L’objectif principal de ce travail de thèse a été de caractériser les effets de l’anti-VEGF Bevacizumab (Avastin) sur le réseau vasculaire tumoral in vivo, au cours du temps, à l’aide du modèle de la chambre dorsale chez la souris nude. Les images du réseau vasculaire tumoral acquises par microscopie intravitale ont été analysées par un algorithme de traitement d’images développé au sein de notre équipe, permettant de mettre en évidence les modifications morphologiques induites par le traitement et d’isoler des paramètres discriminants de la « normalisation » vasculaire, par comparaison à un réseau vasculaire sain. La période de « normalisation » vasculaire détectée par notre outil a été confortée par l’analyse de la fonctionnalité des vaisseaux sanguins au cours du temps, in vivo et par une analyse immunohistochimique des vaisseaux sanguins tumoraux et du tissu tumoral. A travers des essais préliminaires in vivo, en regard des résultats de ce travail concernant une fenêtre de "normalisation", nous avons cherché à vérifier l'hypothèse d'un bénéfice d'un traitement anti-VEGF préalablement à la thérapie photodynamique (PDT) sur des tumeurs de glioblastome xénogreffées en sous-cutané et en chambre dorsale. L'efficacité de la PDT est décrite comme étant dépendante d'une d'oxygénation tumorale suffisante et d'une distribution maximale de l'agent photosensibilisant au coeur des tumeurs. Parallèlement à ces travaux, nous avons cherché en équipe pluridiscilinaire à développer un modèle mathématique de la réponse au bevacizumab à partir de données biologiques réelles obtenues sur le même modèle in vivo et permettant pour l'avenir de simuler les réponses à différentes doses et différentes durées de traitement, toujours à des fins d'optimisation des protocoles thérapeutiques / The main aim of this work was to characterize the effects of the anti-VEGF Bevacizumab (Avastin) on the tumor vascular network, in vivo, over time, thanks to the skin fold chamber model on the nude mouse. Images of the vascular network obtained using intravital microscopy were analyzed par a dedicated image processing algorithm developed within our research team, allowing to highlight the morphological modifications induced by the treatment and to isolate discriminating parameters of the vascular "normalization", by comparison to healthy vascular networks. Le vascular "normalization" period detected with our tool was comforted by the analysis of the functionality of the blood vessels over time, in vivo and by an immunohistochemical analysis of the blood vessels and of the tumor tissue. In preliminary in vivo experiments, we tried to verify the hypothesis of the benefits of an anti-VEGF treatment prior to photodynamic therapy (PDT) on glioblastoma xenografts implanted subcutaneously or in the skin fold chamber. The efficacy of PDT is described as being dependent on tumor oxygenation and on the distribution of the photosensitizing agent within the tumor. In paralel to this work, we tried as a pluridisciplinary team to develop a mathematical model of the tumor response to bevacizumab using biological data obtained on the same in vivo model et that will allow in the future to simulate the response for different doses and different treatment durations, for the optimization of therapeutic protocols

Τα φυσικά προϊόντα αποτελούν σημαντική πηγή βιοδραστικών ενώσεων με ποικίλο φαρμακολογικό ενδιαφέρον. Παρά την τεράστια πρόοδο που έχει συντελεστεί στη χημική σύνθεση φαρμάκων, ακόμα και σήμερα το ¼ των φαρμάκων που διατίθεται στην αγορά προέρχεται από φυσικές πηγές. Η σύγχρονη ανακάλυψη φαρμάκων βασίζεται πλέον στην εστιασμένη δράση ενώσεων έναντι συγκεκριμένων μοριακών στόχων που εμπλέκονται στην εμφάνιση και εξέλιξη της κάθε νόσου. Μοριακοί στόχοι με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι και οι κυκλινο-εξαρτώμενες κινάσες (CDKs). Οι CDKs είναι μια κατηγορία πρωτεϊνικών κινασών οι οποίες μεταξύ άλλων διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση και ομαλή εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου, διασφαλίζοντας τον φυσιολογικό πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Η απορρύθμιση της λειτουργίας τους έχει ως επακόλουθο την εμφάνιση διαφόρων παθολογικών καταστάσεων μεταξύ των οποίων και διαφόρων καρκινικών όγκων. Μέχρι σήμερα πληθώρα φυσικών και συνθετικών ενώσεων έχουν εμφανίσει ανασταλτική δράση έναντι των CDKs και αρκετές από αυτές βρίσκονται σε προχωρημένα στάδια κλινικών δοκιμών. Πρόσφατα πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι η CDK1, ελλείψει των υπολοίπων CDKs της μεσόφασης (2, 4, 6), επαρκεί για την ομαλή ολοκλήρωση του κυτταρικού κύκλου. Τα αποτελέσματα αυτά έγιναν αφορμή ώστε πολλές ερευνητικές προσπάθειες να στραφούν και προς την ανάπτυξη ενώσεων με εκλεκτική δράση έναντι της CDK1. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο σχεδιασμός και η σύνθεση νέων μικρών ετεροκυκλικών μορίων με πιθανή ανασταλτική δράση έναντι του ενζύμου CDK1. Συγκεκριμένα, σχεδιάσθηκαν νέα παράγωγα που θα έφεραν δύο νέους ισομερείς τετρακυκλικούς ινδολοαζεπινικούς σκελετούς. Ο σχεδιασμός των ενώσεων αυτών βασίστηκε σε δομικά χαρακτηριστικά φυσικών ή συνθετικών ενώσεων που έχουν μελετηθεί και έχουν εμφανίσει ανασταλτική δράση έναντι τόσο της CDK1 όσο και άλλων CDKs. Βασικό δομικό χαρακτηριστικό των τελικών μορίων, που έχει αποδειχθεί κρίσιμο για την εκδήλωση CDK ανασταλτικής δράσης σε συγγενείς ενώσεις, είναι ένας επταμελής λακταμικός δακτύλιος ο οποίος συμπυκνώνεται σε κατάλληλες θέσεις με έναν ινδολικό και έναν πυρρολικό δακτύλιο. Η υποκατάσταση του πυρρολικού δακτυλίου με μία καρβοξυαιθυλ-ομάδα στη θέση-2, σε συνδυασμό με την εισαγωγή κατάλληλων υποκαταστατών στον ινδολικό δακτύλιο, δύναται να οδηγήσει σε βιβλιοθήκες αναλόγων. Η προσέγγιση που ακολουθήθηκε για την σύνθεση των τελικών μορίων περιελάμβανε αμιδική σύζευξη κατάλληλων ινδολικών και πυρρολικών πρόδρομων ενώσεων και Pd-καταλυόμενη ενδομοριακή κυκλοποίηση (σύζευξη Heck) για τον σχηματισμό του βασικού τετρακυκλικού ινδολοαζεπινικού σκελετού. Στα πλαίσια της μελέτης, αρχικά μελετήθηκε η συνθετική πορεία παραλαβής αναλόγων ενός εκ των δύο αρχικά σχεδιασθέντων σκελετών. Η διερεύνηση και βελτιστοποίηση των ενδιάμεσων συνθετικών σταδίων οδήγησε στην σύνθεση 59 νέων ενδιάμεσων μορίων και 4 νέων τετρακυκλικών ινδολοαζεπινονικών τελικών προϊόντων. Τα τελικά προϊόντα έφεραν προστατευμένα τόσο το άζωτο του ινδολίου όσο και του πυρρολίου με την ίδια προστατευτική ομάδα, ενώ η προσπάθεια παραλαβής αναλόγων του μη προστατευμένου σκελετού δεν ήταν επιτυχής. Τέλος, η διερεύνηση της συνθετικής πορείας που θα απέδιδε ανάλογα του δεύτερου σκελετού δεν απέδωσε τα αναμενόμενα αποτελέσματα. / Natural products constitute an important source of bioactive compounds with a pharmacological interest. 25% of the drugs that are nowadays available in the market come from natural sources, despite the great progress in the field of chemical composition. Drugs’ development is currently based upon the focused action of certain compounds towards a specific molecular target which is involved in the appearance and evolution of each disease. Some such molecular targets of particular interest are the Cyclin-dependent kinases (CDKs). CDKs are a subfamily of protein kinases that regulate a number of cellular processes, including the cell cycle, ensuring the normality of cell division. The deregulation of their function leads to several diseases, including human tumour. To this day a large number of natural and chemical compounds have been characterized as CDK inhibitors and some of them are already in the late phases of clinical trials. Recent genetic studies have indicated that CDK1 is sufficient to drive the cell cycle in absence of other CDKs (2, 4, 6). These results have led researchers to develop compounds with selective inhibitory activity against CDK1. The current research aims at the development of new compounds with possible inhibitory activity against CDK1. The scientific process was more specifically based on the design and synthesis of new small heterocyclic, tetracyclic indoloazepino compounds. The design of the above compounds was based on structural features that exist in other already known natural or chemical CDK inhibitors. The biological results of similar compounds have indicated that the seven-member lactamic ring of structure has an important role in the inhibitory CDK activity. The basic structural component of the designed compounds, proven to be crucial for the manifestation of the CDK inhibitory function, is a seven member lactamic ring among a pyrrole and indole nuclei. The substitution of the pyrrole with a 2-ethyl-carboxylic substitute along with the introduction of substitutes on specific positions of the indole nuclei are expected to lead to the development of library compounds. The selected procedure includes amide coupling between specific indole and pyrrole compounds and finally C-C intermolecular coupling with Heck reaction. The final aim is to form the basic tetracyclic indoloazepino structure. The current research was primarily directed to the synthesis of one of the two already designed structures. The intermediate reactions of the above structure’s synthetic process were examined and optimized, leading to the isolation of 60 intermediate compounds and 4 new tetracyclic indoloazepino derivatives. In the final derivatives, the pyrrole and indole nitrogen appeared to be protected under the same protective group while an effort to remove these protective groups, through certain reactions, was unsuccessful. Finally, a research into a synthetic process that would provide corresponding derivatives with the second main structure, did not yield the expected results.

Η ερευνητική προσπάθεια ανάπτυξης νέων αντινεοπλασματικών φαρμάκων, περιλαμβάνει μεταξύ άλλων και την τροποποίηση γνωστών χημειοθεραπευτικών ενώσεων, με σκοπό την ελάττωση των τοξικών τους παρανεργειών και τη βελτίωση της δραστικότητας των παραγώγων τους. Τέτοιες ενώσεις αποτελούν οι στεροειδικοί αλκυλιωτικοί παράγοντες, οι οποίοι αποτελούν και το αντικείμενο της παρούσας μελέτης. Ειδικότερα, μελετήθηκαν το προφίλ και η βιολογική δραστικότητα των χημικών αυτών ενώσεων έναντι της λευχαιμίας Ρ388, με απώτερο στόχο την προσπάθεια εξαγωγής Ποσοτικών Σχέσεων Δομής-Δράσης (QSAR). Αρχικά δημιουργήθηκε μια διαδραστική βάση δεδομένων-χημική βιβλιοθήκη, στην οποία περιελήφθησαν όλες οι πληροφορίες που αφορούν φυσικοχημικά χαρακτηριστικά και δεδομένα βιολογικής δραστικότητας των υπό μελέτη ενώσεων. Στη συνέχεια από τα δεδομένα της βάσης αυτής, συγκρίθηκαν μεταξύ τους και αναλύθηκαν διάφοροι συσχετισμοί μεταξύ των ενώσεων αυτών. Από την πρωταρχική μελέτη των ενώσεων που συμπεριλήφθηκαν στην βάση δεδομένων και εμφανίζουν αντινεοπλασματική δράση καθίσταται προφανές ότι άσχετα με το δοσολογικό σχήμα δραστικές έναντι της λευχαιμίας Ρ388 εμφανίστηκαν οι ίδιες (στην συντριπτική τους πλειοψηφία 43 έναντι 44 ανά κατηγορία δοσολογικού σχήματος) ενώσεις. Για τιμές λιποφιλικότητας LogP < 4, δεν καταγράφονται ενώσεις και αναγνωρίζεται μεγάλη ποικιλία συντεταγμένων, διότι είναι αρκετά δύσκολο να προκύψουν ενώσεις τόσο μικρής λιποφιλικότητας από το συνδυασμό στεροειδικού σκελετού και αλκυλιωτικού παράγοντα, εκτός αν προστεθούν στο στεροειδικό σκελετό και άλλες υδρόφιλες ομάδες. Από την παρούσα μελέτη προκύπτει ότι ο κατάλληλος συνδυασμός αλκυλιωτικού παράγοντα και στεροειδικού σκελετού οδηγεί σε ενώσεις υψηλής εκλεκτικότητας, ενώ η εισαγωγή στον Β δακτύλιο του στεροειδικού σκελετού του συζυγιακού συστήματος, οδηγεί κατά κανόνα σε μόρια υψηλής αντινεοπλασματικής ικανότητας και χαμηλής τοξικότητας. / -

Η HARP (Heparin Affin Regulatory Peptide), γνωστή και ως πλειοτροπίνη, είναι ένας αυξητικός παράγοντας που η έκφρασή του στα ενήλικα άτομα είναι περιορισμένη σε συγκεκριμένους ιστούς. Ωστόσο, έκφραση ή υπερέκφρασή της έχει παρατηρηθεί in vivo σε διάφορους όγκους και στον ορό του αίματος ασθενών με διάφορες μορφές καρκίνου, καθώς και in vitro σε διάφορες καρκινικές κυτταρικές σειρές. Παρόλο που οι in vivo βιολογικές δράσεις της HARP είναι αδιαμφισβήτητες, δεν έχει διασαφηνιστεί ο μηχανισμός με τον οποίο ασκεί τις δράσεις αυτές. Επίσης, υπάρχουν πολλά αντικρουόμενα αποτελέσματα αναφορικά με τις in vitro βιολογικές της δράσεις. Στη συγκεκριμένη εργασία διερευνήθηκε το εάν η διαφορετική έκφραση των υποδοχέων της HARP, RPTPβ/ζ και ALK, είναι ένας άλλος λόγος για τα αντικρουόμενα αυτά αποτελέσματα. Χρησιμοποιώντας την RNAi τεχνολογία, δημιουργήσαμε DU145 και PC3 κύτταρα (κυτταρικές σειρές από καρκίνο ανθρώπινου προστάτη), τα οποία σταθερά έχουν μειωμένα επίπεδα έκφρασης του RPTPβ/ζ και του ALK. Τα DU145 κύτταρα εκφράζουν μόνο τον RPTPβ/ζ, σε αντίθεση με τα PC3 κύτταρα που εκφράζουν και τους δύο υποδοχείς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο RPTPβ/ζ καταστέλλει την επαγόμενη από HARP κυτταρική προσκόλληση και μετανάστευση, ενώ ο ALK επάγει την επαγόμενη από HARP κυτταρική μετανάστευση. Επιπλέον, η μελέτη της μεταγωγής σήματος αυτών των υποδοχέων έδειξε ότι ο RPTPβ/ζ καταστέλλει τα επίπεδα φωσφορυλίωσης της κινάσης Src, της Fak, της Pten/Akt και των Erk1/2, ενώ ο ALK επάγει την ενεργότητα της Akt και των Erk1/2. Επιπρόσθετα, η μείωση της έκφρασης του RPTPβ/ζ σχετίζεται με την επαγωγή EMT φαινοτύπου, αφού καταστέλλει την έκφραση της E-καντερίνης και επάγει την έκφραση της Ν-καντερίνης, των ιντεγκρινών-α5, -αv και β3, καθώς και της MMP9. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι οι αυξητικοί παράγοντες αποτελούν υπόστρωμα για διάφορα πρωτεολυτικά ένζυμα του κυτταρικού μικροπεριβάλλοντος, με αποτέλεσμα την παραγωγή βιολογικά ενεργών πεπτιδίων που μπορούν να έχουν παρόμοιες ή και αντίθετες δράσεις με το ολικό μόριο. Η πλασμίνη, η τρυψίνη και η MMP2, πέπτουν την HARP και παράγουν πεπτίδια που αναστέλλουν την επαγωγική της δράση. Σύμφωνα με αυτές τις μελέτες, το ενδιαφέρον για την ανακάλυψη πεπτιδίων με αντικαρκινική δράση εντοπίζεται στο καρβοξυτελικό τμήμα της HARP, καθώς και στις δύο κεντρικές περιοχές που παρουσιάζουν ομολογία με τις επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες της θρομβοσπονδίνης-1. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ο μηχανισμός δράσης του P(122-131) και οι βιολογικές δράσεις των P(13-39) και P(65-97). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το P(122- 131) μετά την πρόσδεσή του στον RPTPβ/ζ, μειώνει τα επίπεδα φωσφορυλίωσης της κινάσης Src, της Fak, της Pten και των Erk1/2 και καταστέλλει την in vitro προσκόλληση και μετανάστευση των DU145 και LNCaP κυττάρων. Επιπλέον, τα αποτελέσματα υποστηρίζουν την υπόθεση ότι το P(122-131) καταστέλλει αυτές τις διαδικασίες και μετά από τον ανταγωνισμό του με τη HARP για την πρόσδεση όχι μόνο στον ALK, αλλά και σε άλλους υποδοχείς. Τέλος, χρησιμοποιώντας το σύστημα της χοριοαλλαντοϊδικής μεμβράνης εμβρύου όρνιθας, παρατηρήσαμε ότι το P(122-131) καταστέλλει και την in vivo αγγειογένεση. Παρόμοια με το P(122-131), τα P(13-39) και P(65-97) καταστέλλουν την in vitro προσκόλληση και μετανάστευση των DU145 και PC3 κυττάρων μετά την πρόσδεσή τους στον RPTPβ/ζ. Συμπερασματικά, στην παρούσα εργασία καταδεικνύεται ο ρόλος των υποδοχέων RPTPβ/ζ και ALK στον μηχανισμό δράσης του αυξητικού παράγοντα HARP και των πεπτιδίων του. Για πρώτη φορά αποδεικνύεται ότι η ανασυνδυασμένη HARP προκαρυωτικής προέλευσης είναι βιολογικά ενεργή και ότι η δράση της εξαρτάται από τη συνισταμένη των δράσεων που έχει κάθε υποδοχέας της, αντικατοπτρίζοντας τον περίπλοκο μηχανισμό δράσης της HARP και των πεπτιδίων της. / HARP (Heparin Affin Regulatory Peptide), also known as Pleiotrophin, is a growth factor that is thought to be involved in carcinogenesis. Elevated concentrations of this growth factor are found in many types of tumors, as well as in the plasma of patients with different types of cancer. However, contradictory results have been published concerning the in vitro activities of HARP. Here, we investigated whether the differential expression of HARP receptors, namely RPTPβ/ζ and ALK, is another reason for these controversies. Using the RNAi technology, we stably transformed prostate cancer cell lines DU145 and PC3 to knockdown RPTPβ/ζ or ALK expression. DU145 cells express only RPTPβ/ζ, while PC3 cells express both RPTPβ/ζ and ALK. Our results showed that RPTPβ/ζ inhibits HARP-mediated cellular adhesion and migration, while ALK induces HARP-mediated cellular migration. Investigation of the transduction mechanism revealed that RPTPβ/ζ inactivates Src, Fak, Pten/Akt, and Erk1/2, while ALK activates Akt and Erk1/2. In addition, RPTPβ/ζ knockdown promotes a shift in expression form E- to N-cadherin, and induces the expression of integrin-α5, -αv, -β3, and MMP9. Growth factors can be hydrolyzed by proteases, leading to the production of biological active peptides. Previous studies indicate that HARP is cleaved by enzymes in the extracellular environment, such as plasmin, trypsin, chymotrypsin, and MMP2. Moreover, the resulting peptides exert altered biological functions compared to the whole molecule. Here, we investigated the effect of (P122-131), corresponding to the basic cluster of the C-terminal region of HARP, as well as the effect of P(13-39) and P(65-97) derived from the TSR domains of HARP. Our results demonstrated that P(122-131) interacts with RPTPβ/ζ, inactivates its catalytic activity, and triggers a signal transduction pathway that inhibits DU145 and LNCaP adhesion and migration, while in parallel interferes with ALK or other pleiotrophin receptors inhibiting pleiotrophin-induced cellular adhesion and migration. In addition, P(122-131) inhibits angiogenesis in vivo, as determined by the chicken embryo CAM assay. Furthermore, P(13-39) and P(65-97) interacts with RPTPβ/ζ and inhibits DU145 and PC3 adhesion and migration. Taken together, the results of this study demonstrate the effect of RPTPβ/ζ and ALK on HARP and its peptides-mediated biological actions. Our results support the hypothesis that the overall effect of pleiotrophin depends on the expression profile of its receptors. Concluding, we show that bacterial pleiotrophin is biological active and part of the diversity of pleiotrophin biological actions is due to RPTPβ/ζ and /or ALK and the complex way of their interactions and signaling.

Η θεραπεία του καρκίνου αποτελεί στις μέρες μας μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της επιστημονικής κοινότητας παγκοσμίως. Τα συμβατικά φάρμακα που κυκλοφορούν εδώ και χρόνια προσβάλλουν τόσο τα καρκινικά όσο και τα υγιή κύτταρα. Το αποτέλεσμα είναι η πρόκληση σοβαρών παρενεργειών, οι οποίες δεν επιτρέπουν τη χορήγηση θεραπευτικών δόσεων. Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας έχει βοηθήσει κατά πολύ το επιστημονικό πεδίο όσον αφορά τη διάγνωση και τη θεραπεία του καρκίνου. Τα νανοσωματίδια παρέχουν ένα νέο τρόπο χορήγησης των αντικαρκινικών φαρμάκων, λειτουργώντας ως φορείς που εξαγγειώνονται στην περιοχή του όγκου, επιτρέποντας με αυτόν τον τρόπο άμεση πρόσβαση στα καρκινικά κύτταρα. Τα συγκεκριμένα σωματίδια μπορούν να τροποποιηθούν κατάλληλα, ώστε να αποκτήσουν τη δυνατότητα να δεσμευθούν στις μεμβράνες των καρκινικών κυττάρων, στο μικροπεριβάλλον τους ή σε κυτταροπλασματικούς ή πυρηνικούς υποδοχείς. Κατά συνέπεια, μεταφέρονται στοχευμένα υψηλές συγκεντρώσεις του φαρμάκου στα καρκινικά κύτταρα και μειώνεται η τοξικότητα στους φυσιολογικούς ιστούς. Η ανάπτυξη τροποποιημένων νανοφορέων για τη χορήγηση των αντικαρκινικών φαρμάκων μπορεί να περιορίσει τα προβλήματα που συνδέονται με τα συμβατικά συστήματα χορήγησης, όπως έλλειψη εκλεκτικότητας και τοξικότητα. Οι νανοφορείς που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα, εμφανίζουν σημαντικά προβλήματα, όπως δομική αστάθεια, δομική ετερογένεια και ελλειπή έλεγχο μεγέθους και σχήματος. Υπάρχει, συνεπώς, μια αυξανόμενη ανάγκη για ανάπτυξη προηγμένων συστημάτων μεταφοράς αντικαρκινικών φαρμάκων, στα οποία το σχήμα, το μέγεθος και η ικανότητα φόρτωσης να μπορούν να ρυθμιστούν κατάλληλα, προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητα και να ελαχιστοποιηθεί η τοξικότητα των φαρμάκων. Τα φουλλερένια (C60) ανήκουν στην κατηγορία των νανοφορέων που μελετούνται εκτενώς για τη χορήγηση αντικαρκινικών παραγόντων. Η δυνατότητα των φουλλερενίων για την εκπλήρωση των παραπάνω προδιαγραφών έγκειται στη μεγάλη δυνατότητα τροποποίησης της βασικής τους δομής και την παρασκευή πληθώρας παραγώγων με επιθυμητές ιδιότητες. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτών των μορίων είναι η ελάχιστη διαλυτότητά τους στο νερό. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με την πρόσδεση σε αυτά υδρόφιλων πολυμερών, όπως είναι η πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG). Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της σύνθεσης ενός συζεύγματος πεγκυλιωμένου μορίου φουλλερενίου (C60) με το αντικαρκινικό φάρμακο δοξορουμπικίνη, καθώς και η in vitro αξιολόγηση του τελικού προϊόντος. Στόχος είναι η αύξηση της αποτελεσματικότητας και η μείωση της τοξικότητας του φαρμάκου, μέσω στοχευμένης μεταφοράς στον καρκινικό όγκο. Ένα πεγκυλιωμένο σύζευγμα φουλλερενίου (C60) με δοξορουμπικίνη (FULL-PEG-DOX) συντέθηκε επιτυχώς σε έξι στάδια με συνολική απόδοση 25,7% και χαρακτηρίστηκε με 1H-NMR, IR και UV. Η δραστικότητα του τελικού προϊόντος, καθώς επίσης και δύο ενδιάμεσων προϊόντων (FULL-PEG και FULL-DOX) αλλά και του υδροχλωρικού άλατος της δοξορουμπικίνης ενάντια στον καρκίνο ελέγχθηκε in vitro σε καρκινικές σειρές κυττάρων MCF-7. Το τελικό προϊόν εμφάνισε ικανοποιητική αντικαρκινική δράση, κυρίως μέσω αναστολής του πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων. Τα αποτελέσματα της μελέτης μπορούν να θεωρηθούν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά και δικαιολογούν τη συνέχιση της ερευνητικής προσπάθειας για στοχευμένη χορήγηση δοξορουμπικίνης σε καρκινικά κύτταρα μέσω της πρόσδεσής της σε τροποποιημένα μόρια φουλλερενίου. / Cancer’s treatment is nowadays one of the most important challenges that the scientific community worldwide has to face. Conventional anticancer drugs, which are in the market many years, affect both cancer and normal cells. Hence, they cause serious side effects, which make the administration of therapeutic drug doses impossible. The development of nanotechnology has changed the scientific landscape in terms of cancer diagnosis and treatment. Nanoparticulate drug carriers provide a new mode of cancer drug delivery. They can extravasate at tumor site, allowing direct drug access to cancer cells. These particles allow exquisite modification for binding to cancer cell membranes, the microenvironment or to cytoplasmic or nuclear receptor sites. This results to the delivery of high drug concentrations to the targeted cancer cells with reduced toxicity to normal (healthy) tissue. The application of engineered nanocarriers for the delivery of anticancer drugs may alleviate the problems associated with conventional anticancer drug delivery systems, such as lack of selectivity and toxicity. Drug nanocarriers explored to date suffer from inherent limitations, including instability, structural heterogeneity and poor control over size and shape. There is an increasing need for advanced delivery agents for the anticancer drugs where shape, size, functionalization and loading capacity can be precisely tuned in order to maximize efficacy and minimize drug toxicity. Among the nanocarriers which are currently studied as drug delivery systems for anticancer agents are fullerenes (C60). The potential of fullerenes to address the above specifications lies in the immense scope for chemical derivatization to the basic structure. Except for their high toxicity to normal cells, the main drawback of these carbon molecules is their poor solubility to water. This problem can be overcome by attaching on fullerene particles hydrophilic polymers, such as polyethylene glycol (PEG). In the present work, the results of synthesis and in vitro biological evaluation of a pegylated fullerene conjugate with the potent anticancer drug Doxorubicin are represented. The main goal is to increase efficacy and reduce toxicity of doxorubicin, through targeted delivery to tumors, by conjugating the drug to pegylated fullerenes. A pegylated fullerene-doxorubicin conjugate has been successfully synthesized in 6 steps with a 25.7 % overall yield and was characterized by 1H-NMR, IR and UV. The final product, two intermediate products and doxorubicin hydrochloride were evaluated in vitro against MCF-7 cancer cells lines. The final product exhibited satisfactory anticancer activity mainly by inhibiting proliferation. The results of this study justify further investigation of the potential of pegylated fullerenes as targeted nanocarriers of doxorubicin.

Η παρούσα διατριβή αναφέρεται στην ανάπτυξη νέων πεπτιδικών αναλόγων μπομπεσίνης (ΒΝ) με απώτερο στόχο την ενδεχόμενη κλινική εφαρμογή τους στο πεδίο της διαγνωστικής ογκολογίας με SPECT (Υπολογιστική Τομογραφία Εκπομπής ενός Φωτονίου, Single-photon emission computed tomography) και PET (Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων, Positron emission tomography). Η ΒΝ αποτελεί έναν εξειδικευμένο πεπτίδιο-προσδέτη για τους υποδοχείς του πεπτιδίου απελευθέρωσης της γαστρίνης (gastrin-releasing peptide receptors, GRPrs), οι οποίοι υπερεκφράζονται στην επιφάνεια διαφόρων τύπων καρκινικών κυττάρων. Οι υποδοχείς GRP δυνητικά θα μπορούσαν να θεωρηθούν ιδανικός στόχος για την απεικόνιση νευροενδοκρινικών όγκων μετά από χορήγηση ραδιοεπισημασμένων παραγώγων ΒΝ, με τεχνικές μοριακής διαγνωστικής, αλλά και για την στοχευμένη θεραπευτική αντιμετώπιση του καρκίνου. Με αυτό τον στόχο σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν πεπτιδικά ανάλογα ΒΝ για τα οποία πραγματοποιήθηκε μία σειρά προκλινικών μελετών με σκοπό τη διαμόρφωση και την εφαρμογή ενός πλαισίου διάκρισης των κατάλληλων ραδιοχημικών και ραδιοφαρμακολογικών χαρακτηριστικών τα οποία θα μπορούσαν να οδηγήσουν ένα από αυτά τα υποψήφια διαγνωστικά σκευάσματα του σε κλινικές μελέτες ανίχνευσης του καρκίνου. Μέθοδος: Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν πεπτιδικά ανάλογα BN, κατάλληλα για επισήμανση με ραδιονουκλίδια, με την παρακάτω γενική δομή: Υ-Χ-ΒΝ(2-14) όπου Υ = ο χηλικός παράγοντας για τη σύμπλεξη του ραδιομετάλλου, Χ = η συνδετική ομάδα και ΒΝ(2-14) το φαρμακοφόρο τμήμα. (a) Προκειμένου να απεικονισθούν όγκοι με SPECT όπου: Υ = [GlyGlyCys-] για τη σύμπλεξη με το 99mTc και το 185/187Re (μη ραδιενεργό), Χ = -(αργινίνη)3-, (BN-A), ή -(ορνιθίνη)3-, (BN-O). (b) Ενώ για τη μοριακή απεικόνιση όγκων με την τεχνική PET, όπου Υ = [c-carboxylic acid-cyclam] για σύμπλεξη με 64Cu, και Χ = -(ορνιθίνη)3-, (BN-C). Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε το τμήμα της φυσικής αλληλουχίας του πεπτιδίου μπομπεσίνη, από το 2o εως το 14ο αμινοξύ, σε συνδυασμό με αμινοξική, θετικά φορτισμένη, συνδετική ομάδα (spacer). Τα παραπάνω παράγωγα και τα αντίστοιχα σύμπλοκα τους με τα μέταλλα αρχικά αξιολογήθηκαν χημικά και ραδιοχημικά με διάφορες αναλυτικές μεθόδους. Ακολούθησε η ραδιοφαρμακολογική αξιολόγηση τους με τις παρακάτω in vitro δοκιμασίες: (a) μελέτη σταθερότητας σε δείγματα αίματος, (b) προσδιορισμός της συγγένειας τους με τον GRPr (υπολογισμός τιμών IC50) και (c) του ρυθμού εσωτερικοποίησης/εξωτερικοποίησης σε κύτταρα PC-3 (ανθρώπινου καρκίνου προστάτη). Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν μελέτες in vivo (βιοκατανομή, απεικόνιση με γ-κάμερα), σε φυσιολογικά ζωικά πειραματικά πρότυπα (ποντίκια, αρουραίους και κουνέλια) και σε πειραματικά πρότυπα καρκίνου (ποντίκια SCID, με όγκους από κύτταρα PC-3). Επιπλέον με βάση τα in vivo αποτελέσματα διεξάχθηκε η φαρμακοκινητική αξιολόγηση τους και ο συσχετισμός μεταξύ δομικών και φαρμακοκινητικών χαρακτηριστικών. Τέλος επιχειρήθηκε η αλλομετρική κλιμάκωση των φαρμακοκινητικών αποτελεσμάτων από τα διάφορα είδη πειραματοζώων στον άνθρωπο. Αποτελέσματα: Για τα παράγωγα τα οποία συντέθηκαν για σύμπλεξη με 99mTc προκειμένου να απεικονισθούν όγκοι με SPECT, παρατηρήθηκαν τα εξής: Τα BN-A και BN-O συμπλέχθηκαν αποτελεσματικά με το 99mTc (απόδοση > 98%), αλλά και το χημικά όμοιο του ρήνιο (μη ραδιενεργό). Κατά τις μελέτες σταθερότητας το παράγωγο 99mTc-BN-O αποδείχθηκε σταθερότερο του 99mTc-BN-Α, (π.χ. πλάσμα του ποντικού σε 5 min επώασης το % άθικτο πεπτίδιο ήταν 44.28 και 42.48, ενώ στο ανθρώπινο πλάσμα σε 1 ώρα επώασης ήταν 63.05 και 60.2 αντίστοιχα). Η συγγένεια πρόσδεσης στον GRPr των παραπάνω παραγώγων, αλλά και των συμπλόκων τους με το μη ραδιενεργό Re, τα οποία προσομοιάζουν τα αντίστοιχα ραδιενεργά σύμπλοκα τους με το 99mTc (IC50, BN-Α, 0.5 ± 0.09, 185/187Re-BN-A, 1.58 ± 0.16, BN-Ο, 0.46 ± 0.04, 185/187Re-BN-Ο, 0.77 ± 0.07 nM), ήταν κοντά στο πρότυπο [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Το συνολικό ποσοστό εσωτερικοποίησης των παραπάνω συμπλόκων 99mTc-BN-Α και 99mTc-BN-Ο στα κύτταρα PC-3 ήταν παρόμοιο (~25%), αλλά ο ρυθμός εσωτερικοποίησης τους διέφερε, καθώς χρειάστηκαν 120 min και 60 min για φτάσουν τη μέγιστη τιμή εσωτερικοποίησης αντίστοιχα. Ο ρυθμός εξωτερίκευσης ήταν ο ίδιος. Μετά από 90 min επώασης το ~ 70% της αρχικής ποσότητας πεπτιδίου παραμένει εγκλωβισμένο στα κύτταρα. Από τις μελέτες βιοκατανομής και φαρμακοκινητικής του 99mTc-BN–A και του 99mTc-BN–Ο σε φυσιολογικά ποντίκια φάνηκε ότι και τα δύο ραδιοπεπτίδια απομακρύνονται γρήγορα από το αίμα, καθώς μικρό ποσοστό της χορηγούμενης δόσης (ID)/g (2.61 και 2.76 % αντίστοιχα) παραμένει 30 min μετά τη χορήγηση (p.i.). Η βασική οδός απομάκρυνσης τους από τον οργανισμό ήταν το ουροποιητικό σύστημα καθώς μεγάλο ποσοστό των ραδιοπεπτιδίων εντοπίστηκε στα ούρα 1 h p.i. (64.16 και 56.33 % ID αντίστοιχα). Το γεγονός αυτό συσχετίσθηκε με την παρουσία της θετικά φορτισμένης συνδετικής ομάδας. Η νεφρική απέκκριση επιδιώκεται έναντι της ηπατοχολικής, γιατί με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η συσσώρευση της ραδιενέργειας στην άνω κοιλιακή χώρα και διευκολύνεται η εντόπιση όγκων στην περιοχή αυτή. Το 99mTc-BN–A απομακρύνεται ταχύτερα από το αίμα από τα νεφρά και γενικότερα από τον οργανισμό από ότι το 99mTc-BN–Ο, αλλά εμφανίζει μεγαλύτερη συσσώρευση στο ήπαρ (4.43 ± 1.04 και 0.99 ± 0.20 %ID/g, 60 min p.i. αντίστοιχα). Από τις μελέτες βιοκατανομής και απεικόνισης με γ-κάμερα σε ποντίκια SCID με όγκους PC-3 το παράγωγο 99mTc-BN–A εντόπισε αποτελεσματικά τον όγκο. Μετά από πειράματα συγχορήγησης φυσικής ΒΝ παρατηρήθηκε μείωση του ραδιοεπισημασμένου παραγώγου στον όγκο και στο πάγκρεας, τα σημεία στα οποία εντοπίζονται υποδοχείς GRPrs, επιβεβαιώνοντας έτσι την ειδική δέσμευση του ραδιοεπισημασμένου παραγώγου σε αυτούς. Συγκρίνοντας τα παραπάνω αποτελέσματα με το 99mTc-BN–Ο διαπιστώθηκαν καλύτεροι λόγοι διάκρισης από το 99mTc-BN–A στους διάφορους χρόνους μελέτης (π.χ. 60 min p.i. ήταν όγκος/αίμα, 6.67 έναντι 3.62, όγκος/μύες, 14.0 έναντι 5.60, όγκος/ήπαρ, 2.9 έναντι 0.82, αντίστοιχα). Εξαιτίας όλων των παραπάνω αποτελεσμάτων το παράγωγο 99mTc-BN-Ο επιλέχθηκε για περαιτέρω μελέτη. Για το 99mTc-BN-Ο πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω in vitro μελέτες σταθερότητας σε πλάσμα αίματος αρουραίων και κουνελιών και in vivo μελέτες βιοκατανομής (απεικόνισης σε γ-καμερα). Παράλληλα πραγματοποιήθηκε και η φαρμακοκινητική ανάλυση των δεδομένων. Επιπλέον επιχειρήθηκε να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα της νεφρικής συσσώρευσης του 99mTc-BN-Ο στα νεφρά με τη συγχορήγηση Gelofusine (Gelo). Από τη συγχορήγηση Gelo στα φυσιολογικά (ποντίκια, αρουραίοι) και καρκινικά πειραματικά πρότυπα (ποντίκια SCID με όγκους PC-3) παρατηρήθηκαν ταχύτερη κάθαρση του αίματος και αποβολής από τα νεφρά. Τέλος πραγματοποιήθηκε πρωτότυπη μελέτη αλλομετρικής κλιμάκωση των φαρμακοκινητικών αποτελεσμάτων του 99mTc-BN-Ο με στόχο την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του καθώς της συμπεριφοράς παρόμοιων μορίων στον άνθρωπο κατά τη διεξαγωγή κλινικών μελετών. Εξαιτίας των παραπάνω θετικών αποτελεσμάτων αναφορικά με το τμήμα Η2Ν-(ορνιθίνη)3-ΒΝ(2-14) και προκειμένου να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση της ικανότητα σύμπλεξής του με ιόντα χαλκού (π.χ. 64Cu για διάγνωση με PET) συνδέθηκε ομοιοπολικά με αυτό ένας νέος χηλικός παράγοντα το c-carboxylic acid cyclam. Από την ομοιοπολική σύζευξη των παραπάνω προέκυψε ένας νέο ανάλογο ΒΝ, το ΒΝ-C. Με τη χρήση διαφόρων αναλυτικών τεχνικών (IR, UV-Vis, ESI-MS, ESR, κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ) διαπιστώθηκε ότι τόσο ο c-carboxylic acid cyclam όσο και ΒΝ-C, ο τελικός πεπτιδικός προσδέτης, έχουν την ικανότητα σύμπλεξης με CuII. Το πεπτιδικό παράγωγο BN-C και το σύμπλοκο του με το χαλκό, Cu-BN-C. δοκιμάσθηκαν ως προς τη συγγένεια δέσμευσης τους με τον GRPr σε κυτταρικές καλλιέργειες PC-3 όπου και παρουσίαζαν συγγένεια (IC50 = 0.3 ± 0.03 και 0.33 ± 0.03 nM, αντίστοιχα) παρόμοια με το πρότυπο πεπτίδιο προσδέτη [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Συμπέρασμα: Οι παραπάνω μελέτες οριοθετούν ένα γενικότερο πλαίσιο προκλινικού προσδιορισμού εκείνων των ραδιοχημικών και ραδιοφαρμακολογικών in vitro και in vivo ιδιοτήτων, οι οποίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν ένα παράγωγο ΒΝ σε περαιτέρω κλινικές μελέτες. Με βάση τα παραπάνω επιλέχθηκε και αναπτύχθηκε ένα πεπτιδικό ανάλογο ΒΝ, το οποίο σε κάθε περίπτωση αποδείχθηκε ότι διαθέτει τον κατάλληλο συνδυασμό των παραπάνω χαρακτηριστικών για περαιτέρω ανάπτυξη ως ραδιοδιαγνωστικό σκεύασμα για SPECT (BN-O) και PET (ΒΝ-C) σε κλινικό επίπεδο. Επιπλέον η φαρμακοκινητική ανάλυση και η αλλομετρική κλιμάκωση των παραπάνω αποτελεσμάτων συνεισφέρουν σημαντικά στην αύξηση της πιθανότητας μελλοντικής κλινικής εφαρμογής των παραπάνω παραγώγων στον άνθρωπο. / The present Thesis refers to the development of new peptidic bombesin (BN) analogs for application in the field of tumor diagnosis with the SPECT (Single-photon emission computed tomography) and PET (Positron emission tomography) techniques. The BN peptide is a specific ligand for the gastrin-releasing peptide receptors (GRPrs), which are over-expressed on the surface of various types of tumor cells. GRPrs can be considered as an ideal target for radiolabeled BN analogues in the molecular diagnosis of neuro-endocrine tumors as well as in the targeted treatment of cancer. Taking the above into consideration, three BN analogues were designed and synthesized as potential molecular diagnostics of tumors. Thus, a series of preclinical studies were conducted in order to find out the best candidate for further development in clinical studies. Methods: All the BN analogues of the present study can be described by the following general structure: Υ-Χ-ΒΝ(2-14) Where Y = the chelator group for the radionuclide, X = a spacer group and BN(2-14) = the pharmacophore group. (a) For the diagnosis of tumors with SPECT: Υ = [GlyGlyCys-], suitable for the complexation of 99mTc and 185/187Re and X= -(arginine)3-, (BN-A), or -(ornithine)3-, (BN-O). (b) Further on, for tumor diagnosis with PET: Υ = [c-carboxylic acid-cyclam] suitable for the complexation of 64Cu, και Χ = -(ornithine)3-, (BN-C). For all the above cases the part from the 2nd to the 14th amino acid of the naturally occurring BN was used, in combination with a spacer group composed of three positively charged amino acids. The amino acids were either naturally occurring (arginine) or not (ornithine). The above BN analogues as well as their metal complexes were chemically and radiochemically analyzed and evaluated in vitro. The in vitro evaluation of the BN derivatives included assays for the determination of (a) their stability in blood samples, (b) their affinity for the GRPrs (by the calculation of their IC50 values), (c) as well as of their internalization and externalization rates in PC-3 cell (human prostate cancer cell line) cultures. Additionally a series of in vivo assays were conducted including: biodistibution studies in normal (mice, rats, rabbits) and in experimental cancer animal models (SCID mice with PC3 tumors). For the later in addition to the biodistribution tumor imaging studies were carried out using an experimental small animal gamma camera. Based on the results of the in vivo studies, a series of pharmacokinetic analyses were performed and the results were correlated with the structural characteristics of the BN analogues. Finally, the results from the pharmacokinetic analyses of the three different animal species, (mouse, rat, rabbit) were combined and scaled up for a human of 70 Kg, by using the allometric approach. Results: The BN analogues BN-A and BN-O, which were designed for application in tumor imaging with SPECT, were able to form stable complexes with 99mTc (in high yield > 98%), as well as with Re (non radioactive). The two elements 99mTc and Re belong to the same group of the Periodic Table of elements and thus they are considered to have similar chemical properties. During the in vitro stability assays 99mTc-BN-O prove to be more stable than the 99mTc-BN-Α i.e. the % percentages of intact peptide for mouse plasma (after 5 min incubation) were 44.28 and 42.48 %, while for human plasma the percentages of intact peptide (after 1h of incubation) were 63.05 and 60.2 respectively. The affinities (IC50 values) of BN-Α (0.5 ± 0.09 nM), and BN-Ο (0.46 ± 0.04 nM), as well as of their non radioactive complexes with Rhenium 185/187Re-BN-A, 1(.58 ± 0.16 nM) and 185/187Re-BN-Ο (0.77 ± 0.07 nM) were similar to the one of the control peptide [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Although the total amount of internalized radiolabeled peptide was the same for both 99mTc-BN-Α and 99mTc-BN-O (~25%), their rates of internalization differed. The ornithine-spacer analogue, 99mTc-BN-O, internalized a lot faster (60 min for maximum internalization plateau) than the arginine-spacer analogue, 99mTc-BN-Α (120 min for maximum internalization plateau). The externalization rates for both analogues were the same, with ~ 70% of the initially internalized radiolabeled peptide remaining inside the cells even after 90 min of incubation. From the biodistribution and pharmacokinetic studies of 99mTc-BN–A and 99mTc-BN–Ο a fast blood clearance was observed for both peptides, with small amounts of the initial dose remaining in the blood stream 30 min p.i. (2.61 and 2.76 % ID/g, respectively). The main clearance route throughout the body in both cases was the urinary system and high percentages of the radiolabeled peptides were detected in the urine 1 h p.i (64.16 and 56.33 % ID respectively). The latter was related to the presence of the positively charged spacer group. A clearance through the urinary system is preferred instead of the hepatobiliary system since in that way the decrease of the upper abdominal region background radiation is achieved. Although the arginine-spacer analogue 99mTc-BN–A was cleared from the kidneys and the body with higher rates than 99mTc-BN–Ο, it showed a higher liver accumulation than the latter (4.43 ± 1.04 and 0.99 ± 0.20 %ID/g, 60 min p.i. respectively). Both in the biodistribution and in the gamma-camera tumor-imaging studies the BN analogue 99mTc-BN–A was able to efficiently locate the tumour. During the GRPrs blocking studies the amount of 99mTc-BN–A was reduced both in the tumour and in the pancreas, where the GRPrs are located, proving thus the specific binding of 99mTc-BN–A to those receptors. Comparing the tumor/normal tissue contrast ratios between 99mTc-BN–Ο and 99mTc-BN–A the ornithine spacer analogue proved a better choice since it presented greater values (i.e. 60 min p.i. tumor/blood, 6.67 vs 3.62, tumor/muscle, 14.0 vs 5.60, tumor/liver, 2.9 vs 0.82, respectively). According to all the above results 99mTc-BN-Ο was selected between the two SPECT tumor imaging agent candidates for further studies. For 99mTc-BN-Ο additional in vitro stability assays were conducted in rats and rabbits plasma, which were followed by in vivo biodistribution studies in normal rats and imaging studies in normal rabbits. The in vivo data were analyzed with the appropriate pharmacokinetic approaches. In an effort to achieve a faster clearance of 99mTc-BN-Ο from the kidneys a new approach was tested by its co-injection with Gelofusine (Gelo). During the Gelo co-injection studies in normal mice, in rats as well as in SCID mice with PC-3 tumors a faster renal clearance was observed. Finally by combining the in vivo results of 99mTc-BN-Ο from the three different animal species (mice, rats, rabbits) the allometric scale up of the pharmacokinetic parameters was achieved and the prediction of those parameters for a man of 70 kg. The results of latter study could probably be extended to predict the pharmacokinetic profile of other similar molecules in the preclinical stage of development. Due to promising results of obtained from the BN analogue with the ornithine spacer, Η2Ν-(ornithine)3-ΒΝ(2-14), and in order to improve its ability to form complexes with copper radionuclides i.e. 64Cu, which are suitable for PET imaging, a new chelator group was introduced into the peptide sequence. The chelator group c-carboxylic acid cyclam was covalently attached to the peptide chain Η2Ν-(ornithine)3-ΒΝ(2-14) to give a new bombesin analogue ΒΝ-C. The chelator group and the new BN analogue were able to form complexes with cold copper fast and under mild conditions. The copper complexes of the above molecules were analyzed with a variety of techniques like IR, UV-Vis, ESI-MS, ESR, X ray crystallography. Additionally both the BN analogue BN-C and its complex with copper Cu-BN-C were tested for their affinity for GRPrs in PC-3 cell lines, where it was found that their IC50 values of both were similar (IC50 = 0.3 ± 0.03 και 0.33 ± 0.03 nM, respectively) to the control peptide [Tyr4]-BN (0.45 ± 0.04 nM). Conclusion: The above studies can be considered the essential parts of a discrimination process of the ideal radiochemical and radiopharmacological characteristics, which could lead a BN analogue to clinical trials. According to the results of the above preclinical studies a suitable BN analogue was selected for further clinical development as a tumor imaging agent with SPECT (BN-O) as well as PET (ΒΝ-C). Additionally the pharmacokinetic analysis in three different animal species and allometric scale up of those parameters for the human will enhance the probability of its further application in clinical trials.

Lors de son développement, une tumeur ne peut survivre sans passer par une étape invasive afin de subvenir à ses besoins en nutriment et en oxygène. Cette étape, appelé angiogenèse tumorale, conduit à la formation de vaisseaux sanguins dits « tumoraux », différents des vaisseaux sanguins normaux. Afin de stopper la croissance de la tumeur, il est possible de détruire les vaisseaux sanguins tumoraux formés pendant l’angiogenèse tumorale grâce à des molécules antivasculaires. Ces molécules vont désorganiser la structure du vaisseau et diminuer le flux sanguin au sein de la tumeur pour mener à la nécrose de cette dernière. Parmi ces molécules antivasculaires, la prodrogue phosphate de la combrétastatine A-4 naturelle (CA-4) est le composé actuellement le plus efficace en développement clinique de phase III contre le cancer de la thyroïde. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier des nouveaux analogues contraints d’aroylindoles et des dérivés de chromène. La série préparée comportera donc la partie triméthoxyphénylique commune à la plupart de ces dérivés, en particulier aux 3-aroylindoles, à savoir des pyrrolo [3,4-a] carbazolediones, et le motif privilégié 2,2-diméthylchromène. Nous avons enfin réalisé l’étude systématique des activités biologiques des molécules synthétisées en déterminant leur cytotoxicité sur mélanome B16, leur aptitude à inhiber la polymérisation de la tubuline et à modifier la morphologie de cellules EA hy926. / Pas de résumé en anglais

Η ακτινοθεραπεία αποτελεί μέρος της θεραπείας πολλών αιματολογικών κακοηθών νοσημάτων επηρεάζοντας τον αριθμό και την λειτουργικότητα των προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων CD34+ Το DNA των κυττάρων αποτελεί το βασικότερο και ίσως καλύτερα μελετημένο μόριο-στόχο της ακτινοβολίας. Ο μηχανισμός που προκαλεί βλάβη στο DNA είναι άμεσος αλλά και έμμεσος. Η άμεση επίδραση και βλάβη της ακτινοβολίας στο DNA αφορά στην απευθείας δράση της στο μόριο του DNA που είναι δυνατόν να οδηγήσει σε αντικατάσταση ή απώλειας μιας βάσης, αλλαγές στην τεταρτοταγή δομή του DNA και κατά συνέπεια στις αλληλεπιδράσεις του με άλλα μόρια του κυττάρου (cross links), σπασίματα της διπλής έλικας DSB (Double Strand Breaks) ή της μίας μόνο εκ των δύο αλυσίδων SSB (Single Strand Breaks), σημειακές μεταλλάξεις ή απώλεια τμήματος των χρωμοσωμάτων. Ο έμμεσος μηχανισμός δράσης της ακτινοβολίας στο DNA αφορά την δημιουργία ελευθέρων ριζών από την αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με τα μόρια του νερού, ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια από τη μία αλλά και από την απευθείας βλάβη του μιτοχονδρίου που αποτελεί κύρια ενδοκυττάρια πηγή ελευθέρων ριζών. Οι παραγόμενες ελεύθερες ρίζες με τη σειρά τους προκαλούν απευθείας βλάβη στο μόριο του DNA, με αποτέλεσμα την πυροδότηση ενός φαυλού κύκλου ενδοκυττάριας παραγωγής ελευθέρων ριζών και πρόκλησης βλαβών στο μόριο του DNA. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη της δράσης χαμηλών και υψηλότερων δόσεων ακτινοβολίας (1, 2 και 5Gy) σε προγονικά αιμοποιητικά κύτταρα CD34+ προερχόμενα από αίμα ομφαλίου λώρου φυσιολογικών νεογνών, και ο πιθανός προστατευτικός μηχανισμός που ενεργοποιείται από την παρουσία του ινσουλινικού αυξητικού παράγοντα IGF-1. Η προκαλούμενη από την ακτινοβολία ενδοκυττάρια παραγωγή ενεργών μορφών οξυγόνου μελετήθηκε παρουσία ή απουσία του IGF-1, 30 λεπτά και 24 ώρες μετά την ακτινοβόληση με χρήση κυτταρομετρίας ροής. Η έκφραση του αντιοξειδωτικού ενζύμου MnSOD εκτιμήθηκε ποσοτικά με την τεχνική της ανοσοαποτύπωσης και ποιοτικά μέσω ανοσοφθορισμού. Η προκαλούμενη από την ακτινοβολία απόπτωση και η δράση του υπό μελέτη αυξητικού παράγοντα εκτιμήθηκε με τις ακόλουθες τεχνικές: • Διπλή χρώση των κυττάρων με Αννεξίνη και Ιωδιούχο προπίδιο και ανάλυση με κυτταρομετρία ροής • Ανάλυση DNA σε γέλη αγαρόζης • Εκτίμηση σε επίπεδο mRNA και πρωτεΐνης του λόγου των μορίων BCL-2 και BAX • Εκτίμηση της έκφρασης του μορίου κασπάση -9, με τη μέθοδο του ανοσοφθορισμού Εκτιμήθηκε επίσης ο πολλαπλασιασμός και η κλωνογόνος ικανότητα των προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων. Η ενδοκυττάρια παραγωγή της ρίζας του υπεροξειδίου παρουσίασε αύξηση 30 λεπτά και 24 ώρες μετά την ακτινοβόληση, και η παρουσία του IGF-1 ανέτρεψε το φαινόμενο αυτό, μειώνοντας και επιστρέφοντας τα ενδοκυττάρια επίπεδα του ανιόντος του υπεροξειδίου στα επίπεδα του δείγματος ελέγχου. Αμέσως μετά την ακτινοβόληση των κυττάρων τα ενδοκυττάρια επίπεδα του υπεροξειδίου του υδρογόνου ανευρέθηκαν υψηλά σε σύγκριση με τα αυθόρμητα ενδογενή επίπεδα μη ακτινοβολημένων κυττάρων για όλες τις δόσεις ακτινοβολίας, όμως στον όψιμο χρόνο μελέτης, των 24 ωρών, παρέμειναν σχεδόν σταθερά, παρουσιάζοντας τάση μείωσης, χωρίς όμως να σημειώνονται στατιστικά σημαντικές διαφορές. Είκοσι τέσσερεις ώρες μετά την ακτινοβόληση τα επίπεδα του αντιοξειδωτικού ενζύμου MnSOD αυξήθηκαν, και η παρουσία του IGF-1 οδήγησε σε περαιτέρω αύξηση της έκφρασης του. Ο IGF-1 ανέστειλε την ενεργοποίηση του μιτοχονδριακού μηχανισμού απόπτωσης ρυθμίζοντας σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο την έκφραση των BCL-2, ΒΑΧ και του λόγου BCL-2/BAX, και μειώνοντας την έκφραση του προαποπτωτικού μορίου κασπάση-9. Θετική ήταν και η δράση του IGF-1 στον πολλαπλασιασμό και στην ικανότητα αποδοτικής αιμοποίησης των προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων, ενισχύοντας την ικανότητα πολλαπλασιασμού των ακτινοβολημένων κυττάρων αλλά και την κλωνογόνο ικανότητα τους ως προς τον σχηματισμό BFU-e και CFU-GM αποικιών. Συνοψίζοντας, μπορούμε να υποστηρίξουμε ότι ο IGF-1 συμμετέχει στη διατήρηση της οξειδοαναγωγικής ομοιόστασης του ενδοκυττάριου περιβάλλοντος των προγονικών αιμοποιητικών κυττάρων μειώνοντας τα ενδοκυττάρια επίπεδα των παραγόμενων ενεργών μορφών οξυγόνου. Μέσω θετικής ρύθμισης του αντιοξειδωτικού μηχανισμού MNSOD και συμμετέχοντας προστατευτικά στο μιτοχονδριακό καταρράκτη της απόπτωσης οδηγεί σε προστασία των ακτινοβολημένων αιμοποιητικών κυττάρων επιτρέποντας τους να διατηρήσουν την λειτουργικότητα τους και την ικανότητα αιμοποίησης. / Radiation exerts direct as well as indirect effects on DNA through the generation of reactive oxygen species (ROS). Irradiated hematopoietic progenitor cells (HPCs) experience DNA strand breaks, favoring genetic instability, due to ROS generation. Our aim was to study the effect of a range of radiation doses in HPCs and the possible protective mechanisms activated by insulin-like growth factor-1 (IGF-1). ROS generation was evaluated, in the presence or absence of IGF-1 in liquid cultures of human HPCs-CD34+ irradiated with 1-, 2- and 5-Gy X-rays, using a flow cytometry assay. Manganese superoxide dismutase (MnSOD) expression was studied by western blot analysis and visualized by an immunofluorescence assay. Apoptosis was estimated using the following assays: Annexin-V assay, DNA degradation assay, BCL-2/BAX mRNA and protein levels and caspase-9 protein immunofluorescence visualization. Viability and clonogenic potential were studied in irradiated HPCs. The generation of superoxide anion radicals at an early and a late time point was increased. This linear increase was reversed by the IGF-1 presence, restoring O.- generation at the levels of the innate production as manifested in control non irradiated samples. The hydrogen peroxide generation was increased at early time point but at late time point was stable. IGF-1 presence further enhanced the radiation-induced increase of MnSOD at 24 h post irradiation. IGF 1 inhibited the mitochondria- mediated pathway of apoptosis by regulating the m-RNA and protein expression of BAX, BCL-2 and the BCL-2/BAX ratio and by decreasing caspase-9 protein expression. IGF-1 presence in culture media of irradiated cells restored the clonogenic capacity and the viability of HPCs as well. In conclusion, our data support that IGF-1 anticipates oxidative microenvironment of HPCs by reducing the oxidative stress in intracellular environment due to a range of doses of radiation. IGF-1 succeeds to eliminate free radicals by favoring scavenger’s mechanisms and by regulating elements responsible for the mitochondrial pathway of apoptosis, allowing the sustained clonogenic capacity of hematopoietic progenitor cells.

Les stratégies thérapeutiques mises en place contre le cancer ont de nos jours besoin de nouveaux médicaments, à la fois plus actifs que ceux déjà existants et induisant moins d’effets secondaires. Ces nouvelles stratégies visent à cibler spécifiquement les cellules cancéreuses. Parmi ces stratégies, ces travaux de thèse concernent la vectorisation active, à l’aide d’un vecteur protéique dérivé de la toxine de Shiga, STxB. STxB reconnait spécifiquement son récepteur biologique Gb3, surexprimé à la surface des cellules cancéreuses humaines. Ce projet de recherche porte sur la conception et la synthèse de conjugués, combinant STxB et un agent cytotoxique. Le linker chimique, qui relie ces deux espèces, a été soigneusement conçu pour respecter les deux critères suivants : être suffisamment stable et néanmoins pouvoir être clivé pour libérer l’agent cytotoxique une fois les cellules cancéreuses atteintes. Un premier linker a été construit autour du motif mercaptoethanol, lié au vecteur STxB par une liaison disulfure. La libération de l’agent cytotoxique peut donc être initiée par un réducteur biologique comme le glutathion, puis par une étape d’auto-immolation. Ce linker a été appliqué à deux composés cytotoxiques très puissants, dérivés de l’auristatine, et a conduit à des résultats prometteurs in vitro. La labilité de la liaison ester à pH acide a également été mise à profit dans l’élaboration de deux linkers, conçus autour de motifs glutamate et thréoninate. L’utilisation d’un agent cytotoxique modérément puissant a été l’occasion de développer une stratégie de multivalence, consistant à augmenter la charge d’agents cytotoxiques sur STxB. Une autre option a été de considérer les nano-batônnets d’or comme une plate-forme nanométrique multimodale, capable de lier plusieurs milliers d’agents cytotoxiques et STxB. Enfin l’incorporation d’une séquence peptidique, connue pour être substrat d’une protéase, a donné lieu à une troisième étude, reposant sur un linker clivable plus sélectivement. Plusieurs linkers ont été étudiées, selon qu’ils libèrent l’agent cytotoxique sous sa forme native ou non. / We need new therapeutic strategies to treat cancerous patients by the discovery of new drugs that would be more active than those existing and especially assigning fewer side effects. These new therapies aim to specifically target cancer cells. Among the strategies for cancer targeting, we investigated drug-targeted strategies using a proteic carrier, STxB, derived from Shiga toxin. This protein recognizes specifically its biological receptor Gb3, which is over-expressed on human cancer cells. This work consisted in the design and synthesis of conjugates combining STxB and a cytotoxic drug. The chemical linker binding these two moieties was carefully designed in order to fit requirements of both stability and ability to trigger a drug-delivery. A first linker was designed around a mercaptoethanol core, able to be conjugated to STxB by a disulfide bond. This constitutes a drug-delivery trigger, activated by a biological reducing agent such as glutathion, and followed by a self-immolative step. Two highly potent conjugates of auristatin derivatives were obtained and showed promising results in vitro. The ester bonds lability in acidic pH was exploited for the design of two amino acid based linker. With the aim of increasing the ratio of drug on STxB, we investigated several multivalent linkers. Another option was to consider gold nanorods as a nanometric platform, able to carry thousands of drugs and STxB. The incorporation of a protease substrate to produce an enzyme-cleavable linker was investigated. Several spacers, which induced release of the drug under native form or under prodrug form, were designed and tested.

Παρά τις προόδους των κλασικών θεραπευτικών στρατηγικών για τον καρκίνο, η μεγάλη πλειοψηφία των ασθενών υποτροπιάζει και καταλήγει. Η ανάγκη για την αντιμετώπιση της νόσου με εναλλακτικό τρόπο οδήγησε στην ανάπτυξη ανοσοθεραπευτικών μεθόδων. Η ιδέα της ανοσοθεραπείας του καρκίνου έγινε γνωστή στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, όταν ο William Coley χρησιμοποίησε ζωντανά στελέχη του πυογενούς βακτηρίου Streptococcus erysipelas με σκοπό τη δημιουργία γενικευμένης ανοσολογικής απάντησης, μέρος της οποίας να κατευθυνθεί ενάντια σε όγκους σαρκώματος. Οι σποραδικές θετικές αποκρίσεις που παρατήρησε οφείλονταν κατά πάσα πιθανότητα σε ενίσχυση της ανοσολογικής απάντησης από τις φλεγμονώδεις αντιδράσεις που προκάλεσαν τα βακτήρια. Για να επαχθεί όμως ειδική ανοσολογική απάντηση ενάντια σε όγκους απαιτείται να χαρακτηριστούν στα καρκινικά κύτταρα συγκεκριμένα αντιγόνα, ώστε να δύναται το ανοσολογικό σύστημα να τα αναγνωρίσει ως στόχους. Συνεπώς, το πρώτο βήμα στην προσπάθεια για ανοσοθεραπεία του καρκίνου είναι η απομόνωση αντιγόνων που εκφράζουν τα καρκινικά κύτταρα, τα οποία κατά προτίμηση να μην εκφράζονται από τους φυσιολογικούς ιστούς ώστε να αποφευχθεί η αυτοάνοση απάντηση. Η ταυτοποίηση ογκοειδικών αντιγόνων, τα οποία αναγνωρίζονται από τα Τ λεμφοκύτταρα, έδωσε ιδιαίτερη ώθηση στην ανάπτυξη της κατευθυνόμενης από τα Τ κύτταρα ανοσολογικής απάντησης, στο επίπεδο τόσο της έρευνας της ανοσολογίας του καρκίνου, όσο και της κλινικής ανοσοθεραπευτικής εφαρμογής και έθεσε τις βάσεις για τη χρησιμοποίηση πεπτιδικών εμβολίων στην ανοσοθεραπεία του καρκίνου. Από την πληθώρα των γνωστών καρκινικών αντιγόνων, έχουν ταυτοποιηθεί κατά κύριο λόγο επίτοποι ικανοί να συνδεθούν με μόρια του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας (MHC) τάξης Ι και συνεπώς να επάγουν την ενεργοποίηση των CD8+ T κυττάρων, δεδομένου ότι οι περισσότεροι όγκοι είναι θετικοί ως προς τα μόρια MHC τάξης Ι, αλλά αρνητικοί ως προς τα μόρια MHC τάξης ΙΙ. Επιπρόσθετα, τα CD8+ Τ κύτταρα μπορούν να καταστρέφουν τα καρκινικά κύτταρα απευθείας, μέσω της αναγνώρισης του συμπλόκου MHC τάξης Ι-πεπτιδίου που εκφράζεται στην επιφάνεια του όγκου. Τα τελευταία χρόνια, δεδομένης της αναγνώρισης του κεντρικού ρόλου των CD4+ Τ λεμφοκυττάρων στην έναρξη, οργάνωση και διατήρηση της ανοσολογικής απάντησης, έχουν αναγνωριστεί και αρκετοί επίτοποι που αναγνωρίζονται από μόρια MHC τάξης ΙΙ. Πρόσφατες κλινικές μελέτες και προκλινικά μοντέλα έδειξαν ότι ο εμβολιασμός με επιτόπους που δύνανται να συνδεθούν με μόρια MHC τάξης ΙΙ, οι οποίοι εμπεριέχουν αλληλουχίες σύνδεσης για τα μόρια MHC τάξης Ι, είναι αποτελεσματικοί στην ταυτόχρονη ανάπτυξη βοηθητικών και κυτταροτοξικών Τ λεμφοκυττάρων με μακρά διάρκεια ζωής in vivo. Από τα γνωστά καρκινικά αντιγόνα, η πρωτεΐνη HER-2/neu παρουσιάζει το πλεονέκτημα της υπερέκφρασης σε ποικίλους τύπους καρκίνου, ενώ οι ασθενείς των οποίων όγκοι την υπερεκφράζουν παρουσιάζουν προϋπάρχουσα ανοσία ενάντια σε πεπτίδια αυτής. Η αυξημένη έκφρασή της στα καρκινικά κύτταρα και το γεγονός ότι πρόκειται για διαμεμβρανική πρωτεΐνη την καθιστούν στόχο για ανοσοθεραπευτικές προσεγγίσεις που περιλαμβάνουν τόσο κυτταρική όσο και χυμική ανοσία. Κλινικές έρευνες με χρήση πεπτιδίων της HER-2/neu έχουν δείξει την πρόκληση ανοσολογικής απάντησης στην πλειονότητα των ασθενών. Παρόλα αυτά, οι μεταστατικοί τύποι καρκίνου που υπερεκφράζουν τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη παραμένουν μη θεραπεύσιμοι. Συνεπώς, υπάρχει άμεση ανάγκη για νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις και στο σημείο αυτό η διερεύνηση των πιο ανοσογονικών τμημάτων της αλληλουχίας της πρωτεΐνης HER-2/neu, καθώς και της αντίδρασης των ασθενών σε αυτά, αποτελούν στόχο για ειδικές νέες αντικαρκινικές θεραπείες. O εγκλεισμός του αντιγόνου σε μικροσφαίρες πολυ-γαλακτικού-γλυκολικού οξέος (PLGA) έχει δειχθεί ότι επάγει ισχυρή και παρατεταμένη ανοσοαπόκριση. Μέχρι σήμερα, δεν φαίνεται να έχει αναφερθεί μελέτη στην οποία να αναλύεται η επίδραση των χαρακτηριστικών του PLGA συμπολυμερούς και του σχήματος ανοσοποίησης στον τύπο της λαμβανόμενης ανοσοαπόκρισης μετά την χορήγηση PLGA μικροσφαιρών του αντιγόνου in vivo. Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε ο τύπος της ανοσοαπόκρισης που λαμβάνεται in vivo μετά την χορήγηση πεπτιδίων της HER-2/neu (πρότυπα αντιγόνα) συνδεμένων σε πολυ-γαλακτικού οξέος (PLA) και PLGA μικροσφαίρες. Τα πρότυπα αντιγόνα ήταν δύο: * το πεπτίδιο GSPYVSRLLGICLTSTVQLVQL, που αντιστοιχεί στην περιοχή 778-799 της ογκοπρωτεΐνης HER-2/neu. Η πεπτιδική αυτή ακολουθία περιλαμβάνει τον κυτταροτοξικό επίτοπο CLTSTVQLV (789-797) σε συνδυασμό με τον T βοηθητικό (Th) επίτοπο GSPYVSRLLGICL (778-790) της συγκεκριμένης ογκοπρωτεΐνης. * καθώς και το πεπτίδιο CLTSTVQLV (789-797), δηλαδή μόνο ο κυτταροτοξικός (CTL) επίτοπος. Ως πειραματόζωα στην συγκεκριμένη περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν HHD διαγονιδιακοί μύες, οι οποίοι εκφράζουν ανθρώπινα HLA-A2.1 μόρια ιστοσυμβατότητας, δεδομένου ότι η ακολουθία του πεπτιδίου που έχει επιλεγεί προέρχεται από την ανθρώπινη HER-2/neu. Η μετατροπή της ανοσοαπόκρισης Th2 τύπου, εναντίον διαλυτών αντιγόνων που εκφράζονται σε καρκινικούς όγκους, σε Τh1 τύπο ανοσοαπόκρισης είναι σημαντική στην ανοσοθεραπεία του καρκίνου. Η δημιουργία αντιγονο-ειδικών CD8+ κυτταροτοξικών λεμφοκυττάρων, σε συνέργεια με τα αντίστοιχα βοηθητικά Τ (CD4+) λεμφοκύτταρα, πιστεύεται ότι θα οδηγήσουν στην απόρριψη του όγκου ή στην επιβράδυνση της ανάπτυξης αυτού. Η ταυτοποίηση του τύπου της ανοσοαπόκρισης έγινε με την ανάπτυξη ανοσοαναλυτικών τεχνικών για την μέτρηση των ολικών ειδικών ανοσοσφαιρινών IgG, των ισοτύπων αυτών (IgG1 και IgG2a). Επίσης προσδιορίσθηκε ο τύπος της ανοσοαπόκρισης σε κυτταρικό επίπεδο με την ανάπτυξη τεχνικών μέτρησης της ικανότητας του πολλαπλασιασμού των λεμφοκυττάρων και με μέτρηση των κυτοκινών, κυρίως σε υπερκείμενα καλλιεργειών λεμφοκυττάρων, αλλά και στο αίμα. Για την χορήγηση χρησιμοποιήθηκαν μικροσφαίρες PLA και PLGA με φορτωμένο το αντιγόνο με δύο διαφορετικούς τρόπους (προσροφημένο ή απλά αναμεμιγμένο). Η in vivo χορήγηση του πεπτιδικού αντιγόνου που απλά και μόνο αναμίχθηκε με PLA μικροσφαίρες προκάλεσε μια ισχυρή ανοσολογική απόκριση που ήταν συγκρίσιμη με αυτήν που προκλήθηκε από το συνδυασμό του αντιγόνου με πλήρες ανοσοενισχυτικό του Freund (CFA). Επιπλέον, μετά από ανάλυση του προφίλ των κυτοκινών που εκκρίνονται από τα Τ λεμφοκύτταρα των ανοσοποιημένων μυών, αποδείχθηκε ότι ο συνδυασμός του αντιγόνου πεπτιδίων με τις PLA μικροσφαίρες προκάλεσε μια ισχυρή Th1 ανοσολογική απόκριση στο αντιγόνο. Ο χρόνος της επώασης πεπτιδίων με τις μικροσφαίρες πριν από τη χορήγηση δεν είχε επιπτώσεις στην ανοσολογική απόκριση, γεγονός που απλοποιεί περαιτέρω την παραγωγή σε ευρεία κλίμακα αυτού του τύπου εμβολίων. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από αυτή τη μελέτη δικαιολογούν την περαιτέρω διερεύνηση σε in vivo πειραματικά μοντέλα καρκίνου της δυνατότητας επαγωγής ισχυρής κυτταρικής ανοσοαπόκρισης έναντι των καρκινικών κυττάρων που υπερεκφράζουν την HER-2/neu πρωτεΐνη με απλή ανάμιξη κατάλληλων πεπτιδικών αντιγόνων της HER-2/neu με PLA μικροσφαίρες. / Despite the progress of classic therapeutic strategies developed concerning cancer the greatest number of patients deteriorates and eventually dies. The need to confront this disease in an alternative way has led to the development of new immunotherapeutic methods. The novel idea of cancer immunotherapy was born in the 19th century when William Coley used live live species of bacteria Streptococcus erysipelas in order to induce an overall immune response targeted in part against sarcoma tumors. Occasional positive immune responses that were observed were possibly due to the enhancement of the immune response from the inflammatory reactions caused by the bacteria. In order to induce a special immune response against tumors it is necessary for some specific antigens to be identified at cancer cells. So the first step in the effort to induce immunotherapy is the isolation of antigens expressed by cancer cells that are preferably not expressed at healthy tissues, to prevent autoimmune response. The identification of tumor-specific antigens that are identified by T cells gave a great boost to the development of T-cell-mediated specific immune response, both in research for tumor immunology as in its clinical appliance. That led to the beginning of peptide use in vaccines in cancer immunotherapy. From the plethora of already known cancer antigens, epitopes have been identified as capable of forming complex with MHC (Major Histocompatibility Complex) class I molecules, which consequently induce the activation of CD8+ T cells, given that most tumors are positive for the MHC class I molecules, but negative to MHC class II molecules. Moreover, CD8+ T cells can kill cancer cells directly, through identification of the MHC class I–peptide complex that is expressed on the tumor surface. Recently many epitopes that are recognized by MHC class II molecules have been identified, since it is well known that the CD4+ T cells play an important role in the initiation, organization and maintenance of the immune response. Recent clinical studies and preclinical models have shown that immunization with epitopes that are eminent to form a complex with MHC class II molecules, which comprise amino acid sequences that can connect with MHC class I molecules, are effective in the simultaneous induction of helper and cytotoxic long life T-cell in vivo. Among all known cancer antigens, the HER-2/neu protein demonstrates the advantage of being overexpressed in various types of cancer, while patients whose tumors overexpress the protein exhibit preexisting immunity against its peptides. HER-2/neu is a transmembrane protein that is overexpressed in cancer cells and therefore the perfect target for immunotherapy concerning both cellular and humoral immunity. Clinical studies using HER-2/neu peptides have shown induction of immune response in the majority of patients. However, metastatic tumors overexpressing HER-2/neu protein still remain incurable. As a result, there is ample need for respective new therapeutic strategies and at this point more potent immunogenic sequences of the protein are under investigation, as is the response of patients to those sequences, in hope of creating more specific anticancer therapies. Encapsulation of antigen into poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA) microspheres has proven to induce potent and long lasting immune response. Up to date, there is no study analyzing the influence of PLGA polymer characteristics or the immunization scheme, regarding the type of the immune response following the administration of PLGA antigen microspheres in vivo. In the current study, the type of the immune response after in vivo administration of HER-2/neu peptide adsorbed on poly-lactic acid (PLA) and PLGA microspheres is investigated. The model antigens used were the following two: • GSPYVSRLLGICLTSTVQLVQL peptide corresponds to the 779-799 amino acid sequence of the HER-2/neu protein. This amino acid sequence contains the cytotoxic epitope CLTSTVQLV (789-797) in combination with the Th epitope GSPYVSRLLGICL (778-790) of the HER-2/neu protein. • CLTSTVQLV (789-797) peptide, which corresponds to merely the cytotoxic epitope. HHD transgenic mice expressing human HLA-A2.1 histocompatibility molecules were used as subjects, given the fact that the amino acid sequence chosen has derived from the human HER-2/neu protein. Converting the preexisting Th2 type of immune response, against soluble antigens expressed in tumors, to the Th1 type is extremely important in curing cancer. The production of antigen-specific CD8+ cytotoxic lymphocytes with the relevant helper T (CD4+) lymphocytes is believed to trigger the rejection of the tumor or the delay of its development. The type of the immune response was identified with immuno-analytic techniques developed for measuring the total amount of IgG immunoglobulins, and their isotypes (IgG1 and IgG2a). Moreover the type of the immune response has been determined at cellular level using proliferation assay and cytokine measurement assay, usually at cell culture supernatants but also in blood samples. For the peptide administration, PLA and PLGA microspheres were used. The antigen was administered in two different ways, either absorbed or adsorbed (just mixed). The in vivo administration of the peptide antigen just admixed with PLA microspheres induced potent immune response, comparable to that caused by the antigen administration using complete Freund’s adjuvant (CFA). Moreover, upon the analysis of the cytokine profile secreted from T lymphocytes of immunized mice, the PLA admixed peptide proved to induce a specific and potent Th1 immune response. The incubation time of the peptide with PLA microspheres had no implications to the immune response, therefore further simplifying future mass production of such vaccine types. The results extracted by this study justify further investigation of the in vivo experimental cancer models for inducing potent cellular immune response against cancer cells that overexpress the HER-2/neu protein by simply mixing the appropriate HER-2/neu peptide antigens with PLA microspheres.