6
1.7x10-7
1.7x10-8
1.7x10-9
1.7x10-10
1.7x10-11
Concentration of Docetaxel (M)
% c
ell
surv
ival
Au
DOC
Au/DOC
Rachel Oliveira, Gillian Barratt
¥
Juliette Vergnaud, Luiz Claudio de Santa Maria Faculté de Pharmacie Université Paris-Sud UMR CNRS N°8612 Châtenay-Malabry
Prostate
cancer
cells
Au SS
S
S S
S
S
S
S
S
H2O r.t. 5d
HNO
O
OH
O O
O
OHO
OH
H
O
O
O
HO O
Docetaxel
Au SS
S
S S
S
S
S
S
S
S O O NH10
N
NN
N
NH2
OH
NH
O
NH
O
O
HO
S
S O O11
S
PEG
Folate
Docetaxel
Pengxiang Zhao
Intern. J. Pharmaceutics 2013, 454, 703.
Lumière: si λ >> taille des nanoparticules,
tous les électrons libres de la bande de conduction
subissent le même champ et oscillent collectivement
et en phase.
Quand λ = fréquence d’oscillation résonance:
absorption plasmonique. Exemple: taille = 20 nm
bande plasmon à 520 nm (dans le vert et les
nanoparticules ont la couleur complémentaire: rouge)
ABSORPTION PLASMONIQUE DES NANOPARTICULES D’OR
APPLICATION A LA THERAPIE PHOTOTHERMIQUE ANTI-CANCER
Ag(12nm) Au(100nm) Au(50nm) Ag(90nm) Ag(40nm)
L’absorption plasmonique (couleur) dépend
énormément des paramètres:
nature, taille, forme, milieu, distance
entre les nanoparticules (application
au diagnostic médical).
Proche infra-rouge La lumière infra-rouge absorbée
se transforme en chaleur tue les cellules
cancéreuses (37°C 45°C)
K. L. Kelly et al., J. Phys. Chem. B 107 (2003) 668.
X. Huang, P. K. Jain, I. H. El-Sayed, M. A. El-Sayed, Lasers Med Sci (2008) 23:217–22
Detection by imaging :
SPB : surface plasmon band
Techniques used :
DIAGNOSTIC :
fonctionalization with
• oligonucleotides
• antibodies
Conclusion
• Ingénierie macromoléculaire pour la vectorisation:
fonctionnalisation des dendrimères et nanoparticules d’or
• Avantages des nanoparticules d’or: polyfonctionalisation
pour la vectorisation et téranostique (diagnostic + thérapie)
• Nécessité de l’interdisciplinarité médecine-biologie-
sciences moléculaires-physique
Bibliographie
Nanoparticules d’or:
- E. C. Dreaden, A. M. Alkilany, X. Huang, C. J. Murphy, M. A. El-Sayed. The golden age: gold nanoparticles for biomedicine
Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 2740.
- D. A. Giljohann, D. S. Seferos, W. L. Daniel, M. D. Masssich, P. C. Patel and C. A. Mirkin, Gold nanoparticles for biology and medicine,
Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 3280–3294.
- S. Lal, S. E. Clare and N. J. Halas, Nanoshell-enabled photothermal cancer therapy: impending clinical impact.
Acc. Chem. Res., 2008, 41, 1842–1851.
- E. Boisselier, D. Astruc. Gold Nanoparticles in Nanomedicine. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1759.
Docetaxel:
-P. Zhao, D. Astruc. Docetaxel nanotechnology in anti-cancer therapy. ChemMedChem, 2012, 7, 952-972
(dédié à la mémoire de Pierre Potier)
Dendrimères:
- U. Boas, J. B. Christensen. Dendrimers in medicine and biotechnology. Royal Chemical Society Publishing: Cambridge, U. K. 2006.
- Dendrimers in Medicine. B. Klajnert, M. Bryszewska Eds. Nova Science Publishers: New York, 2007.
- Dendrimers Designed for Function: From Physical, Photophysical and Supramolecular Properties to Applications in Sensing,
Catalysis, Molecular Electronics and Nanomedicine. D. Astruc, E. Boisselier, C. Ornelas, Chem. Rev. 2010, 110, 1857.
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