Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les bienfaits des acides gras oméga-3, essentiellement l’EPA (C20:5n-3) et le DHA (C22:6n-3) sont bien élucidés dans la littérature. Ils jouent en effet, un rôle essentiel dans la prévention de nombreuses maladies neurodégénératives et cardiovasculaires. Ces acides gras polyinsaturés à longue chaîne sont majoritairement retrouvés dans des sources d’origines marines. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés d’une part à l’effet du complexe phospholipopeptidique provenant de l’hydrolyse enzymatique des têtes de saumon, sur l’anxiété et le stress oxydant dans le cadre d’une étude comportementale effectuée sur un modèle murin. D’autre part, nous avons mis en place une approche de double vectorisation, sous formes de nanoémulsions, visant à augmenter la biodisponibilité de deux molécules hydrophobes et bioactives (coenzyme Q10 et curcumine) en utilisant les lipides totaux (phospholipides et triacylglycérols) du complexe phospholipopeptidique riche en EPA et en DHA. Les résultats de ce travail ont montré que le CPLP, sa fraction lipidique et peptidique ont un effet anxiolytique à une dose de 600 mg de CPLP/jour pendant 14 jours de traitement. Il a également été démontré dans cette étude que l’hydrolysat peptidique du CPLP diminue significativement, à double dose, le stress oxydant en baissant le niveau endogène des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les neurones. D’autre part, pour une utilisation thérapeutique, la biodisponibilité du CoQ10 vectorisé à forte dose est améliorée jusqu’à 38 fois par la formulation huileuse composée de lipides polaires du CPLP. Concernant la supplémentation classique en CoQ10 en tant que complément alimentaire, la formulation émulsionnée présente une meilleure disponibilité à dose aigüe, avec une concentration plasmatique deux fois plus élevée que la formulation de référence. Malgré une activité anticancéreuse reconnue pour la curcumine, sa faible solubilité diminue sa biodisponibilité et limite de ce fait son utilisation. La formulation nanoémulsionnée de curcumine contribue à inhiber la prolifération de cellules cancéreuses (MCF7) / The benefits of omega 3 fatty acids, mainly EPA (C20:5n-3) and DHA (C22:6n-3) are well understood in the literature. They indeed play an essential role in the prevention of many neurodegenerative and cardiovascular diseases. These polyunsaturated fatty acids are mostly found in marine sources. In this context, we were interested on the effects of phospholipopeptidic complex from the enzymatic hydrolysis of salmon heads on anxiety and oxidative stress using a behavioural study (mouse model). On the other hand, we have developed a double vectorization operating nanoemulsions, to increase the bioavailability of two hydrophobic and bioactive molecules (conenzyme Q10 and curcumine) by total lipids (phospholipids and triacylglycerols) from the phospholipopeptidic complex rich in EPA and DHA. The results of this study showed that the CPLP, its lipid and peptide fractions have an anxiolytic effect at a dose of 600 mg of CPLP / day for 14 days of treatment. It was also demonstrated that the peptide’s hydrolyzate ingested at double dose decreases significantly the oxidative stress by lowering the endogenous level of reactive oxygen species (ROS) in neurons. For therapeutic uses, the bioavailability of CoQ10 increased up to 38 times compared to referential formulation when verctorized at high dose in the oily formulation composed of CPLP’s total lipids. Regarding conventional CoQ10 supplementation as a dietary supplement, the emulsified formulation has a better availability at single dose, with plasma concentrations two times higher than the reference formulation. Although the anti-cancer activity of curcumine is highlighted, its low solubility and hence its low bioavailability, are factors limiting its use. The formulation of nanoemulsified curcumine allows a significant reduction in the proliferation of cancer cells (MCF7)

Le laboratoire a récemment identifié la protéine Damaged-DNA-Binding 2 (DDB2), connue à l’origine pour son rôle dans la réparation de l’ADN comme une protéine impliquée dans la tumorigenèse mammaire. En effet, nous avons montré son rôle dans la croissance et la progression des tumeurs mammaires via la régulation transcriptionnelle de gènes cibles. Dans ce travail, nous avons montré que la surexpression de DDB2 augmente la sensibilité des cellules tumorales MDA-MB231 et SKBr3 traitées à la doxorubicine et au 5-fluorouracile (5-FU). Inversement, l’inhibition de l’expression de DDB2 dans les cellules T47D qui l’expriment naturellement s’accompagne d’une baisse de la sensibilité à ces agents anticancéreux. Nos résultats montrent que la sensibilité des cellules au 5-FU mais pas à la doxorubicine, lorsque DDB2 est surexprimée, dépend en partie du contrôle négatif qu’exerce cette dernière sur l’activité de NF-κB, en régulant positivement l’expression d’IκBα. Enfin, la recherche d’autres gènes cibles de DDB2, impliqués dans l’apoptose, nous a conduits à celui codant le facteur anti-apoptotique Bcl-2. DDB2 agit négativement sur l’expression de Bcl-2 en interagissant avec une région de l’ADN localisée dans le promoteur P2 du gène correspondant. De part, son rôle anti-apoptotique, la régulation de son expression pourrait bien être à l’origine de la sensibilité aux agents anticancéreux induite par DDB2. L’ensemble de ces résultats met donc en évidence l’intérêt clinique de DDB2 comme marqueur prédictif de la réponse aux agents anticancéreux, et devrait contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans l’échappement des cellules tumorales aux thérapies / The laboratory has recently identified the Damaged-DNA Binding 2 protein (DDB2), a protein involved in DNA repair, as an important actor in breast tumorigenesis. Our laboratory has shown that DDB2 is involved in breast tumor growth and progression through the transcriptional regulation of target genes. Thus, the first aim of this work was to study the role of DDB2 and its target genes in the response of breast cancer cells to anticancer drugs. We showed that DDB2 overexpressed in breast cancer cell lines, such as MDA-MB231 and SKBr3, increased the cells sensitivity to apoptosis induced by doxorubicin and 5-Fluorouracil (5-FU). Conversely, the inhibition of DDB2 expression in T47D cells, which express endogenously this protein, decreased cell sensitivity to anticancer agents. Our results showed that cell sensitivity induced by DDB2 expression to 5-FU but not doxorubicin depended on its ability to repress NF-κB activity via the regulation of IκBα expression. At last, the search of potential DDB2 target genes implicated in apoptosis has led us to identify the anti-apoptotic factor Bcl-2. We showed the ability of DDB2 to downregulate Bcl-2 expression via its interaction with DNA region located in P2 promoter of the corresponding gene. Results suggest that Bcl-2 dowregulation by DDB2 could be a major event that explains the enhanced sensitivity of cancer cells to therapeutic agents. Altogether, these data highlight the clinical interest of DDB2, as a predictive marker of the response to anticancer agents. A better understanding of its mode of action will contribute to improve therapeutic treatments and avoid their failure in resistant patients

Ce doctorat portait sur le développement de nanoparticules (NPs) photosensibles constituées d’un cœur photolysablepoly(acrylate d'o-nitrobenzyle) (polymère hydrophobe biocompatible - PANB) et d’une couronne basée sur un dérivé du dextrane (polysaccharide bactérien, hydrophile et biodégradable). Dans un premier temps, le PANB-N3 a été synthétisé par i) polymérisation radicalaire contrôlée (SET-LRP) de l’acrylate d’o-nitrobenzyle puis ii) modification chimique de l’extrémité de chaîne par une fonction azoture. En parallèle, le dextrane a été hydrophobisé par quelques chaînes grasses dotées d’un groupe alcyne (obtention du DexAlcyne-15). Ces polymères précurseurs peuvent alors réagir par chimie click CuAAC (Cycloaddition azide-alcyne catalysée par Cu(I)) pour engendrer divers glycopolymères greffés Dex-g-PANB. Dans un deuxième temps, les NPs ont été formulées par deux procédés puis caractérisées en termes de taille, recouvrement en dextrane (quantité par gramme de PANB, épaisseur de la couche surfacique) et stabilité colloïdale en milieu salin, en présence de tensioactif compétitif ou dans un milieu de culture (DMEM). Le procédé de nanoprécipitation a été appliqué aux Dex-g-PANB présentant de fortes fractions massiques en PANB (>40%) alors que le procédé d’émulsion-évaporation de solvant organique a été mis en œuvre en utilisant le DexAlcyne-15 comme tensioactif hydrosoluble et le PANB-N3 comme matériau hydrophobe. Grâce à leurs fonctionnalités complémentaires, une réaction CuAAC peut (ou non) avoir lieu à l’interface liquide/liquide pendant l’élaboration des NPs et conduire à l’obtention de NPs « non clickées » ou « clickées ». Enfin, le caractère photosensible des NPs a été validé par irradiation UV en observant une disparition progressive des NPs résultant de la photolyse des PANB. Afin d’utiliser ces NPs comme systèmes stimulables de délivrance de médicaments, un anticancéreux (Doxorubicine - Dox) a été encapsulé au sein des NPs, pendant leur élaboration. Cette encapsulation a été optimisée et les NPs chargées de DOX ont été caractérisées en termes de taille et d’efficacité d’encapsulation. La libération de la DOX hors des NPs a ensuite été suivie par simple diffusion, ou provoquéepar irradiation UV. Enfin, le potentiel biologique de ces NPs a été évalué vis-à-vis d’une lignée cellulaire tumorale humaine d'origine intestinale isolée d'un adénocarcinome colique (Caco-2). Après vérification de leur biocompatibilité et de la résistance des Caco-2 aux irradiations UV, nous avons pu montrer que les NPs chargées pouvaient libérer suffisamment de DOX en seulement 30 secondes d’irradiation (puissane: 54mW/cm2) pour éradiquer plus de 50% de ces cellules cancéreuses. / This work was focused on the development of light-sensitive nanoparticles (NPs) based on a photodegradable poly(o-nitrobenzyl acrylate) core(PNBA, hydrophobic and biocompatible polymer) and a dextran derivative shell (dextran is a biodegradable and hydrophilic bacterial polysaccharide). Firstly, PNBA-N3 was synthesized by i) Single-Electron Transfer Living Radical Polymerization (SET-LRP) of o-nitrobenzyl acrylate then ii) introduction of one azide end-function. In the same time, DexAlkyne-15 carrying several alkyne groups was produced by hydrophobization of dextran. Such DexAlkyne-15 and PNBA-N3 can react by CuAAC (Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition) click chemistry leading to Dex-g-PNBA glycopolymers with various macromolecular parameters. Secondly, NPs were produced by comparing two processes then characterized in terms of size, dextran amount, shell thickness and colloidal stability in NaCl or cell culture media, or in presence of one strong surfactant. On one hand, NPs were made by nanoprecipitation of Dex-g-PNBA exhibiting high PNBA weight fractions (>40 %). On the other hand, NPs were produced by emulsion-evaporation of the organic solvent using DexAlkyne-15 as water-soluble surfactant and PNBA-N3 as hydrophobic materials. In this case, in situ CuAAC occurred (or not) at the liquid/liquid interface during the NPs formulation, leading to “clicked” and “not-clicked” NPs. Finally, NPs disruption was studied by UV irradiation according the PNBA chains photolysis. To use such NPs as smart drug delivery systems, Doxorubicin (DOX - an anticancer agent), was loaded inside the NPs during their elaboration. The experimental conditions were optimized to enhance the DOX encapsulation. The kinetics release of encapsulated DOX were studied by diffusion or under UV irradiation. Finally, the biological potential of these NPs was estimated towards Caco-2 (continuous line of heterogeneous human epithelial colorectal adenocarcinoma cells). After checking the NPs biocompatibility and theCaco-2 strength under UV irradiation, we proved that such loaded NPs can release enough DOX under 30 second irradiation (power: 54mW/cm2) to decrease the Caco-2 viability about more than 50%.

La première partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d'analogues de la 22-hydroxyacuminatine, un alcaloïde isolé du camptotheca acuminata. L'approche développée est basée sur une réaction d'électrocyclisation ainsi que sur une condensation de Friedländer avec des o-aminocétones et o-aminobenzaldéhydes substitués. Les analogues synthétisés selon cette voie ont ensuite fait l'objet de tests biologiques. Dans la deuxième partie, nous avons développé une nouvelle voie d'accès à la camptothécine, sous sa forme racémique. Cet alcaloïde pentacyclique, également isolé du camptothéca acuminata, s'est avéré être un puissant anticancéreux agissant comme inhibiteur de la topoisomérase I. Les étapes-clé de notre approche font intervenir une cycloaddition [3+2] intramoléculaire, une oxydation benzylique et une condensation de Friedländer.

Les peptides non-ribosomiaux sont des molécules produites par les micro-organismes et présentant un large éventail d'activités biologiques et pharmaceutiques. Par exemple, ils peuvent présenter des activités antibiotiques, immuno-modulatrices ou anti-tumorales. Ces peptides sont synthétisés par de grands complexes multi-enzymatiques, appelés synthétases ou NRPS (NonRibosomal Peptide Synthetases). Deux traits caractéristiques distinguent ces peptides des peptides ribosomiaux classiques : le premier est que leur structure primaire n'est pas toujours linéaire mais peut être totalement ou partiellement cyclique, branchée voir même poly-cyclique, et le second est la diversité des monomères incorporés au sein de ces peptides qui dépasse largement les vingt acides aminés protéogéniques. Nous avons développé Norine, la première ressource publique entièement dédiée aux peptides nonribosomiaux. Norine contient actuellement plus de 1 000 peptides, modélisés par des graphes étiquetés non-orientés, ainsi que des outils informatiques permettant leur analyse, comme la comparaison de compositions en monomères, la recherche de motifs structuraux ou la recherche par similarité. Des analyses statistiques sur les données contenues dans Norine ont permis de mettre en évidence des caractéristiques biologiques intéressantes comme la spécificité des monomères en fonction de l'activité biologique qui nous a conduit à l'élaboration d'un outil d'aide à la prédiction de la fonction biologique d'un peptide à partir de sa composition monomérique. En trois ans, Norine est devenue la ressource internationale pour les peptides non-ribosomiaux.

La première partie de ce travail de thèse a permis de sélectionner parmi un panel de 15 tumeurs murines, les modèles les plus appropriés pour l'étude de molécules à potentiel anti-angiogénique. Deux tumeurs ont été choisies, la tumeur de poumon (Lewis Lung carcinoma, LLC) pour laquelle une forte vascularisation a été observée et la tumeur de côlon (colon tumor 26, C26) pour laquelle l'expression des intégrines αvβ3 et de la sélectine-E a été observée. Les modèles de côlon C26 implantés en sous-cutané (ectopique) et sur le caecum (orthotopique) ont été développés et caractérisés par différentes modalités d'imagerie. L'imagerie optique s'est montrée adaptée uniquement pour la détection précoce des tumeurs, tandis que l'imagerie par résonance magnétique et l'imagerie par ultrason se sont avérées des techniques très adaptées pour le suivi de la croissance des tumeurs implantées en ectopique et en orthotopique. Le développement et la caractérisation de ces modèles se sont révélés très utiles pour la deuxième partie de nos travaux, notamment pour l'évaluation antitumorale d'un flavonoïde la fisétine. La fisétine est un flavonoïde naturel (3,3',4',7-tetrahydroxyflavone) ayant montré une activité anti-angiogénique et des propriétés anticancéreuses.Etant donné sa faible solubilité dans l'eau, une forme liposomale a été développée afin de faciliter son administration systémique.Une efficacité antitumorale plus importante de la fisétine liposomale comparée à la fisétine libre a été obtenue après injection d'une faible dose (21 mg/kg) sur la lignée tumorale LLC. Cette formulation pourrait donc avantageusement être employée pour la formulation de composés de la famille des flavonoïdes

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)

Le cancer, qui est la deuxième cause de mortalité en France, est aujourd'hui un problème de santé publique majeur et fait l'objet de multiples recherches. De nombreuses molécules ont été synthétisées dans l'optique de trouver des médicaments plus efficaces, plus sélectifs et surtout présentant moins d'effets secondaires. Parmi ces molécules se trouve la famille des indolocarbazoles, dont la rébeccamycine et la staurosporine sont les représentants les plus connus. Les relations structure-activité (RSA) de cette famille ont été étudiées.<br />Dans le cadre de la recherche de nouveaux agents cytotoxiques et d'inhibiteurs de kinases toujours plus sélectifs, la structure principale des phénylcarbazoles, appartenant à la famille des indolocarbazoles, a été modifiée par introduction d'une tropone centrale, cycle à 7 chaînons porteur d'une fonction carbonyle. Les différentes voies de synthèse permettant d'accéder à cette nouvelle famille de composés appelés oxophénylarcyriaflavines ont été étudiées. La méthode de choix retenue pour l'étape finale de la synthèse est la cyclisation électrophile en position 2 de l'indole. Cette synthèse a ensuite été généralisée aux composés substitués par des groupements hydroxyles en position 5 de l'indole d'une part et en position 4' et 5' du noyau phényle d'autre part. Les 17 molécules finales ainsi synthétisées ont subi divers tests biologiques permettant d'établir les RSA de cette nouvelle famille de composés. Finalement, la méthodologie mise au point pour les oxophénylarcyriaflavines a été étendue à la synthèse de la toute première famille de composés bisindoliques possédant également une tropone centrale.

L'objectif de ce travail a été la préparation de nanoparticules pour l'administration intratumorale. Ladouble functionalisation de ces nanoparticules est rapidement approuve comme extrement intéressant, car ellespeuvent être utilisé pour le diagnostic in vivo et la thérapie (théranostics). Pour réaliser ce type desnanoparticules, l'oxyde de fer a été choisi comme agent de contraste pour une utilisation en imagerie parrésonance magnétique (IRM) pour le diagnostic de cellules cancéreuse. Les nanoparticules d'oxyde de fer ont étépréparées dans des milieux aqueux et organique. La méthode d'émulsification multiple suivie de l'évaporationde solvant a été utilisée pour l'encapsulation concomitante d'un principe actif et des nanoparticules de l'oxydede fer. Tous les paramètres affectant la taille des nanoparticules pendant le procédé ont été étudiés en utilisantune molécule active hydrophile modèle (une dérivative de la Stilbene) et le protocole standard a ensuite étéévalué. Dans une seconde étape, les particules d'oxyde de fer ont été encapsulées par la même méthoded'émulsion évaporation et entièrement caractérisées en termes de morphologie, taille, magnétisation, etcomposition chimique. La visualisation in vitro des particules modèles a été réalisée par IRM et comparée a unproduit commercial à base de Gadolinium (Gd). D'autre part, la quantité nécessaire d'oxyde de fer permettantune bonne visualisation par IRM a été déterminée par une étude in vivo menée sur des souris. Enfin la doubleencapsulation d'oxyde de fer avec une molécule anticancéreuse a été effectuée par la méthode développée, laformulation obtenue a été entièrement caractérisée.