La chimio-embolisation hépatique (CHE) est recommandée pour le carcinome hépatocellulaire (CHC) non curable. L'utilisation de plateformes de release au cours des CHE permet la libération lente de la chimiothérapie dans les artères tumorales et l'exposition prolongée des cellules tumorales tout en minimisant les effets systémiques. L’émulsion lipiodolée est l'une des plateformes les plus couramment utilisées pour la CHE du CHC. Cependant, la libération de chimiothérapie se produit trop rapidement car les émulsions lipiodolées sont très instables Tout d'abord, nous avons démontré qu’une meilleure stabilité (utilisation d’un tensioactif synthétique comme émulsifiant) améliore les propriétés thérapeutiques de l'émulsion lipiodolée dans un modèle de lapin porteur de tumeurs VX2. Une revue de la littérature indique également que l'émulsion lipiodolée doit être de type eau dans l'huile (w/o) pour une meilleure sélectivité tumorale. Ensuite, nous avons analysé les paramètres techniques qui formulent des émulsions w/o avec la meilleure stabilité et sans émulsifiant supplémentaire. Nous avons constaté que l'incorporation progressive de la chimiothérapie dans le Lipiodol aboutit à un type d’émulsion w/o beaucoup plus prévisible et à une plus grande stabilité. Nous avons également constaté qu’un ratio volumique élevé Lipiodol / chimiothérapie est un paramètre important pour la stabilité de l’émulsion. Ensuite, nous avons développé un nouveau concept d'émulsion pour CHE qui utilise des nanoparticules d'acide polylactique-co-glycolique (PLGA) (Nps) pour stabiliser le Lipiodol et la chimiothérapie (Emulsion de Pickering). L'analyse in-vitro a démontré que l'émulsion de Pickering est la seule plateforme de release (versus émulsion lipiodolée ou billes chargées) qui permet une libération lente et complète de diverses chimiothérapies (doxorubicine, irinotécan, oxaliplatine) mais aussi d'anticorps (anti-CTLA4), ce qui fait de l'émulsion Pickering une plateforme de release universelle, non seulement pour la CHE mais aussi pour l'immunothérapie intra-artérielle. Enfin, la CHE avec de l'oxaliplatine a été réalisé dans un modèle de lapin porteurs de tumeurs VX2 pour comparer l'émulsion de Pickering et l'émulsion lipiodolée. Grâce à son release lent, l'émulsion de Pickering a considérablement diminué l'exposition systémique, mais également augmenté de manière significative le ratio tumeur / foie de l'exposition à l’oxaliplatine. / Liver Trans-Arterial Chemo-Embolization (TACE) is recommended for non-resectable, intermediate Hepatocellular carcinoma (HCC). The use of drug delivery platforms during TACE allows slow release of chemotherapy into the tumors’ arterial supply and prolonged exposure of the tumor cells while minimizing systemic exposures. Lipiodol-emulsion is one of the most widely used drug delivery platforms for TACE of HCC. However, the release of chemotherapy occurs very rapidly because Lipiodol-emulsions have poor stability. First, we have demonstrated that high stability (using synthetic surfactant as emulsifier) improves the therapeutic properties of Lipiodol-emulsion in a VX2-tumor rabbit model. A literature review also indicates that Lipiodol-emulsion must be water-in-oil (w/o) for better tumor’ uptakes. Next, we analyzed technical parameters that formulate in-vitro w/o emulsions with better stability without any additional emulsifier. We found that progressive incorporation of chemotherapy in the Lipiodol results in much more predictable w/o type and higher stability and that higher ratio of Lipiodol/chemotherapy is also a critical parameter for stability. Then, we develop a new concept of emulsion for TACE that uses Polylactic-co-glycolic acid (PLGA) nanoparticles (Nps) to stabilize Lipiodol and chemotherapy (Pickering-emulsion). In-vitro analysis demonstrated that Pickering-emulsion is the only drug delivery system (versus Lipiodol-emulsion and drug eluding beads) that allows slow and complete release of various chemotherapies (doxorubicin, irinotecan, oxaliplatin) but also of antibodies (anti-CTLA4), making Pickering-emulsion an universal carrier, not only for TACE but also for trans-arterial immunotherapy. Finally, TACE with oxaliplatin were performed in a VX2-tumor rabbit model to compare in-vivo Pickering-emulsion and Lipiodol-emulsion. Thanks to its slow drug release, Pickering-emulsion significantly decreased the systemic exposure but significantly increased the tumor/liver ratio oxaliplatin exposure.

Avec environ 700 000 décès en 2008, le carcinome hépatocellulaire se situe au 3ème rang de la mortalité par cancers dans le monde. La chimioembolisation est le traitement recommandé chez les patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire de stade intermédiaire B de la classification Barcelona Clinic Liver Cancer. Cette technique de radiologie interventionnelle consiste en l'injection intraartérielle d'un agent anticancéreux à l'aide d'un vecteur (lipiodol ou microsphères d'embolisation) complétée par une occlusion artérielle lorsque le lipiodol est utilisé. La médiane de survie des patients traités par chimioembolisation pour un carcinome hépatocellulaire n'excède pas 2 ans et il n'existe aucun consensus sur la procédure optimale.L'objectif de notre travail est d'essayer d'améliorer la procédure de chimioembolisation en optimisant d'une part l'agent anticancéreux et d'autre part, son vecteur.Il a été démontré au cours d'un travail de sélection in vitro, que l'idarubicine est l'agent anticancéreux le plus cytotoxique sur 3 lignées humaines de carcinome hépatocellulaire. Cette anthracycline présente une cytotoxicité supérieure à 10 autres agents anticancéreux dont ceux utilisés en pratique clinique pour la chimioembolisation des carcinomes hépatocellulaires.L'essai de chimioembolisation de phase II randomisé LIPIOAMIO a montré que l'addition d'amiodarone utilisé pour stabiliser une émulsion à base de lipiodol et d'anthracycline n'augmente pas signicativement la survie des patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire non résécable non métastatique. Nous avons par ailleurs montré que l'idarubicine était chargeable et donnait une solution stable plusieurs mois avec les microsphères d'embolisation DC Bead™. Un essai de phase I est en cours pour déterminer la dose limitante de l'idarubicine administrée dans une solution de microsphères DC Bead™ au cours d'une séance de chimioembolisation chez des patients atteints d'un carcinome hépatocellulaire non résécable, non métastatique. Quelques résultats préliminaires de cet essai sont présentés dans le manuscrit.

Avec environ 700 000 décès en 2008, le carcinome hépatocellulaire se situe au 3ème rang de la mortalité par cancers dans le monde. La chimioembolisation est le traitement recommandé chez les patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire de stade intermédiaire B de la classification Barcelona Clinic Liver Cancer. Cette technique de radiologie interventionnelle consiste en l’injection intraartérielle d’un agent anticancéreux à l’aide d’un vecteur (lipiodol ou microsphères d’embolisation) complétée par une occlusion artérielle lorsque le lipiodol est utilisé. La médiane de survie des patients traités par chimioembolisation pour un carcinome hépatocellulaire n’excède pas 2 ans et il n’existe aucun consensus sur la procédure optimale.L’objectif de notre travail est d’essayer d’améliorer la procédure de chimioembolisation en optimisant d’une part l’agent anticancéreux et d’autre part, son vecteur.Il a été démontré au cours d’un travail de sélection in vitro, que l’idarubicine est l’agent anticancéreux le plus cytotoxique sur 3 lignées humaines de carcinome hépatocellulaire. Cette anthracycline présente une cytotoxicité supérieure à 10 autres agents anticancéreux dont ceux utilisés en pratique clinique pour la chimioembolisation des carcinomes hépatocellulaires.L’essai de chimioembolisation de phase II randomisé LIPIOAMIO a montré que l’addition d’amiodarone utilisé pour stabiliser une émulsion à base de lipiodol et d’anthracycline n’augmente pas signicativement la survie des patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire non résécable non métastatique. Nous avons par ailleurs montré que l’idarubicine était chargeable et donnait une solution stable plusieurs mois avec les microsphères d’embolisation DC Bead™. Un essai de phase I est en cours pour déterminer la dose limitante de l’idarubicine administrée dans une solution de microsphères DC Bead™ au cours d’une séance de chimioembolisation chez des patients atteints d’un carcinome hépatocellulaire non résécable, non métastatique. Quelques résultats préliminaires de cet essai sont présentés dans le manuscrit. / With 700,000 deaths in 2008, hepatocellular carcinoma is the 3rd most common cause of cancer-related death worldwide. Transarterial chemoembolization is the standard treatment for intermediate-stage hepatocellular carcinoma. This intraarterial treatment is performed by injecting an anticancer drug carried by ethiodized oil or by drug-eluting beads and followed by the occlusion of the artery when ethiodized oil is used. Median survival of patients remains < 2 years, and there is no consensus about the optimal treatment regimen. The aim of our work was to improve the efficacy of transarterial chemoembolization in optimizing the anticancer drug and its carrier.We have demonstrated that idarubicin was the most cytotoxic anticancer drug in an in vitro screening study of 11 anticancer drugs on 3 human hepatocellular carcinoma cell lines. Idarubicin was more cytotoxic in our experiment than the anticancer drugs which are currently used for transarterial chemoembolization of hepatocellular carcinoma.The randomized LIPIOAMIO phase II trial has shown that the addition of amiodarone to stabilize an emulsion composed of an anthracycline and of ethiodized oil injected for transarterial chemoembolization does not improve significantly survival of patients with a non resectable, non metastatic hepatocellular carcinoma. We have also demonstrated that idarubicin could be loaded in drug-eluting DC Bead™ and that the resulting solution was stable during several months.We designed the dose-escalation IDASPHERE phase I trial to determine the limiting dose of idarubicin administred in a solution of drug-eluting DC Bead™ during a transarterial chemoembolization session in patients with non resectable, non metastatic hepatocellular carcinoma. First results of the trial are presented in the manuscript.

La recherche de nouvelles molécules pour la médecine nucléaire est un domaine en expansion croissante. Ces dernières années, le développement de nouveaux radiopharmaceutiques à visée thérapeutique a relancé l'intérêt pour la chimie du rhénium. En effet, les deux isotopes 186Re et 188Re, du fait de leurs propriétés adéquates et de leur analogie avec le 99mTc, largement utilisé pour les examens cliniques, semblent très prometteurs pour la préparation de radiopharmaceutiques.<br />Dans la première partie de ce manuscrit, la synthèse de complexes du rhénium et du technétium-99, [M(RPhCS3)2(RPhCS2)] (M = Re, Tc), est décrite. La préparation de radiopharmaceutiques à base de technétium-99m, analogues des composés obtenus à l'échelle pondérale, est également décrite. La stabilité/réactivité de ces complexes a été étudiée, au moyen de réactions d'échange avec d'autres ligands potentiels, et notamment par des dithiocarbamates, ainsi que par spectrophotométrie d'absorption UV-visible et analyse thermogravimétrique.<br />La réactivité des complexes vis-à-vis des dithiocarbamates conduit à la possibilité du greffage de biomolécules sur le cœur métallique, via le fragment dithiocarbamate. Cette méthode constitue une alternative potentielle aux procédures actuelles utilisant l'approche bifonctionnelle.<br /><br />Dans la seconde partie de ce manuscrit, la mise au point d'un kit pour le marquage du lipiodol par le rhénium-188 est décrite, à partir du complexe analogue des complexes décrits dans la première partie. L'huile radiomarquée ainsi obtenue est potentiellement utilisable pour le traitement de l'hépatocarcinome. La stabilité in vitro et in vivo du complexe rhénié 188Re-SSS lipiodol et de son analogue technétié 99mTc-SSS lipiodol a été étudiée, ainsi que leur comportement in vivo sur un modèle de porc sain.<br />Cette étude a permis de montrer la fixation quasi-exclusive du radiopharmaceutique au niveau du foie, ainsi que la stabilité de ce composé. Sa sélectivité pour les tumeurs reste à démontrer avant de passer aux premiers essais chez l'homme.

Cancer is responsible for upward of 13% of human deaths. Contemporary chemotherapy of disseminated cancer is often thwarted by dose limiting systemic toxicity and by multi-drug resistance (MDR). Riminophenazines are a novel class of potential anticancer agents that possess a potent multi-mechanistic antineoplastic action. Apart from their broad action against intrinsic, non-classical resistance, Riminophenazines inhibit the action of Pgp and hypothetically all ABC transporters demonstrating their great utility against classical MDR. Considering that combination chemotherapy is the norm, the vision directing R&D efforts was that Riminophenazines could be used with benefit within many standard chemotherapeutic regimes. The strategic intent of this project was to attain improved therapeutic benefit for patients through gains in both pharmaco dynamic and pharmacokinetic specificity for cancer cells over what is currently available. Tactically, this was driven through the use of synergistic Fixed-Ratio Drug Combinations (FRDC) encapsulated within tumour-targeting Nanoparticulate Drug Delivery Systems (NDDS). Long-term aims of this R&D project were to: 1) Screen FRDC of clofazimine (B663) and the lead derivative (B4125) with etoposide, paclitaxel and vinblastine for synergistic drug interactions in vitro. 2) Design, assemble and characterize a novel nanoparticulate, synergistic, anticancer co-formulation. 3) Evaluate the in vivo safety and efficacy of the developed product/s in accordance with international regulatory guidelines. Using the median effect and combination index equations, impressive in vitro synergistic drug interactions (CI<1) were shown for various FRDC of the three standard chemotherapeutics tested (etoposide, paclitaxel and vinblastine) in combination with either B663 or B4125 against MDR neoplastic cell cultures. Considering in vitro results and with the view to advance quickly to clinical studies, the already approved clofazimine (B663) was elected as the combination partner for paclitaxel (PTX). Considering the potency and wide action of PTX, a novel coformulation (designed to circumvent drug resistance) has the potential to greatly impact upon virtually all cancer types, particularly if selectively delivered through innovative delivery systems and loco-regional administration. A passively tumour targeting, micellular NDDS system called Riminocelles™ that encapsulates a synergistic FRDC of B663 and PTX has been designed, assembled using thin film hydration methods and characterized in terms of drug loading, particle size, zeta potential, CMC and drug retention under sink conditions. An acute toxicity and a GLP repeat dose toxicity study confirmed Riminocelles to be well tolerated and safe at clinically relevant dosages whilst Taxol® (QDx7) produced statistically significant (P<0.05) weight loss within 14 days. The same study demonstrated statistically significant (P<0.05) tumour growth delays superior to that of Taxol at an equivalent PTX dosage of 10 mg/kg. Importantly, all components (amphiphiles and drugs) used in assembly of Riminocelles are already individually approved for medicinal use - this promotes accelerated development towards advanced clinical trials and successful registration. Although these results are very promising (outperforming Taxol), this system was however found in a pharmacokinetic study to suffer from in vivo thermodynamic instability due to the high concentration (abundance) of albumin present in plasma. For this reason, in vivo longevity within circulation, permitting passive tumour accumulation was not fully realized. A second NDDS called the RiminoPLUS™ imaging system was additionally developed. This lipopolymeric nanoemulsion system has successfully entrapped Lipiodol® Ultra fluid (an oil based contrast agent) within the hydrophobic core of a monodisperse particle population with a size of roughly 100 nm and a stability of one week. This formulation is therefore thought capable of CT imaging of tumour tissue and drug targeting after either intravenous or loco-regional injection. In vivo proof of the imaging concept is warranted. The results of this study serve to highlight the great potential of in vitro optimized synergistic FRDC against drug resistant cancers. Lipopolymeric micelles are an effective way to formulate multiple hydrophobic drugs for intravenous administration and present a means by which cancer can be readily targeted; provided that the delivery system possess the prerequisite in vivo stability and surface attributes. Further experiments exploring synergistic drug and biological combinations as well as “intelligent” NDDS actively guided through specific molecular recognition are called for. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2012. / Pharmacology / unrestricted