New chimeric inhibitors targeting the epidermal growth factor (EGFR) and histone deacetylases (HDACs) were synthesized and tested for antineoplastic efficiency in solid cancer (prostate and hepatocellular carcinoma) and leukemia/lymphoma cell models. The most promising compounds, 3BrQuin-SAHA and 3ClQuin-SAHA, showed strong inhibition of tumor cell growth at one-digit micromolar concentrations with IC50 values similar to or lower than those of clinically established reference compounds SAHA and gefitinib. Target-specific EGFR and HDAC inhibition was demonstrated in cell-free kinase assays andWestern blot analyses, while unspecific cytotoxic effects could not be observed in LDH release measurements. Proapoptotic formation of reactive oxygen species and caspase-3 activity induction in PCa and HCC cell lines DU145 and Hep-G2 seem to be further aspects of the modes of action. Antiangiogenic potency was recognized after applying the chimeric inhibitors on strongly vascularized chorioallantoic membranes of fertilized chicken eggs (CAM assay). The novel combination of two drug pharmacophores against the EGFR and HDACs in one single molecule was shown to have pronounced antineoplastic effects on tumor growth in both solid and leukemia/lymphoma cell models. The promising results merit further investigations to further decipher the underlying modes of action of the novel chimeric inhibitors and their suitability for new clinical approaches in tumor treatment.

Depuis le début des années 2000, les traitements anticancéreux oraux (TAO) sont en développement croissant, notamment dans le cancer du sein. Ils permettent aux patients la prise de comprimés par voie orale à domicile améliorant la qualité de vie. On estime que 10 à 34% des tumeurs du sein sur-expriment la protéine HER2 (HER2+) qui augmente le risque de métastases. Deux thérapies ciblées anti-HER2 sont actuellement disponibles : le trastuzumab, anticorps monoclonal administré par voie intraveineuse et le lapatinib, inhibiteur de tyrosine kinase administré par voie orale. D’après les recommandations de l’Agence Nationale d’Accréditation et d’Evaluation en Santé (ANAES, 2003), les TAO devraient être privilégiées par rapport aux formes intraveineuses prises à l’hôpital lorsque leur efficacité est équivalente. Dans la pratique courante des oncologues, les TAO semblent néanmoins sous-utilisées dans certains cas. En plus des freins médicaux connus (adhésion thérapeutique, gestion des effets indésirables), les TAO induisent une consommation de ressources hopitalières supplémentaires qui n’est pas valorisée dans le modèle de tarification à l’activité (T2A) des établissements hospitaliers, lequel repose sur la nature et la quantité d’activité médicale réalisée. Nous supposons que le modèle de T2A représente un frein économique à l’utilisation des TAO entrainant une disparité d’accès entre les traitements anticancéreux oraux et intraveineux. L’objectif de ce travail de thèse était donc de déterminer le rôle de la T2A dans l’accès des patients aux TAO au moyen d’une évaluation médico- économique de l’impact économique et organisationnel des TAO sur le système de soins. Une revue de littérature a permis de mettre en évidence le rôle du mode de financement des soins sur l’accès aux TAO en France et aux Etats-Unis. L’analyse des bases de données nationales hospitalières du Programme Médicalisé des Systèmes d’Information (PMSI) a permis de quantifier l’enjeu économique de la chimiothérapie pour les établissements de soins et qui représente la deuxième activité des hôpitaux en volume après l’hémodialyse. Le bénéfice lié aux séances de chimiothérapie a ainsi été estimé à 108 millions d’Euros en 2010 pour l’ensemble des établissements publics et privés en France. L’analyse a également permis de simuler le transfert d’allocation de ressources de l’hôpital vers les soins de ville induit par la substitution des séances de chimiothérapie par l’utilisation des TAO. Un modèle comparant le coût du traitement intraveineux (trastuzumab) aux TAO (lapatinib et capécitabine) dans le cancer du sein métastatique HER2+ a confirmé des coûts moindres pour les TAO (17 165€ versus 36 077€ par an et par patient) liés à une économie sur les transports médicalisés mais surtout sur les consommations hospitalières et ce, malgré un coût d’acquisition plus élevé des TAO. Malgré cet impact budgétaire négatif pour les hôpitaux, une étude de préférences (Méthode des Choix Discrets) conduite auprès d’un échantillon de 203 médecins hospitaliers et libéraux a montré que l’efficacité d’un traitement anticancéreux restait le déterminant principal de la décision thérapeutique (β=2,214, p<0,0001). L’étude a toutefois révélé que, aux stades avancés du cancer, la voie d’administration et son coût étaient également associés au choix du traitement (β=0,612, p=0,035 ;β=0,506, p<0,0001). Les résultats montrent donc que le modèle de financement de l’activité hospitalière influence le choix des modalités de traitement même si les critères d’ordre médicaux et environnementaux du patient demeurent des déterminants essentiels dans le choix du recours aux TAO (profil clinique du patient, adhésion thérapeutique, préférences du patient, environnement familial et socio-économique, conditions d’accès à l’offre de soins) / Since the early 2000’s, oral anticancer drugs (OADs) are increasingly available especially for the treatment of breast cancer. This route of chemotherapy administration allows patients to take oral tablets at home improving their quality-of-life. We estimate that 10 to 34% of breast tumors over-express the HER2 protein (HER2+) that increases the risk of developing metastasis. Two anti-HER2 targeted therapies are currently available: trastuzumab, a monoclonal antibody administered intravenously and lapatinib, a tyrosine kinase inhibitor administered orally. According to the recommendations of the National Agency for Accreditation and Evaluation in Health (ANAES, 2003), OADs should be administered when their efficacy is equivalent to the one of intravenous forms taken at hospital. In the current practice of oncologists, OADs seem to be underused in some cases. The medical brakes to the use of OADs (i.e. adherence, management of side effects) are well known. Nonetheless, OADs induce additional hospital healthcare resources which are not taken into account in the hospital payment system that is based on the nature and the quantity of medical activities performed (i.e. per-case payment system (PPS)). We assume that the current model of PPS represents an economic barrier to the use of OADs and which induces a disparity of access between oral and intravenous cancer treatments. The objective of this thesis was to determine the role of the PPS on the patient access to OADs based on a medico-economic evaluation of the economical and organizational impacts of OADs on the health care system. A literature review has highlighted the role of the funding of care on the access to OADs in the French and US healthcare systems. From an analysis of the national hospital database (PMSI database), we have quantified the economic implications of chemotherapy administration that is the second hospital activity in volume after hemodialysis. Earnings associated with chemotherapy sessions have been estimated at 108 million Euros in 2010 for all private and public institutions in France. This analysis also allowed us to simulate the transfer of resources allocation from hospital to community setting induced by the substitution of chemotherapy sessions by the use of OADs. A model comparing the cost of intravenous anticancer drug (trastuzumab) to OADs (lapatinib and capecitabine) in the treatment of HER2+ metastatic breast cancer confirmed the lower costs for OADs (€ 17,165 versus € 36,077 per year per patient). The higher acquisition cost of OADs was offset by the cost savings in terms of medical transportation and hospital resources. Despite this negative budget impact for hospitals, a preference study (Discrete Choice Experiment) conducted among 203 physicians showed that the efficacy of cancer treatment remained the main determinant of the therapeutic decision (β=2.214, p<0.0001). The study has also revealed that, in the advanced stages of cancer, the route of administration and its associated cost was also associated with the treatment choice (β=0.612, p= 0.035; =β0.506, p<0.0001). Overall, the results show that the hospital payment system influences the choice of treatment modalities. Nonetheless, medical criterions related to the patient remain essential in the choice of using OADs (clinical profile of the patient, adherence, patient preferences, familial and socio-economic environment, and conditions of access to health care)

Les thérapies anticancéreuses ont apporté un gain largement reconnu en matière de réduction de la charge tumorale, de survie des patients et d’amélioration de leur qualité de vie, dans un certain nombre de cancers. Hélas, ces thérapies exercent un effet immunosuppresseur en détruisant les effecteurs ou en bloquant l’activité de certains facteurs biologiques impliqués dans le recrutement des acteurs du système immunitaire. D’autre part, plusieurs travaux ont permis de démontrer que ces traitements pouvaient avoir un effet contraire en générant ou en favorisant l’induction d’une réponse immunitaire anti-tumorale, soit par effet direct sur le recrutement et l’activation des effecteurs de l’immunité, soit en potentialisant les interactions cellulaires par des mécanismes biologiques. Ces derniers faisant intervenir les cytokines, la stimulation des TLR, l’augmentation des interactions entre cellules du SI; ce qui permet de passer d’une anergie immunologique vers un véritable système d’éradication des cellules cancéreuses.Dans notre laboratoire, nous avons essayé d’évaluer l’implication du système immunitaire dans la réponse thérapeutique induite par des agents cytotoxiques conventionnels. Ici, nous décrivons les effets d’un inhibiteur de cyclines kinases multi-cibles « CDKi PHA-793 887 » testé dans un essai de phase I mené sur deux sites en Europe. C’est le constat inattendu que 6 des 15 patients, traités par ce médicament (PHA-793887) ont développé de graves infections bactériennes et virales et que 6 d’entre eux ont présenté la réactivation du virus de l’herpès qui nous a conduit à étudier ces effets sur le système immunitaire et en particulier sur le dialogue entre cellules dendritiques (CD) et cellules natural killer (NK). Ce travail met en évidence que ce médicament inhibe le signalling des récepteurs toll-like (TLR) réduisant par conséquent l’interaction CD/NK in vitro. Enfin la stimulation des cellules des patients sous traitement démontre une réduction importante de ce signalling ex-vivo. Ainsi, cet effet immunosuppresseur inattendu a permis une réactivation virale chez 40% des patients. La deuxième partie de ce travail, concerne les effets du cyclophosphamide (CTX) utilisé à faible dose. L’injection d'une faible dose chez la souris ou d’un dosage métronomique chez l'homme, promeut la différenciation des cellules lymphocytaires vers Th17 (sécrétant de l’interleukine-17 (IL-17)) et Th1 (sécrétant de l’interféron-γ (IFN)). Ceux-ci ont été retrouvés dans le sang et dans des ascites carcinomateuses de patients. Ainsi, le CTX pourrait participer à la génération de réponses anti-tumorale via la différenciation Th 17 comme cela fut suggéré par de récentes études précliniques montrant l’existence d’une corrélation étroite entre le taux des lymphocytes Th17 infiltrant la tumeur et la destruction tumorale. / Cancer therapies have made a gain widespread recognition in the reduction of tumor burden, patient survival and improved quality of life in a number of cancers. Unfortunately, these therapies exert an immunosuppressive effect by killing effectors or blocking the activity of certain biological factors involved in recruiting of the immune system. On the other hand, several studies have shown that these treatments could have the opposite effect by generating or promoting the induction of antitumor immune response, either by direct effect on the recruitment and activation of effectors immunity, either by potentiating cellular interactions by biological mechanisms. The latter involving cytokines, TLR stimulation, increased interactions between cells of the IS; which toggles between immunological anergy to a real system to eradicate cancer cells. In our laboratory, we tried to evaluate the involvement of the immune system in the therapeutic response induced by conventional cytotoxic agents. Here, we describe the effects of an inhibitor of cyclin kinases multi-target "CDKIs PHA-793887" tested in a phase I trial conducted at two sites in Europe. This unexpected finding is that 6 of 15 patients treated with this drug (PHA-793887) developed severe bacterial and viral infections and six of them showed reactivation of the herpes virus that has led us to study these effects on the immune system and in particular on the dialogue between dendritic (DCs) and natural killer (NK) cells. This work shows that this drug inhibits the signaling of toll-like receptor (TLR) thereby reducing the interaction DC / NK in vitro. Finally, stimulation of the cells of treated patients demonstrated a significant reduction of this signaling ex vivo. Thus, this immunosuppressive effect has an unexpected viral reactivation in 40% of patients. The second part of this work concerns the effects of metronomic dose of cyclophosphamide (CTX). The injection of a low dose in mice or metronomic dosing in humans, markedly promotes the differentiation of CD4+ T helper 17 (Th17) cells that can be recovered in both blood and tumor beds. However, CTX does not convert regulatory T cells into Th17 cells and promotes cell differentiation into Th17 lymphocytes (secreting interleukin-17 (IL-17)) and Th1 (secreting interferon-γ (IFN)). These were found in blood and in ascites carcinoma patients. Thus, CTX may participate in the generation of antitumor responses through Th 17 differentiation as was suggested by recent preclinical studies showing the existence of a correlation between the rate of Th17 lymphocytes infiltrating the tumor and tumor destruction.

The thesis “Ancillary Ligand Effects on the Anticancer Activity of Ruthenium (II) Piano Stool Complexes” is an effort to design better antitumor metallodrugs based on ruthenium(II) complexes with various H-bond donor/acceptor ligands and to understand their mechanism of action. Chapter 1 presents a brief review of metallodrugs and their mechanism of action. Different classes of metallodrugs are discussed. A short discussion on ruthenium based anticancer drugs and their established mechanism of action is also included in this chapter. Chapter 2 deals with the synthesis, characterization and anticancer activity of Ru(II) complexes with P(III) and P(V) ligands. The effect of a strong hydrogen bond acceptor on the cytotoxicity of the complexes has been investigated which allows comparison of complexes with ligands possessing a strong hydrogen bond donor or hydrogen bond acceptor. Partial oxidation of the tertiary phosphine ligands leads to a decrease in cytotoxicity of the ligand, while coordination to ruthenium resulted in a significant increase in the cytotoxicity. A molecular mechanism of action for these complexes was suggested on the basis of various biophysical studies. These complexes bind DNA through non-intercalative interactions which lead to the destabilization of the double helix of the DNA and also unwinding of the negatively supercoiled DNA. Results show that the presence of a hydrogen bond acceptor on the ligand is not capable of enhancing interactions with DNA in comparison with hydrogen bond donor groups. Cellular studies of these complexes showed that inhibition of DNA synthesis and apoptosis occur on treatment with these complexes. Interestingly, these complexes are found to be not only cytotoxic but also antimetastatic. Chapter 3 deals with the synthesis, characterization and anticancer activity of Ru(II) complexes with biologically active S containing heterocyclic ligands and their mechanistic study. Complexation of ruthenium with mercaptobenzothiazole (MBT) gave the most cytotoxic complex (H3) in the series. Heterocyclic Ru(II) complexes behave differently as evidenced by cellular and biophysical studies. Unlike phosphine complexes, H3 shows biphasic melting of DNA at higher concentrations which suggests two different types of interaction with DNA. Chapter 4 deals with synthesis and characterization of water soluble multiruthenated hydrophilic ruthenium(II) complexes with urotropine. An increase in cytotoxicity and binding affinity has been observed with increase in the number of ruthenium atoms per molecule. The complex with three ruthenium atoms showed the best activity. However cytotoxicity of the complexes decreases with decrease in the lipophilicity of the complexes. Chapter 5 describes studies on the interaction of Ru complexes with water, ss-DNA, AMP, GMP and GSH by various spectroscopic techniques. Hydrolysis of Ru-Cl bond in the complexes correlates with the cytotoxicity. Chapter 6 reports the summary of the observations of the thesis and the future prospects of metallodrugs.

Τα ινδολοκαρβαζόλια είναι αλκαλοειδή και παρουσιάζουν ενα ευρύ φάσμα βιολογικών ιδιοτήτων, όπως αντιβακτηριακές, αντιμυκησιακές, αντιικές, υποτασικές, νευροπροστατευτικές ιδιότητες. Όμως η σημαντικότερη δράση τους είναι η αντικαρκινική. Η εργασία αυτή είναι ένα review των συνθετικών μεθόδων και των βιολογικών ιδιοτήτων των ινδολοκαρβαζολίων. Επίσης σχολιάζονται η βιοσύνθεσή τους, παράγωγες ενώσεις των ινδολοκαρβαζολίων αλλά και υποψήφια φάρμακα με δομή ινδοκαρβαζολίου. / Indolocarbazoles are alkaloids which display a wide range of biological properties including antibacterial, antifungal, hypotensive and neuroprotective properties. Their greatest interest is their antitumour properties. This is a review of the synthetic methods and biological properties of indolocarbazoles. Τheir biosynthesis, their derivatives and possible drugs are also included.

En aquesta tesi s'han estudiat les propietats antitumorals d'una variant de la ribonucleasa pancreàtica humana anomenada PE5 que incorpora un senyal de localització nuclear. Aquest estudi mostra que PE5 indueix l'apoptosi de les cèl·lules tractades i que aquesta mort és independent de l'activitat de p53. A més, l'efecte citotòxic no es veu afectat per un fenotip de resistència a múltiples drogues. Les dades també mostren que l'activitat citotòxica de PE5 és selectiva per a cèl·lules tumorals in vitro i que la capacitat citotòxica de les dues ribonucleases és semblant. S'ha estudiat l'efecte d'aquestes dues ribonucleases sobre el cicle cel·lular, l'activació de diferents caspases i l'expressió de proteïnes relacionades amb l'apoptosi i el cicle cel·lular. Els resultats indiquen que PE5 i l'onconasa maten les cèl·lules a través de mecanismes diferents. A més, PE5 però no l'onconasa, redueix l'acumulació de glicoproteïna-P en dues línies cel·lulars resistents a múltiples drogues. / In this thesis the antitumor properties of PE5, a variant of human pancreatic ribonuclease carrying a nuclear localization signal, have been investigated. This study shows that the cytotoxicity of PE5 is produced through apoptosis and that this ribonuclease does not require the activity of p53 to trigger the cell death. In addition, the cytotoxic effect is not prevented by a multiple drug resistance phenotype. The data also show that in vitro PE5 is selective for tumor cells and that PE5 and onconase induce cell death to the same extent. Effects of both ribonucleases on the cell cycle, on the activation of different caspases and on the expression of different apoptosis- and cell cycle-related proteins have been investigated. The results show that PE5 and onconase kill the cells through mechanisms with significant differences. In addition, PE5 but not onconase, reduces the accumulation of P-glycoprotein in two different multidrug-resistant cell lines.

L’administration par voie orale des médicaments reste encore de nos jours la voie royale de la prise des médicaments car moins onéreuse et plus adaptée au confort du patient. Mais cette voie reste toujours inaccessible pour certains médicaments comme les médicaments biologiques et les bio similaires voir certains anticancéreux et antirétroviraux.Le but de ce travail est d’améliorer la biodisponibilité par voie orale des médicaments à faible biodisponibilité par la mise au point d’un promoteur d’absorption. Pour y arriver nous avons adopté comme stratégie de développer un promoteur qui agit à la fois sur le passage passif et sur le passage actif des médicaments. Les études in vitro ont été réalisées en chambre de perméation d’Ussing adaptées par la société Biomécatronics SAS (BéthuneFrance). Dans la première partie de ce travail (Brevet), nous avons montré que l’utilisation d’une composition pharmaceutique et/ou diététique comprenant un extrait de plante(Hibiscus sabdariffa) pouvait augmenter la biodisponibilité in vitro des médicaments et des xénobiotiques qui passent par la voie paracellulaire comme le cisplatine (21 fois),l’oxaliplatine (11fois), la fluorescéine isothiocyanate-Dextran 4000 (3 fois), mais également les médicaments connus pour leur transport actif par la voie transcellulaire comme l’Efavirenz (7 fois) et l’Atazanavir (4 fois). Dans la seconde partie de ce travail, nous avons cherché à vérifier si notre promoteur d’absorption des médicaments a un effet sur la couche de mucus intestinale.Cette couche peut être un facteur limitant de passage des médicaments au travers de la barrière intestinale.Dans un premier temps (article 1), nous avons induit l’augmentation de la couche mucus au niveau du colon de rat après un prétraitement pendant une semaine avec le métronidazole. Puis nous avions confirmé (article 2) que l’administration par voie orale de deux antibiotiques le Cotrimoxazole (CTX) et le métronidazole (MTZ) pendant une semaine augmente la couche de mucus au niveau du côlon ; aussi nous avons montré qu’il existe une relation entre l’augmentation de la couche de mucus et la diminution de la conductance qui est l’index de transport passif des ions, des électrolytes et de certaines molécules à faibles poids moléculaires.De plus l’augmentation de la couche de mucus au niveau de l’intestin est responsable de la diminution du passage transépithélial des deux antirétroviraux dont l’utilisation est recommandée en première ligne par l’OMS (le.Ritonavir et l’Atazanavir) surles sujets porteurs du VIH (virus de l’immunodéficience humain). Après les traitements auMTZ et au CTX la sécrétion de l’Atazanavir augmente respectivement dans le côlon proximal de 2 et 4 fois et dans le côlon distal de 3 et 5 fois. On obtient également une sécrétion du Ritonavir de 5 et 10 fois dans le proximal et de 2 et 5 fois plus dans le distal.Le travail se poursuit par l’étude de l’effet de notre promoteur d’absorption des médicaments sur la couche de mucus intestinal.En conclusion, ce travail montre que l’on peut augmenter la biodisponibilité in vitroen utilisant les promoteurs de l’absorption des xénobiotiques qui agissent à la fois au niveau du transport passif et actif. / Oral dosing is still seen as the silver bullet of drug administration, as it is cheaper andbetter adapted to patient comfort. However, oral route is still inaccessible to many drugssuch as biologics and biosimilars respectively certain anticancer drugs and antiretrovirals(ARV).The aim of this present study was to find new drugs enhancers that improve the oralbioavailability of drugs and xenobiotics. All the studies were realized in vitro using Ussingchambers technic. To achieve the set objective we used the strategy to develop drugenhancer which can modulate at the same time transcellular and paracellular pathways.In the first part of this study (patent) we have shown that the use of a pharmaceutical and /or a dietetic formulation containing a plant extract (Hibiscus sabdariffa) could increase thebioavailability in vitro in rats not only of cisplatin (21 fold), oxaliplatin (11 fold) andFluorescein Isothiocyanate-Dextran 4000 (FD4, 3 fold). All that drugs were transportedthrough intestinal barrier using paracellular pathway. In addition the study showed thatthis formulated enhancer can increased the bioavailability of Efavirenz (7 fold) andAtazanavir (4 fold) which are active transported.In order to assess the effect of new drugs enhancer on mucus thickness that limits thetransport of xenobiotic through intestinal barrier, we decide to evaluate his effect on passiveand active transport of drugs.In the second part of this study we have shown that after a week of pre-treatment of ratswith Metronidazole (MTZ, publication 1) and Cotrimoxazole (CTX, publication 2), the twomost commonly used antibiotics in the prophylaxis against opportunistic infections in HIV /AIDS, both increase colonic mucus thickness that affect directly passive intestinalpermeability by reducing conductance an index of passive transport through intestinalepithelium. In addition those antibiotics also entail a change in the transepithelialconductance and ARV fluxes. After MTZ and CTX treatment the secretion of Atazanavir(ATZ) increases respectively in the proximal colon by 2 to 4 fold and in the distal colon by 3to 5 fold respectively. Ritonavir (RTV) is poorly absorbed in control, after a week of pretreatmentwith MTZ and CTX one rather notices a secretion of RTV 5 to 10 fold higher in theproximal and 2 to 5 fold higher in the distal colon. The next study will be conducted toevaluate the effect of new drugs enhancer on mucus thickness layer.In conclusion, oral bioavailability of drugs and xenobiotics can be enhanced bypharmaceutical composition that contains herbal extract which increase passive and activetransport of drugs through intestinal barrier.

Les complexes métalliques des carbènes N-hétérocycliques (NHC) présentent un grand potentiel comme anticancéreux. En particulier, des études in vitro ont confirmés une cytotoxicité supérieure au cisplatine. Dans ce travail, nous avons introduit de la diversité moléculaire à de nouveaux complexes NHC-Pt par coordination de différents ligands NHC. Une deuxième stratégie, la post-fonctionnalisation de complexes de Pt a été étudié par : a) formation d’oxime, notamment avec une urée ciblant le PSMA, b) échange de ligand avec des polyamines hydrosolubles (PEI) ou des pnictogènes (phosphines, arsines, stibines), c) échange d’halogène avec des isotopes de l’iode. Les propriétés cytotoxiques de ces composés ont été évaluées in vitro. In vivo (souris), un complexe PEI-Pt montre une inhibition tumorale similaire à l’oxaliplatine. Néanmoins, aucun effet secondaire n’a été détecté contrairement à l’oxaliplatine (hématomes). Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans le domaine des anticancéreux sur la base de platine. / Metal N-Heterocyclic Carbene (NHC) complexes are of great potential for cancer therapy. In particular, in vitro studies confirmed their significantly higher cytotoxicity than cisplatin. In this work, we introduced molecular diversity on new NHC-Pt complexes by coordination of various NHC precursors to platinum. As a second strategy, post-synthetic functionalization of Pt complexes has been fully investigated by: a) oxime formation, e.g. with a PSMA targeting urea derivative, b) ligand exchange reaction with hydrosoluble polyamines (PEI) and pnictogen-based ligands (phosphines, arsines, stibines), c) halogen exchange with iodide isotopesCytotoxic properties of these new compounds were evaluated in vitro. Best candidate was selected for in vivo evaluation on mice model showing for PEI-Pt similar tumour inhibition as oxaliplatin. Besides, no “visual” side effects were detected in contrast to oxaliplatin (hematomas). These outstanding results opened up new perspectives in the field of platinum-based drugs.

Targeting the anticancer agents selectively to cancer cells is desirable to improve the efficacy and to reduce the side effects of anticancer therapy. Previously reported passive tumor targeting by PEGylated liposomes (stealth liposomes) have resulted in their higher tumor accumulation. However their interaction with cancer cells has been minimal due to the steric hindrance of the PEG coating. This dissertation reports two approaches to enhance the interaction of stealth liposomes with cancer cells. First, we designed a lipid-hydrazone-PEG conjugate that removes the PEG coating at acidic pH as in the tumor interstitium. However, such a conjugate was highly unstable on shelf. Targeting the anticancer agents selectively to cancer cells is desirable to improve the efficacy and to reduce the side effects of anticancer therapy. Previously reported passive tumor targeting by PEGylated liposomes (stealth liposomes) have resulted in their higher tumor accumulation. However their interaction with cancer cells has been minimal due to the steric hindrance of the PEG coating. This dissertation reports two approaches to enhance the interaction of stealth liposomes with cancer cells. First, we designed a lipid-hydrazone-PEG conjugate that removes the PEG coating at acidic pH as in the tumor interstitium. However, such a conjugate was highly unstable on shelf. Second we developed lipids with imidazole headgroups. Such lipids can protonate to provide positive charges on liposome surface at lowered pH. Additionally, negatively charged PEGylated phospholipids can cluster with the protonated imidazole lipids to display excess positive charges on the surface of the liposomes, thus enhancing their interaction with negatively charged cancer cells. We prepared convertible liposome formulations I, II and III consisting of one of the three imidazole-based lipids DHI, DHMI and DHDMI with estimated pKa values of 5.53, 6.2 and 6.75, respectively. Zeta potential measurement confirmed the increase of positive surface charge of such liposomes at lowered pHs. DSC studies showed that at pH 6.0 formulation I formed two lipid phases, whereas the control liposome IV remained a one-phase system at pHs 7.4 and 6.0. The interaction of such convertible liposomes with negatively charged model liposomes mimicking biomembranes at lowered pH was substantiated by 3-4 times increase in average sizes of the mixture of the convertible liposomes and the model liposomes at pH 6.0 compared to pH 7.4. The doxorubicin-loaded convertible liposomes show increased cytotoxicity in B16F10 (murine melanoma) and Hela cells at pH 6.0 as compared to pH 7.4. Liposome III shows the highest cell kill at pH 6.0 for both the cells. The control formulation IV showed no difference in cytotoxicity at pH 7.4 and 6.0. Uptake of convertible liposome II by B16F10 cells increased by 57 % as the pH was lowered from 7.4 to 6.0.

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®. / Many highly potent anticancer drugs are characterized by poor aqueous solubility and can impart significant systemic toxicity. This toxicity can be attributed in part to the solubilisation of these anticancer agents with low molecular weight surfactants that are known to cause serious biological side effects on their own. Moreover, following their intravenous (IV) injection, the anticancer agents distribute throughout the body, causing deleterious effects in healthy organs and tissues. Colloidal polymeric drug carriers have been investigated as a means to circumvent these drawbacks. First, polymeric materials can be tailored to meet specific requirements in terms of biocompatibility, biodegradability and affinity for the cargo molecule. Second, associating a drug to a carrier system can drastically alter its distribution throughout the body, enhancing its deposition at the target site, e.g. the tumour, while sparing healthy tissues, thus minimizing systemic toxicity. Previous work in our group has led to the design of block copolymer micelles based on poly(N-vinyl-pyrrolidone)-block-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) that were shown to solubilise hydrophobic anticancer agents such as paclitaxel (PTX). PTX is commercially available as Taxol®, a Cremophor EL (CrEL)-based formulation. CrEL is a low molecular weight surfactant that has been linked to severe side effects including life-threatening hypersensitivity reactions. Although PTX-loaded PVP-b-PDLLA micelles have demonstrated much improved tolerability compared to Taxol®, they did not increase PTX tumoral concentrations and exhibited anticancer efficacy similar to Taxol® at equivalent dosage. This was attributed to rapid destabilisation of the micelles and release of their cargo following IV administration. We chose to pursue our work with a colloidal drug carrier that exhibits greater stability compared to block copolymer micelles, i.e. polymeric nanoparticles. The main objective of this project was to develop polymeric nanoparticles for the parenteral delivery of hydrophobic anticancer drugs. The nanoparticles had to meet certain requirements such as be able to encapsulate hydrophobic anticancer drugs and release them in a controlled fashion over several days. Furthermore, the nanoparticles should confer prolonged plasma residence times to the encapsulated drug and favour its passive accumulation at its intended site of action, i.e. the tumour. The first part of this work focussed on applying PVP-b-PDLLA for the first time as polymeric emulsifier for the preparation of PDLLA nanoparticles with appropriate mean diameters (250 nm) using an oil-in-water emulsion method. Two hydrophobic anticancer drugs, PTX and etoposide (ETO), were successfully incorporated into the nanoparticles. A salting-out method was applied to enhance the loading efficiency of ETO, which was initially low given its slightly higher aqueous solubility compared to PTX. Both drugs were released in a controlled fashion from the PDLLA nanoparticles in vitro. Because of the lyoprotective effect of PVP, the polymer corona allowed for the particles to be easily redispersed in aqueous media following lyophilisation. The second part of the thesis aimed at evaluating whether the PVP coating could confer “stealth” properties to the PDLLA nanoparticles. Our study provided direct comparison between PVP and PEG, the most widely employed surface agent in drug delivery. In vitro protein adsorption and phagocytosis studies corroborated the in vivo findings, which showed that PVP-coated nanoparticles were rapidly cleared from circulation following their uptake by the mononuclear phagocyte system. Hence, our results indicated that PVP as coating materiel is not as efficient as PEG in conferring “stealth” properties to polymeric nanoparticles. Consequently, in the last section of this thesis, PEG was selected as coating agent while various biodegradable polymers were investigated as core-forming materials. Both synthetic (PDLLA and lactide/glycolide copolymers) and natural (polyhydroxyalkanoates (PHAs)) polyesters were tested. Our results demonstrated that the physicochemical properties of the polyesters significantly influenced the loading efficiency and release kinetics of PTX. While nanoparticles based on synthetic polyesters exhibited high encapsulation levels and controlled PTX release in vitro, PHA-based nanoparticles exhibited immediate unloading of their cargo. Pharmacokinetic and biodistribution studies in rodents revealed that encapsulating PTX in PEG-coated PDLLA-based nanoparticles led to enhanced plasma residence time and tumour deposition of the drug compared to Taxol®. Polymeric nanoparticles thus represent an appealing alternative to Taxol®.