[PDF] Synthèse de nanocapsules polymères pour la détection de tumeurs

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UNIVERSITÉ PARIS-SUD 11

ECOLE DOCTORALE :

INNOVATION THÉRAPEUTIQUE

PÔLE : PHARMACOTECHNIE ET PHYSICO-CHIMIE PHARMACEUTIQUE

DISCIPLINE :

PHARMACOTECHNIE ET PHYSICO-CHIMIE PHARMACEUTIQUE

ANNÉE 2011 - 2012 SÉRIE DOCTORAT N° 1191

THÈSE DE DOCTORAT

soutenue le 20/11/2012 par

Odile DIOU

Synthèse de nanocapsules polymères pour la détection de tumeurs solides par échographie et IRM du Fluor : vers un outil théranostique Directeur de thèse : Nicolas TSAPIS C.R. (Université Paris Sud) Co-directeur de thèse : Elias FATTAL Pr. (Université Paris Sud)

Composition du jury

Rapporteurs : Marie-Pierre KRAFFT D.R. (Institut Sandron, Université de Strasbourg) Sébastien LECOMMANDOUX Pr. (LCPO, Université Bordeaux 1) Examinateurs : Nathalie MIGNET C.R. (Université Paris Descartes) Véronique ROSILIO Pr. (Institut Galien, Université Paris Sud) Franck LETHIMONNIER Chercheur (Neurospin, CEA Saclay)

Remerciements

1

Je tiens à adresser mes plus sincères remerciements à mon directeur de thèse, le Docteur Nicolas

très tôt transmis son insatiable curiosité scientifique. " fragiles » scientifique et humain.

Je remercie le Docteur Marie Pierre Krafft et le

ainsi que le Professeur Véronique Rosilio et les

Docteurs Nathalie Mignet et Franck Lethimonnier pour avoir examiné mon travail. En général je

remercie les membres de mon jury pour avoir apporté un regard critique sur mon travail.

Je remercie très chaleureusement le Docteur Annie Brûlet pour sa patience, son expertise en

diffusion des neutrons et sa passion si facilement.

Un grand merci à Estelle Morvan pour sa flexibilité lors des dosages RMN et pour ses conseils

toujours très judicieux. Merci aux Docteurs Julien Valette et Céline Giraudeau qui ont su se montrer disponibles et ont permis aquérir les plus belles images de ce travail. : les Docteurs Lori Bridal, Nicolas

en acoustique et avec qui il a été si agréable de mener les expérimentations ou de discuter lors de

réunions constructives. complément. Merci au Docteur Sandrine Zanna pour avoir mené et pour interprétation des spectres. Merci aux chimistes : les Docteurs Nicolas Mackiewicz et Julien Nicolas savoir de façon très pédagogique.

Remerciements

2

Merci à Gérard Péhau-Arnaudet pour sa souplesse sa bonne humeur et surtout ton humour. Je savais

qu'en venant faire de la CryoTEM je passerai un moment très sympathique repartirai avec de belles images.

conseils avisés lors des expérimentations animales. A ce propos, un grand merci aussi aux Docteurs

Rym Skanji et Simona Mura pour leur disponibilité, leur calme et leur maitrise des techniques.

Merci à Ilenia Batistella pour son sérieux et sa gentillesse lors de son stage. Merci à Vianney Delplace

pour son autonomie et sa créativité qui ont permis une belle avancée dans le projet mais aussi pour

son humour et sa voix si mélodieuse. de

Merci à Nathalie Ménard, Olivier Cauchois, Laura De Miguel, Silvia Mazzafero, Giovanna Giacalone,

Ludivine Mousnier, Bettina Ralay-Ranaivo, Nadia Abed, Valentina Agostoni, Bénédicte Sacko-

Pradines, Christelle Zandanel, Regina Reul, Ludivine Bol, Violetta Rodriguez Ruiz, Romain Canioni,

Chantal Al Sabbagh, Thais Leite, Leticia Arago sans qui ces trois années passées au laboratoire

nauraient pas eu le même goût. Une pensée particulière à Rym Skanji, Nadège Grabowski et Amélie

Dufay-Wojcicki avec qui jai partagé des moments uniques au laboratoire et ailleurs. entourée et soutenue pendant ces belles années de thèse et qui ma tant choyée pendant la période de rédaction. Enfin, merci à Vincent pour avoir été si présent en étant parfois si loin, pour

Sommaire

3

Liste des abréviations

Introduction générale

Travaux antérieurs

1. Les capsules polymères pour la pharmaceutique

1.1. Définitions et applications

1.2. Les procédés de formation : les méthodes chimiques, mécaniques et physico-

1.2.1. Les techniques chimiques

1.2.2. Une technique mécanique

1.2.3. Les techniques physico-chimiques

1.2.3.1. Hydratation et nanoprécipitation

1.2.3.2.

1.2.3.3. La coacervation

1.2.3.4. -évaporation 23

1.3. Le contrôle de la morphologie : un défi à relever

1.3.1. Le système 1

1.3.2. Le système 2

1.3.3. Le système 3 : la capsule qui se fige

2. te de la théranostique du cancer4

2.1.

2.1.1.

2.1.2.

2.2. Pour imager et traiter

Targeted nanotheranostics for personalized cancer therapy 3. 55 3.1.

3.2. Le système vecteur

3.3. Comment intégrer la thérapie au système58

3.4. Le modèle biologique

Sommaire

4

Travaux expérimentaux

Chapitre 1

Magnétique du Fluor

Long-circulating perfluorooctyl bromide nanocapsules for tumor imaging by 19F-MRI77

1. Introduction

2. Materials and methods82

2.1. Materials

2.2. Sample Preparation

2.3. Size and Zeta potential

2.4. Transmission Electron Microscopy

2.5. Scanning Electron Microscopy

2.6. Determination of PFOB encapsulation efficacy by 19F NMR

2.7. Sodium cholate determination by spectrophotometry84

2.8. Stability of nanocapsules over time

2.9. X-ray Photoelectron Spectroscopy

2.10. Complement Activation

2.11. 19F MRI86

2.11.1. In vivo accumulation study

2.11.2. In vivo tumor imaging

3. Results and discussion

3.1. Formulation process

3.2. Morphology

3.3. Nanocapsule purification

3.4. Stability

3.5. Nanocapsule PEGylation

3.6. Evaluation of complement activation

3.7. In vivo 19F Magnetic Resonance Imaging

3.7.1. Kinetic study

3.7.2. In vivo tumor imaging

4. Conclusion

Sommaire

5

Chapitre 2 :

ultrasonore Formulation optimization of PEGylated nanocapsules of perfluorooctyl bromide used as ultrasound contrast agents: impact on their acoustic response105

1. Introduction

2. Materials and methods

2.1. Materials

2.2. Sample preparation

2.3. Compressibility measurements

2.3.1. Volumetric measurements

2.3.2. Ultrasound velocity measurements

2.4. Size and Zeta potential

2.5. Transmission Electron Microscopy

2.6. Cyo-Transmission Electron Microscopy

2.7. Determination of PFOB encapsulation efficacy by 19F NMR spectroscopy

2.8. Small Angle Neutrons Scattering

2.8.1.1. SANS data collection

2.8.1.2. SANS data modelling

2.9. Acoustic characterization at high frequency

2.10. In vivo ultrasound imaging

3. Results and discussion

4. Conclusion

ciblage spécifique de la tumeur

Chapitre 3A

1. Encapsulati : le paclitaxel

2. : le 5-Fluorouracil

Sommaire

6

Chapitre 3B 38

Top-down versus bottom-up RGD-decoration of PEGylated nanocapsules, containing a fluorinated core, for v3 integrin targeting138

1. Introduction

2. Materials and methods

2.1. Materials

2.2. Synthesis of PLA-b-PEG-RGD3

2.3. Characterization of PLA-b-PEG-RGD4

2.4. Differential Scanning Calorimetry experiments

2.5. Nanocapsule Preparation

2.6. Functionalization on preformed nanocapsules of PLA-b-PEG-COOH145

2.7. RGD coupling efficiency on preformed nanocapsules by 1H NMR spectroscopy6

2.8. Size and Zeta potential

2.9. CryoTEM

2.10. Determination of PFOB encapsulation efficacy by 19F NMR spectroscopy147

2.11. Binding test with radiolabelled echistatin7

3. Results and discussion

4. Conclusion

Discussion générale

Conclusion générale

Abréviations

7

5-FU 5-Fluorouracil

ADN Acide Désoxyribonucléique

ADV Acoustic Droplet Vaporization

BSA Bovine Serum Albumine

CAF

CEST Chemical Exchange Saturation Transfer

Cryo-MET Microscopie Electronique à Transmission après Cryo-fixation

CS (SC) Cholate de Sodium

DC Cellules Dendritiques

DDL (DLS) Diffusion Dynamique de la Lumière

DMF Diméthylformamide

DMSO Diméthylsulfoxide

Dox Doxorubicine

DSC Calorimétrie Différentielle à Balayage DTPA Acide Diéthylène Triamine Penta acétique EDC N-Ethyl-N-(3-diméthyl aminopropyl)carbodiimide EPR Effet de Perméation et de Rétention accrue

FDA Food and Drug Administration

HD Hexadécane

HIFU High Intensity Focused Ultrasound

HPLC Chromatographie Liquide Haute Performance

HUVEC mbilical

i.p. Intrapéritonéal i.v. Intraveineuse

IC50 Concentration Inhibitrice 50%

IRM Imagerie par Résonance Magnétique

MEB (SEM) Microscopie Electronique à Balayage

MET Microscopie Electronique à Transmission

MFH Magnetic Fluid Hyperthermia

MPS Système des Phagocytes Mononucléés

MSE Multi Echo de Spin

NC Nanocapsule

NHS N-Hydroxysulfosuccinimide sodique

NP Nanoparticule

PAGE Poly(acrylamide) Gel Electrophoresis

PB-b-POE Poly(butadiène)-b-Poly(

PBS Tampon Phosphate Salin

Abréviations

8

PCL Poly(-caprolactone)

PDI Indice de Polydispersité

PDMS Poly(diméthylsiloxane)

PEG-b-PMCL Poly(éthylène glycol)-b--caprolactone de -méthyle)

PEI Poly(éthylène imine)

PFC Perfluorocarbone

PFCE Ether de perfluorocouronne

PFH Perfluorohexane

PFOB Bromure de Perfluorooctyl

PFP Perfluoropentane

PHDCA-PEG Poly(éthylène glycol)-co-Poly(hexadecyl cyanoacrylate)

PLA Poly(acide lactique)

PLA-b-PEG Poly(acide lactique)-b- Poly(éthylène glycol) PLA-b-PMPC Poly(acide lactique)-b-Poly(phosphorylcholine de 2-méthacryloyl oxyéthyle)

PLGA Poly(acide lactique-co-glycolique)

PLGA-b-PEG Poly(acide lactique-co-glycolique)-b-Poly(éthylène glycol)

PLLA Poly(L-acide lactique)

PMMA Poly(métacrylate de méthyle)

POE-b-PBD -b-polybutadiène)

POE-POP-POE -b-Poly(oxide de propylène)-b-)

PS-b-PB Poly(styrène)-b-Poly(butadiène)

PS-b-POE Poly(styrène)-b-Poly(

PVA Alcool polyvinylique

PVDF Poly(fluorure de vinylidène)

RES Système Réticulo-Endothélial

RGD Arginine-Glycine-Acide aspartique

SANS Diffusion des neutrons aux petits angles

SDS Laurylsulfate de sodium

SEC

SNR Signal to Noise Ratio

SPIO Oxyde de fer superparamagnétique

TEA Triéthylamine

TFA Acide Trifluoroacétique

THF Tétrahydrofurane

UCA Agents de contraste ultrasonores

US Ultrasons

XPS Spectrophotométrie des rayons X

Introduction générale

Introduction générale

10

augmentation du taux de mortalité par cancer, qui pourrait y devenir la première cause de décès.

Depuis magic bullet » par Paul Ehrlich au début du 20ème siècle, de

nouvelles stratégies ciblées ont été développées pour détecter et combattre la maladie au stade le

plus précoce. Plusieurs générations de vecteurs naturels ou synthétiques, qui encapsulent des

molécules thérapeutiques et/ou de contraste se sont succédées pour atteindre de façon toujours

plus spécifique la tumeur. La miniaturisation de ces systèmes et la multiplication de leurs capacités

sont les préoccupations du 21

ème

ont été conçus. En franchissant les barrières : anatomiques (endothélium, membranes cellulaires),

physiologiques (foie, reins), chimiques (solubilité, stabilité) et cliniques (efficacité, toxicité)

rencontrées lors de leur administration par voie intraveineuse, les systèmes nanothéranostiques

du cancer pourrait alors voir le jour. Au is-Sud, des agents de contraste de taille nanométrique avaient été ur liquide fluoré. La preuve de concept in vitro magerie par Résonance

Magnétique du Fluor (IRM du

19F) avait été apportée. Néanmoins, lorsque les nanocapsules étaient

administrées in vivo par voie intraveineuse, aucune augmentation significative du contraste de la

19F. La quantité accumulée dans

e plus, le tif de ce travail de thèse est de faire

évoluer la structure des nanocapsules de PFOB existantes pour tendre progressivement vers un

magerie, par échographie et IRM du Fluor, des tumeurs solides.quotesdbs_dbs4.pdfusesText_7

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