La nanomédecine représente le champ d'application des nanotechnologies, et plus particulièrement des nanoparticules, à la médecine. Ce nouveau domaine est très prometteur notamment en ce qui concerne la détection et le traitement de pathologies d'origine infectieuse, génétique ou cancéreuse. Nous avons développé de nouvelles nanoparticules biocompatibles et évalué leur potentiel en tant que nanocargos d'agents thérapeutiques ou diagnostiques grâce à l'imagerie de fluorescence in vivo. Ces particules sont des nano-émulsions de type huile dans eau, de quelques dizaines de nanomètres de diamètre, stabilisées par une couche de surfactants composée de phospholipides et d'agents de furtivité. L'encapsulation dans le cœur des nanoparticules de fluorophores organiques absorbant et émettant dans les longueurs d'onde compatibles avec les dispositifs d'imagerie de fluorescence permet de suivre leur biodistribution après injection dans des souris Nude. Ces nano-émulsions furtives et fluorescentes peuvent également être fonctionnalisées sur leur surface par des ligands de ciblage actifs tels que le peptide cRGD. De telles nano-émulsions fonctionnalisées montrent in vitro une adhésion spécifique avec les cellules exprimant l'intégrine αvβ3, un biomarqueur de l'angiogénèse. L'accumulation, passive et/ou active médiée par les cRGD, des particules au sein de différents modèles de tumeurs sous-cutanées implantés chez la souris Nude, est observée par imagerie de fluorescence non invasive.

En nanomédecine, une nouvelle approche consiste à développer des vecteurs synthétiques pour co-délivrer au sein d’une cellule tumorale, un anticancéreux ainsi qu’un siARN, capable de supprimer l’expression d’une protéine impliquée dans les mécanismes de résistance. Les travaux décrits dans ce manuscrit ont été consacrés à la synthèse de nano-vecteurs micellaires pour la délivrance simultanée de ces deux agents thérapeutiques. Une première partie décrit la synthèse et la formulation de micelles nanométriques diacétyléniques photopolymérisables conçues pour délivrer efficacement un siARN. Les propriétés d’encapsulation et de délivrance de ces micelles ont ensuite été étudiées in vitro et in vivo pour une application en thérapie combinatoire. Enfin, une dernière partie présente la fonctionnalisation par interaction électrostatique de ces vecteurs cationiques avec des anticorps préalablement modifiés par des oligonucléotides anioniques pour réaliser un ciblage actif des cellules tumorales. / In the nanomedecine field, a new approach consists in developing synthetic vectors able to co-deliver into a cancer cell, an antitumoral drug and siRNAs that target protein(s) involved in MDR. The work described in this manuscript was dedicated to the development of micellar nanovectors for the intracellular co-delivery of these two therapeutic agents. The first part details the synthesis and the formulation of nanometric photopolymerized diacetylenic micelles adapted for the delivery and intracellular release of the siRNA. Then, the encapsulation and delivery properties of these micelles, bearing histidine polar heads have been investigated in vitro and in vivo for the application of combination therapy. Finally, the last part presents the functionalization by electrostatic interaction of these cationic vectors with antibodies, priorly modified by anionic oligonucleotides. This original and versatile system allowed achieving an active targeting of tumoral cells.

La riboflavine (RF) est une vitamine essentielle pour la croissance et le développement cellulaire. Elle possède des propriétés physico-chimiques intéressantes et est internalisée dans les cellules par des transporteurs spécifiques. Le premier objectif de ce projet était de synthétiser des dérivés amphiphiles de la RF (RFA) et d'étudier leurs capacités d'auto-assemblages. Le second objectif était d'insérer les RFA dans des liposomes et d'évaluer leur efficacité de ciblage tumoral in vitro et in vivo. La préparation des différents RFA repose sur l'ajout d'un lipide en différentes positions de la RF. L’un d'eux, de type phospholipide (RfdiC14) a été capable de former des objets tridimensionnels de taille μm constitués de lamelles multicouches dont l’architecture et la dynamique sont très différentes de celles des phospholipides classiques. L’insertion de RfdiC14 dans des liposomes est efficace et n’influence pas leurs propriétés physico-chimiques. Les liposomes fonctionnalisés ont montré une internalisation cellulaire spécifique dans les lignées A431, PC3 et HUVECs. Afin de tester l’efficacité du ciblage tumoral in vivo, un analogue de RfdiC14 portant un espaceur PEG a été préparé puis inséré dans des liposomes péguylés. Grâce à un marquage adéquat (ICG et DiR), leur accumulation tumorale a été suivie par imagerie photoacoustique dans un modèle A431 et leur biodistribution évaluée par imagerie μCT/FMT dans un modèle PC3. Les résultats montrent une légère amélioration de l’accumulation tumorale dans les xénogreffes A431 et une augmentation du ciblage vasculaire dans le modèle tumoral PC3. La biodistribution globale des liposomes marqués est comparable à celle des contrôles. / Riboflavin (RF) is an essential vitamin for cell growth and development. It possesses interesting physicochemical properties and is internalized by the cells through specific transporters. The first aim of this study was to prepare amphiphile derivatives of RF (RFA) and study their auto-assembly. The second aim was to insert RFA into established drug delivery systems and test their tumour-targeting potential in vitro and in vivo. RFA were prepared by the molecule functionalization with lipid moieties in different positions. One of them, a phospholipid-like derivative (RfdiC14) was able to self-assembly in aqueous solutions into μm-sized 3D objects constituted from slightly curved multilayer lamellas. The bilayer architecture and dynamics were very different from ordinary phospholipids. In contrast, the insertion of small amount of RfdiC14 in a liposome did not influence membrane dynamics and physicochemical characteristics. RfdiC14-functionalised liposomes displayed high and specific uptake in vitro in A431, PC3 cells and HUVECs. The efficiency of RF targeting was also tested in vivo. For that purpose, liposome composition was optimized and a new RF amphiphile with a PEG spacer between RF and lipid was prepared. The tumour accumulation of the liposomes labelled with ICG was studied by photoacoustic imaging in A431 tumour model. The biodistribution of DiR labelled liposomes was accessed by combined μCT/FMT imaging in PC3 tumour model. The results show slight improvement of the tumour accumulation in A431 xenographts and the enhancement of vascular targeting in PC3 tumour model. The overall biodistribution of the RF-targeted liposomes was comparable to control.

Dans ce travail, nous avons pu sélectionner par la méthode SELEX un aptamère à ARN modifié, appelé Apt1, qui se lie avec une haute affinité au récepteur CD44. L'aptamère sélectionné a été modifié avec par des 2'-F-pyrimidines afin d’augmenter sa stabilité vis-à-vis des nucléases pour une application thérapeutique. Cet aptamère a été ensuite greffé sur des liposomes contenant des séquences de siRNA dirigées contre un gène rapporteur, dans le but d’un ciblage actif des cellules tumorales exprimant le récepteur CD44. Cette fonctionnalisation a été réalisée par la conjugaison d’un dérivé 3'-thiol de Apt1 et un dérivé maléimide de phospholipides, directement à la surface des liposomes, ou bien séparément puis par post-insertion sur les liposomes. Les liposomes ainsi formulés présentent une forte affinité pour les cellules exprimant le CD44 sans déclencher de réponse inflammatoire au sein de ces cellules. En outre, nous montrons que l'inhibition du gène rapporteur est augmentée et prolongée lorsque l’aptamère est couplé aux liposomes chargés aux siRNA, in vitro ainsi qu’in vivo sur un modèle murin orthotopique de cancer du sein. De tels vecteurs de siRNA constituent donc un outil prometteur pour le ciblage actif de tumeurs exprimant le récepteur CD44. L'étape suivante consistera charger ces vecteurs par des séquences de siRNA permettant de réprimer des oncogènes. / In this work we succeeded to select a modified RNA aptamer, named Apt1, to bind the human CD44 receptor protein with high affinity using the Systemaic Evolution of Ligands by EXponential enrichment (SELEX) method. The selected aptamer was modified with 2'-F-pyrimidines to increase its stability against nucleases for therapeutic applications. Furthermore, we designed and characterized aptamer-functionalized liposomes loaded with siRNA molecules against a reporter gene as a model drug delivery system for the active targeting CD44-expressing tumor cells in vitro and in vivo. Such functionalization was performed by conjugation of 3'-thiol-modified Apt1 to maleimide-modified phospholipids, either on the surface of liposomes, or separately, followed by post-insertion onto liposomes. The targeted liposomes displayed high affinity for CD44-positive cells without triggering any inflammatory response within these cells. Moreover, we show that a higher and prolonged inhibition of the targeted gene can be achieved when siRNA-loaded liposomes are functionalized by the aptamer, both in vitro and in vivo on a murine orthotopic breast cancer model. Such a delivery system may thus be a useful tool for the active targeting of CD44-expressing tumors and silencing oncogenes in vivo.

La thèse présentée porte sur l’élaboration de nanoparticules polymères fonctionnalisées par le ligand SCH546738 afin de cibler le récepteur CXCR3 surexprimé sur les cellules cancéreuses. La synthèse des copolymères à blocs Poly(triméthylène carbonate)-b-Poly(éthylène glycol) (PTMCb- PEG) et PTMC-b-PEG-SCH546738, puis leurs auto-assemblages dans l’eau avec des pourcentages différents de l’un par rapport à l’autre et enfin l’activité biologique de ces nanoparticules in vitro ont été réalisés. Une série de PTMC-b-PEG de fraction hydrophile massique f différentes (entre 34 et 6%) ont été obtenus par polymérisation par ouverture de cycle (ROP) du monomère triméthylène carbonate (TMC) amorcée par un PEG (MW= 2000 g/mol). Les études d’auto-assemblage ont montré que la fraction hydrophile était liée à la morphologie des objets obtenus (micelles et vésicules) et que la taille et la morphologie pouvaient être modulées en fonction du protocole utilisé. Des PTMC-b-PEG-SCH546738 ont été obtenus par couplage convergent entre le PEG-SCH546738 et le bloc PTMC. Le co auto-assemblage entre les copolymères fonctionnalisés et non fonctionnalisés a été réalisé par nanoprécipitation contrôlée par un système de microfluidique qui permet d’obtenir des polymersomes monodisperses de tailles contrôlées. Le pourcentage molaire de SCH546738 en surface des polymersomes a été fixé à 5, 10 et 20 % et à l’aide d’une nanoparticule contrôle ces échantillons ont pu être testés in vitro sur cellules HEK 293 et U87 surexprimant le CXCR3-A. L’influence du ligand et son pourcentage sur l’internalisation des nanoparticules à différents temps et sur le blocage des voies de signalisation des cellules cancéreuses ont été observés. / This thesis deals with the elaboration of polymeric nanoparticles functionalized by the ligand SCH546738 to target the CXCR3 receptor overexpressed in human healthy or tumoral cells. Poly(trimethylene carbonate-b-Poly(ethylene glycol) (PTMC-b-PEG) blocks copolymers and PTMC-b-PEG-SCH546738 synthesis, then their self-assembly with different ratios in water, and finally biological activity in vitro of these different nanoparticles were studied. A serie of PTMC-b-PEG with different hydrophilic mass fractions f (between 34 and 6%) were obtained by ring opening polymerization (ROP) of trimethylene carbonate (TMC) initiated by a block PEG (MW: 2000 g/mol). Self-assembly studies showed that the hydrophilic mass fraction was related to the morphology of the nano objects (micelles and vesicles) and that size and morphology of nano objects can be changed by the self-assembly protocol. PTMC-b-PEG-SCH546738 were obtained by the convergent coupling between PEG-SCH546738 and PTMC block. The co self-assembly of functionalized and not functionalized copolymers was done by nanoprecipitation controlled by a microfluidic system that allows monodisperse polymersomes with controlled size to be produced. The molar percentage of SCH546738 at the surface of polymersomes was fixed at 5, 10 and 20 %, and with the control nanoparticle, these samples were tested in vitro on HEK 293 and U87 cells overexpressing the CXCR3-A. The influence of the ligand and its percentage on nanoparticles internalization and signaling pathways blocking on cells were analyzed.

Cette thèse porte sur l'élaboration d'un vecteur particulaire lipidique reconnaissant activement<br />les tissus cérébraux après son administration par voie intraveineuse. Ce système devrait favoriser l'accumulation au sein du cerveau, de molécules thérapeutiques dans le cadre du traitement des maladies cérébrales comme les gliomes malins. La première partie de notre travail consistait à greffer sur la surface de nanocapsules lipidiques (LNC) des anticorps<br />monoclonaux d'origine murine (OX26) ou des fragments Fab' dirigés contre le récepteur à la transferrine de rat, surexprimé sur l'endothélium cérébral. Des immunonanocapsules portant entre 16 et 183 anticorps entiers et entre 42 et 173 fragments Fab' ont été obtenues. Leur capacité à s'associer aux cellules endothéliales cérébrales de rat a ensuite été vérifiée. De<br />plus, 24 h après leur administration chez le rat, la concentration dans le cerveau des OX26-<br />immunonanocapsules et des Fab'-immunonanocapsules était respectivement 2 et 1,5 fois plus<br />élevée que celle des LNC dépourvues de ligands.

Ce travail a pour but d'optimiser la chimiothérapie du glioblastome à l'aide de nanocapsules lipidiques (LNC) chargées en ferrociphénol (FcdiOH), un composé organo-métallique anticancéreux innovant. Différentes voies d'administration ont été envisagées : la voie locale par stéréotaxie (convection-enhanced delivery ou CED) (60 μL de LNC, 0.36 mg de FcdiOH/rat), l'injection intra-carotidienne et l'injection intraveineuse (400 μL de LNC, 2.4 mg de FcdiOH/rat). Sur le modèle 9L orthotopique, l'efficacité antitumorale du principe actif s'est avérée être proportionnelle à la dose injectée. Le traitement local par CED d'une suspension iso-osmolaire de LNC-FcdiOH a augmenté significativement la survie des rats traités par rapport à celle du groupe témoin (médiane de 28.5 jours au lieu de 25 jours). Le recouvrement par de longues chaines de poly(éthylène glycol) (DSPE-mPEG2000) a permis aux LNC ainsi pégylées d'améliorer leur temps de circulation sanguine avec l'obtention d'une demi-vie 4 fois plus longue et d'une aire sous la courbe 1.65 fois plus étendue que celles des LNC classiques. Cela a entraîné l'éradication de la tumeur 9L sous-cutanée après une seule injection intraveineuse de DSPE-mPEG2000-LNC-FcdiOH, montrant l'efficacité du ciblage passif obtenu avec ces nanovecteurs. En parallèle, l'injection intra-carotidienne représente une voie d'administration prometteuse pour la délivrance de principes actifs dans le cerveau. En effet, le traitement intra-carotidien à l'aide des LNC pégylées a permis d'augmenter de 20% la survie des rats porteurs d'un gliosarcome 9L intracérébral (médiane de 30 jours). Enfin, l'incorporation de peptides NFL-TBS à la surface des LNC semble être une approche intéressante dans le cadre d'un ciblage actif, des études préliminaires ayant mis en évidence un rat survivant jusqu'à 44 jours.

Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde, 7,6 millions de décès en 2008. Bien que de nombreux progrès ont été réalisés dans le traitement du cancer, de nouvelles approches sont nécessaires afin de minimiser les effets secondaires délétères et d'augmenter le taux de survie. Par conséquent, l'avenir de la nanomédecine réside dans le développement de nano-plateformes multifonctionnelles. Il ne fait aucun doute que les hybrides organique / inorganique à base de dendrons représentent des outils très avancés, capables de cibler spécifiquement et d'être suivis par imagerie en même temps. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont non seulement la conception de nano-objets magnétiques dendronisés biocompatibles permettant à la fois le diagnostic par imagerie à résonance magnétique (IRM) ainsi que par imagerie optique (IO) mais également la validation in vitro et in vivo des propriétés de ces nano-objets et la démonstration de leur efficacité pour le ciblage spécifique de tumeurs. / Cancer is a worldwide leading cause of death, 7.6 million deaths in 2008 with 13% mortality. Although much progress has been made in early cancer diagnosis and treatment, new approaches are needed to minimize the deleterious side effects while increasing survival rate. Therefore, the future of Nanomedicine relies in the development of multifunctional nano-platforms that combine therapeutic components, multimodal imaging and active targeting. Organic/inorganic dendrimer-based hybrids are very advanced tools, especially for targeting a specific cell type or a particular organ and for being followed by imaging techniques at the same time.In this context, the objective of this thesis is not only the design of multifunctional magnetic dendronized nano-objects, but also their in vitro and in vivo validation and assessment of their active targeting effectiveness.