Dans le secteur médical, la nanovectorisation ciblée (NVC) est susceptible de lever de nombreux verrous technologiques en matière de traitements médicaux. L’absence d’une démarche axée sur les impacts possibles, l’acceptation et l’acceptabilité de la NVC pourrait toutefois conduire à un manque d’adéquation entre les applications développées et les besoins et valeurs des utilisateurs, freinant ultimement leur déploiement. Sur la base d’un modèle interdisciplinaire d’analyse d’impact et d’acceptabilité, les variables de perception des impacts, d’acceptation d’acceptabilité ont été opérationnalisées et étudiées au regard de la nature du nanovecteur, du contexte d’usage clinique et de la culture disciplinaire et sociale des répondants. L’exploration des impacts perçus, mobilisés et pondérés sur un ensemble d’enjeux éthiques, économiques, environnementaux, légaux et sociaux (E3LS) a permis d’établir un premier portrait de l’acceptabilité de cette application. Une approche descriptive-exploratoire fondée sur un devis mixte avec triangulation séquentielle des données a été employée. Les données ont été collectées en deux phases, d’abord par le biais d’un questionnaire en ligne (n=214), puis par des entrevues individuelles semi-dirigées (n=22). Une recension des scientifiques actifs du secteur des technologies émergentes oeuvrant en sciences naturelles et ingénierie ainsi qu’en sciences humaines et sociales a permis de former l’échantillon final composé de chercheurs Français et Québécois. L’opérationnalisation du cadre de référence a permis de montrer l’importance de distinguer le dispositif et les usages lors de la formulation du jugement d’acceptabilité, relevant parallèlement une influence du contexte d’usage sur l’acceptabilité des applications de NVC. Des variations disciplinaires et sociales quant aux jugements d’acceptabilité ont aussi été soulevées, soulignant des sensibilités culturelles relativement aux éléments mobilisés dans le jugement d’acceptabilité. Ces distinctions relatives à la manière d’appréhender la NVC invitent à dépasser les approches traditionnelles d’acceptation technologiques et à converger vers une approche d’acceptabilité axée sur les impacts perçus et valorisés relativement à un ensemble d’enjeux E3LS. Les résultats des deux phases de l’étude ont aussi montré que l’opérationnalisation du cadre théorique de référence était adéquate pour arriver à cette fin. Ultimement, afin de prendre en compte et de comprendre l’étendue possible des impacts perçus et valorisés dans le jugement d’acceptabilité de l’ensemble des acteurs concernés par les nouvelles applications nanomédicales, l’élaboration de ces applications bénéficierait à employer une telle approche et à l’intégrer aux processus de développement technologique. / In many medical fields, nanocarrier-based targeted drug-delivery (TDD) is likely to remove many technical obstacles regarding treatment. The lack of an approach based on variables such as potential impacts, acceptance, and acceptability could however lead to a mismatch between TDD applications being developed and users’ needs and values; this mismatch could ultimately hold back their deployment. Based on an interdisciplinary approach for the analysis of impact and acceptability of emerging technologies, three main concepts of a new theoretical framework—perceived impacts, acceptance, and acceptability—have been operationalized. This operationalisation has been studied in the light of several variables, namely the nature of the nanocarrier, the clinical context of use, and the disciplinary and social culture of the respondents. An exploration of the impacts perceived, mobilized and weighted, based on a set of ethical, economic, environmental, legal and social (E3LS) issues allowed to establish a first portrait of the acceptability of this application. A descriptive-exploratory approach based on a mixed-methods design with sequential data triangulation was used. The data were collected in two phases, first through an online questionnaire (n = 214), and then through semi-structured individual interviews (n = 22). The final sample was composed of French and French-Canadian researchers involved in themes related to emerging technologies, all from natural sciences and engineering or from humanities and social sciences. The operationalisation of the theoretical framework highlighted the importance of distinguishing the device and the uses when formulating the acceptability judgment, revealing also the influence of the context of use on the acceptability of TDD applications. Disciplinary and social variations related to acceptability judgments were also raised, highlighting possible cultural sensitivities regarding elements mobilized in those acceptability judgments. These distinctions on how are apprehended TDD applications invite to go beyond traditional approaches of technology acceptance and to converge toward approaches of acceptability; those approaches also need to integrate how impacts on E3LS issues are perceived and weighted. The results of both phases of the study also showed that the operationalization of the theoretical framework was adequate to achieve that end. Ultimately, in order to figure and to understand the broad spectrum of possible impacts that may be perceived and valued in the acceptability judgment of stakeholders affected by the development of new nanomedical applications as TDD, the development process of those applications could benefit from integrating this approach.

Les neuropeptides endogènes chez l’homme, tels que les enképhalines et endomorphines, ont un potentiel thérapeutique considérable dans le traitement de la douleur. Ils agissent en activant les récepteurs opioïdes qui sont très largement distribués dans le système nerveux central ainsi que dans plusieurs tissus périphériques. Ces neuropeptides présentent, cependant, un certain nombre d’inconvénients qui limitent de manière importante leur efficacité thérapeutique. Tout d’abord, en raison de leur hydrophilie, ils ne passent pas la barrière sang/système nerveux, ce qui limite leur accès aux récepteurs opioïdes. De plus, ils présentent un temps de demi-vie plasmatique relativement court du fait d’une métabolisation rapide. Enfin, pour être efficaces, ces neuropeptides devraient résister à la protéolyse dans le système circulatoire et être suffisamment hydrophobes pour traverser ces barrières hémato-nerveuses.Le but de la thèse a consisté à créer de nouveaux nanomédicaments à base d’endorphines pour vectoriser et combattre la douleur de manière efficace.. Dans ce but, a été établi une liaison chimique covalente, enzymatiquement clivable (ester ou amide), entre le squalène (SQ, un lipide naturel et biocompatible) et le neuropeptide. Ce couplage donne lieu à des prodrogues qui ont la capacité de s'auto-assembler en nanoparticules (NPs) dans l'eau sans l’aide d'un agent tensio-actif. D’une manière générale, cette technologie présente de nombreux avantages tels qu’un taux de charge élevé en principe actif, une protection efficace de celui-ci vis-à-vis de la métabolisation et l’absence de phénomène de « burst release ».Durant ce travail de thèse, nous avons pu montrer pour la première fois que les Leu-enképhalines (LENK) pouvaient devenir efficaces pharmacologiquement une fois couplées au squalène, via une liaison amide (Am), ou via un bras espaceur, tel que le dioxycarbonyl (Diox), ou le diglycolate (Dig). Les prodrogues résultant de ce couplage ont toutes montré des propriétés d’auto-assemblage en milieu aqueux. Cette nanoformulation à base de squalène a permis, d’une part de protéger la LENK de la métabolisation rapide dans le plasma et d’autre part, de lui conférer un effet anti-hyperalgésique significatif dans un modèle de douleur inflammatoire induite chez le rat par la carragénine (test de Hargreaves). Il est important de souligner que cet effet anti-hyperalgésique a duré 3 fois plus longtemps qu’avec la morphine. Un prétraitement avec un antagoniste des récepteurs opioїdes imperméable à la BHE, comme la méthylnaloxone a complètement antagonisé l’effet anti-hyperalgésique des nanoparticules de LENK-SQ, démontrant ainsi que celles-ci agissent via les récepteurs opioïdes périphériques. De plus, l’étude de biodistribution de NPs LENK-SQ fluorescentes a montré une forte accumulation des celles-ci au niveau de la patte œdémateuse, mais aussi dans le foie, la rate et les poumons alors qu’aucun signal n’a pu être détecté au niveau cérébral, ce qui confirme bien l’effet périphérique de ces nanoparticules. Enfin, des études toxicologiques ont montré que malgré l’accumulation des NPs dans le foie, les taux d’aspartate transaminase (AST) et alanine transaminase (ALT) n’ont pas augmenté garantissant ainsi l’innocuité des NPs LENK-SQ après leur injection i.v. Cette étude représente une approche innovante et prometteuse permettant une distribution ciblée du neuropeptide endogène LENK dans les tissus œdémateux pour soulager efficacement la douleur inflammatoire. / Enkephalin is an endogenous pentapeptide producing potent analgesia by activating opioid receptors located on central and peripheral neuronal cell membranes. However, its clinical use has historically been limited due to pharmacokinetic issues, including restricted plasma stability and blood brain barrier impermeability. The aim of this project is to create a new enkephalin-based nanomedicine targeting pain, using biocompatible and biodegradable materials for drug delivery and targeting purposes, such as squalene (squalenoylation nanotechnology). This nanotechnology presents a new concept with numerous advantages in comparison with the conventional nanocarriers, such as high drug loading and absence of “burst release”. Here, we show for the first time, that the rapidly metabolized Leu-enkephalin (LENK) neuropeptide may become pharmacologically efficient owing to its simple conjugation with the squalene (SQ) using three different chemical linkers, i.e., dioxycarbonyl (Diox), diglycolate (Dig), or amide bond (Am). The resulting prodrugs were able to self-assemble in nanoparticles in aqueous media. This new squalene-based nanoformulation prevented rapid plasma degradation of LENK and conferred to the released neuropeptide a significant anti-hyperalgesic effect in a carrageenan-induced paw edema model in rats (Hargreaves test). It should be stressed that this effect lasted 3 times longer than morphine. Pretreatment with brain impermeant opioid receptor antagonist naloxone methiodide (Nal-M) reversed the nanoparticles induced anti-hyperalgesia, indicating that LENK-SQ NPs acted through peripherally located opioid receptors. Moreover, the biodistribution of DiD-fluorescently labeled LENK-SQ NPs showed a strong accumulation of the fluorescence within the inflamed paw as well as in the liver, spleen, and lung, while no signal could be detected in the brain, confirming the peripheral effect of LENK-SQ NPs. Toxicological studies showed that despite nanoparticles accumulation in the liver, the levels of aspartate transaminase (AST) and alanine transaminase (ALT) were not increased after i.v. injection of LENK-SQ NPs, highlighting thus their safety. This study represents a novel drug targeting approach, allowing the specific delivery of LENK neuropeptide into inflamed tissues for pain alleviation.

Les différences de réponse médicamenteuse entre patients sont fréquentes, conduisant souvent à des difficultés à cibler la fenêtre thérapeutique et optimiser le traitement. Les médicaments courants sont efficaces pour seulement 25% à 60% des patients. Deux facteurs majeurs impliqués dans l’efficacité des médicaments sont leur métabolisme et clairance. Notamment, le CYP3A4 est la principale enzyme responsable du métabolisme des médicaments dans les hépatocytes ; des variations dans son activité entraînent une incertitude de dose. Pour améliorer l'efficacité du médicament, ce travail de thèse se concentre sur le développement de nano-transporteurs chargés avec des molécules naturelles inhibant le CYP3A4 et ciblant les hépatocytes, à administrer avant le médicament pour minimiser son métabolisme. Une méthodologie pour examiner les composés inhibiteurs du CYP3A4, fixer leur dose et leur temps d’administration pour une utilisation in vivo a été développée. Une première preuve de concept a été démontrée en utilisant une micelle chargée de furanocoumarine comme composé inhibiteur de CYP3A4 : des études d'efficacité antitumorale et la quantification dans la tumeur du médicament cytotoxique docetaxel, injecté après les micelles chargées de furanocoumarine, ont été engagés sur deux modèles de tumeurs xénogreffées chez la souris. Une deuxième génération de nano-transporteurs a été développée, avec des propriétés physico-chimiques optimisées pour cibler spécifiquement les hépatocytes. La démonstration de leur accumulation spécifique dans les hépatocytes et de l'amélioration supplémentaire de l’efficacité du docetaxel a été menée. Une perspective sur l'utilisation d'une telle approche pour améliorer l'efficacité des médicaments existants en oncologie est discutée, notamment pour le carcinome hépatocellulaire différencié. / Differences in drug response among patients are common, often leading to challenges in targeting the therapeutic window and optimizing the treatment. Major drugs are reported to be effective in only 25% to 60% of patients. Two important factors responsible for the effective dose of drug are drug metabolism and clearance. Notably, CYP3A4 is the main enzyme responsible for drug metabolism in hepatocytes; variations in its activity result in dose uncertainty. To improve drug’s effectiveness, this thesis work focuses on the development of nanocarriers loaded with natural CYP3A4-inhibiting molecules and targeting hepatocytes, to be administered prior to the drug to minimize its metabolism. A methodology to systematically screen CYP3A4-inhibiting compounds and set the dose and schedule for in vivo use was developed. A first proof-of-concept was demonstrated using a furanocoumarin-loaded micelle as CYP3A4-inhibiting compound: anti-tumor efficacy studies and quantification within tumor of the cytotoxic drug docetaxel, injected after furanocoumarin-loaded micelle, were engaged on two xenografted tumor models in mice. A second generation of nanocarriers was developed, with optimised physico-chemical properties to target specifically hepatocytes. The demonstration of their specific accumulation in hepatocytes and additional improvement in boosting of docetaxel was conducted. A perspective in using such an approach to enhance the effectiveness of existing drugs in oncology is discussed, notably for differentiated hepatocellular carcinoma.

Les nanomédecines injectées par voie intraveineuse interagissent avec les éléments biologiques qui les entourent dans le compartiment sanguin. Parmi ces interactions, celles avec les protéines sanguines se révèlent être très importantes dans le devenir de ces nanovecteurs, leur conférant une identité biologique influençant leur chemin jusqu’au tissu et aux cellules cibles. La compréhension et le contrôle de ces phénomènes reste un enjeu crucial dans le développement des nanomédecines. Des méthodes permettant une étude facilitée de ces interactions sont nécessaires à cet égard. Les travaux de cette thèse ont eu pour but de développer des méthodes, utilisables en routine, permettant une caractérisation fine des nanomédecines et de leurs interactions avec les protéines plasmatiques, applicables dans un contexte clinique. Ils s’inscrivent dans un projet intitulé « Nano Innovation for CancEr » (NICE, BPI France) regroupant un consortium de partenaires industriels en développement clinique de nanomédecines.Dans un premier temps, un travail bibliographique sur les méthodes actuellement mises en œuvre pour une telle caractérisation ont pu mettre en avant deux limitations majeures. (i) D’une part, la complexité des méthodes actuelles disponibles pour lesquelles la spécificité des équipements et l’expertise requise limitent une utilisation à large échelle. (ii) D’autre part, les propriétés aujourd’hui caractérisées en routine (taille, morphologie globale, charge) ne sont que grossières comparées à la finesse des processus biologiques qui interagissent et « analysent » les nanovecteurs une fois introduits dans le milieu biologique. Ces deux aspects limitent aujourd’hui un développement plus sûr des nanomédecines pour une bonne reproductibilité en clinique et garantir des essais de contrôle qualité fiables.Au cours de nos travaux, nous avons développé des méthodes permettant de répondre en partie à la problématique posée par la caractérisation des nanomédecines. Une méthode d’analyse à haut débit de l’activation du système du complément par immunoélectrophorèse en deux dimensions a été développée et validée. Elle permet l’analyse reproductible de l’activation de la protéine C3. Elle est applicable à l’étude de l’effet de la présence de nanoparticules dans le sérum humain et leur degré d’action sur la cascade du complément. Cette méthode a été utilisée pour mener une étude plus fondamentale du mécanisme de l’activation du système du complément en regard de l’architecture de la surface de nanoparticules.Une deuxième méthode d’étude de l’activation du complément produit par des nanomédecine a été proposée sur la base de la résonnance plasmonique de surface (SPR). Une puce permettant un screening automatisé de l’activation du complément a été développée. L’application de cette méthode comparée à d’autres méthodes d’études de l’activation du système du complément (Immunoélectrophorèse 2D, ELISA) a permis d’identifier des biais lors de leur application à l’évaluation des nanomédecines.Enfin, une approche originale de caractérisation de la surface de nanoparticules a été proposée utilisant des protéines pour sonder la capacité de la surface des nanoparticules à adsorber ou repousser ces dernières. Dans cette méthode, l’électrophorèse capillaire est utilisée comme outil analytique permettant une analyse directe de l’échantillon sans séparation préalable des nanomédecines.Les méthodes développées au cours de ces travaux peuvent être appliquées à la caractérisation de nanomédecines et proposées comme des méthodes de contrôle en routine de façon plus générale. Un développement de la caractérisation dans ce sens constitue l’un des leviers pour une translation plus fructueuse des nanomédecines entrant en phase clinique. / Nanomedicines injected intravenously interact with surrounding biological elements in the bloodstream. Among these interactions, those with blood proteins turn out to be very important regarding the becoming of the nanovectors. They acquire a biological identity upon interaction with proteins which influence their path to target tissue and cells. The understanding and mastering of these phenomena remains a crucial issue in nanomedicine development. Methods allowing an easier study of these interactions are needed. The aim of these PhD thesis was to develop such methods, usable on a routine basis in a clinical context, allowing a fine characterization of nanomedicines and their interactions with plasmatic proteins. This PhD is part of the project “Nano Innovation for CancEr” (NICE, BPI France), gathering a consortium of industrials partners developing clinical nanomedicines.In a first time, a bibliographic study about current methods used for such a characterization could identify two major limitations. (i) On one hand, the complexity of current available methods for which the equipment specificity and required expertise prevent their use at a large scale. (ii) On the other hand, properties today characterized on a daily basis (size, morphology, charge) are too rough compared to the sharpness of biological processes who interact and “analyze” the nanovectors introduced in biological media. These two aspects are limiting a safer development of nanomedicines as well as a good reproducibility of their action in clinics.During this thesis, we developed methods allowing a beginning of answer to the wide problematic of nanomedicine characterization. A method for a high throughput analysis of complement activation by nanomedicines via 2D immunoelectrophoresis was developed and validated. It allows the reproducible analysis of protein C3 fragmentation. This method is applicable to the study of the impact of nanoparticles in human serum and their degree of action on the complement cascade. This method has been used for a more fundamental study on complement activation pathways activated according to the architecture of nanoparticles surface.A second method for the study of complement activation produced by nanoparticles has been proposed using surface plasmon resonance (SPR). A chip allowing an automated screening of complement activation has been developed. This method was compared to other methods for complement activation study (2D immunoelectrophoresis, ELISA) and allowed the identification of bias during nanomedicine evaluation.Finally, an original approach for the characterization of nanomedicine’s surface architecture using proteins as molecular probes has been proposed. In this method, capillary electrophoresis has been used as analytical tool to allow a direct analysis of sample without preliminary nanoparticle removal step.Methods developed during this work can be applied to the characterization of nanomedicines and proposed as routine methods for quality control. A development of nanomedicines characterization in this direction constitute one of the lever for a more fruitful translation of nanomedicines entering in clinical phase.

Une nouvelle plateforme hydrogel uniquement formée par l’association de nanocapsules lipidiques (NCLs) a été développée en s’inspirant de précédents travaux utilisant une gemcitabine modifiée. Afin de limiter la toxicité de l’hydrogel, la gemcitabine a été remplacée par la cytidine, rendue amphiphile par une chaîne aliphatique (Cyt-C16). Placée à l’interface huile/eau des NCLs, la Cyt-C16 permet la formation d’un réseau tridimensionnel de NCLs à l’origine de la gélification. Un plan de mélange a permis d’optimiser les procédés de formulation de 4 tailles de NCLs modèles. Les propriétés viscoélastiques des hydrogels sont modulables. Plus les concentrations en NCLs et Cyt-C16 sont élevées, plus le gel est « rigide », indépendamment de la taille des NCLs qui doit être supérieure à 50 nm pour permettre la gélification. Les hydrogels sont injectables et permettent une libération prolongée de NCLs (de taille mono-disperse), sans toxicité supplémentaire in vitro, du fait de la présence de la Cyt-C16. De plus, uniquement solubilisée dans l’huile,la Cyt-C16 permet d’obtenir un organogel, dont les propriétés viscoélastiques sont renforcées en augmentant sa concentration. L’injection sous-cutanée (SC) in vivo des deux gels est bien tolérée et entraine une réaction inflammatoire locale comparable à celle provoquée par un excipient pharmaceutiquement acceptable. Ces deux formes pourront être utilisées pour libérer de façon prolongée différents actifs. Deux applications précliniques des hydrogels ont été explorées, l’une utilisant la voie SC pour cibler les ganglions lymphatiques, la seconde permettant un traitement local des suites opératoires d’une résection de glioblastome. / An innovative hydrogel platform obtained by the association of lipid nanocapsules (LNCs) was based on the previous work on modified gemcitabine. To limit the inherent toxicity of the hydrogel, gemcitabine was replaced by cytidine, then modified by an aliphatic chain (Cyt-C16). The hydrogel network was allowed by H-bond interactions between cytidine moieties exposed at the oil/water interfaces of LNCs. An experimental plan provided the formulation processes for 4 optimized sizes of model LNCs. The gelation was only possible for LNC sizes higher than 50 nm, and the hydrogel viscoelastic properties are versatile. The hydrogel is more “rigid” when LNC and Cyt-C16 concentrations increase, independently of the LNC size. The hydrogels are injectable and allow a sustained release of LNCs (withmonodisperse size), without additional in vitrocytotoxicity due to Cyt-C16. Moreover, when solubilized in oil, Cyt-C16 alone produced an organogel platform, whose viscoelastic properties are strengthened increasing its concentration. Both types of gels showed a good biocompatibility after an in vivo subcutaneous (SC) injection, with a local inflammatory response similar to that of induced by an approved excipient. These two forms could be used to sustain the release of various drugs, and two preclinical applications of hydrogels have been explored : one using the SC route to target lymph nodes, and the second for local treatment after glioblastoma resection.

L’objectif de ces travaux de thèse, inscrits dans le projet ERC Advanced Grant «TERNANOMED», était de développer un nanomédicament squalèné à base d’adénosine (NPs d’AdSQ) pour le traitement des accidents vasculaires cérébraux et des traumatismes de la moelle épinière. La première partie de ce travail décrit la préparation et la caractérisation des NPs d’AdSQ, et la mise en évidence d’une activité thérapeutique spectaculaire dans des modèles pré-cliniques d’ischémie cérébrale et de neurotrauma. Afin de mieux comprendre le mécanisme d’action des NPs, la deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l’étude détaillée de la transcytose des NPs à travers la barrière hémato-encéphalique, et a permis de démontrer le désassemblage des NPs au sein des cellules endothéliales. Cette étude confirme que l’action des NPs d’AdSQ résulte en premier lieu d’une activité vasculaire via l’amélioration de la microcirculation, et dans un second temps, permet la protection des neurones, vraisemblablement grâce au couplage neurovasculaire et à l’action pléiotropique et multi-cibles de l’adénosine. La troisième partie de ce travail de thèse avait pour but de décrire en détail le profil pharmacocinétique et la biodistribution des NPs d’AdSQ à l’aide de techniques innovantes de radiomarquage. Enfin, une dernière partie présente des résultats préliminaires sur le développement d’un outils théranostic via l’encapsulation d’USPIO comme agent de contraste IRM au sein des NPs d’AdSQ. Dans son ensemble, ce travail de thèse a permis d’établir les fondements de l’extension de la plateforme de «squalènisation» au traitement des pathologies du système nerveux central. / This PhD work, as a part of the ERC Advanced Grant project «TERNANOMED», aimed at developing a squalenoyl nanomedicine of adenosine (SQAd NAs), for the treatment of stroke and spinal cord injury (SCI). The first part of this research was dedicated to the preparation and characterization of SQAd NAs, and highlighted their dramatic therapeutic activity in pre-clinical models of cerebral ischemia and SCI. To further understand the mechanism of action of these NAs, the second part of this thesis was devoted to the detailed study of their transcytosis across the Blood-Brain Barrier. It was shown that the NAs were disassembled inside the endothelial cells, confirming that the pharmacological mechanism of the SQAd NAs action appeared to be a primary vascular protection via the improvement of microcirculation, leading to a secondary neuronal preservation, likely thanks to neurovascular coupling and to the pleiotropic multitargeted abilities of adenosine. The third part of this work aimed to describe the pharmacokinetic profile and tissue distribution of SQAd NAs, thanks to innovative techniques of radiolabeling. Finally, the fourth part presented preliminary results on the development of a theranostic tool, by incorporating USPIO as a MRI contrast agent inside the SQAd NAs. Overall, this PhD work established the foundation to the extension of the squalenoylation platform to the treatment of neurological diseases.

Les glioblastomes sont des tumeurs cérébrales très agressives présentant une médiane de survie de 15 mois malgré l’usage du traitement de référence. Parmi les stratégies innovantes anti-glioblastome, les microARNs (miARN) constituent de nouvelles cibles et des outils thérapeutiques à fort potentiel. En outre, pour atteindre les cellules tumorales notamment au niveau loco-régional, les miARNs nécessitent d’être administrés grâce à des vecteurs sûrs et efficaces. L’objectif de ce travail a été de développer un système nanoparticulaire original de polyamidoamine réticulé (PAA) capable de véhiculer des miARNs au niveau cellulaire et tissulaire. Dans un premier temps, un test basé sur l’expression de la luciférase a été mis au point afin d’étudier la cytotoxicité et l’efficacité de nanoparticules des miARNs. Dans un second temps,des nanoparticules PAA-miARN ont été développées. Différentes conditions de formulation ont été testées afin d’optimiser la complexation entre miARNs et polymères. En l’absence d’efficacité cellulaire significative des premiers objets obtenus, des modifications du procédé de formulation ont été apportées, permettant une plus grande stabilité et une meilleure efficacité. Une fonctionnalisation par greffage de groupements biotine à des complexes PAA thio-réticulés a amélioré l’efficacité des internalisations. En conclusion, ce travail a permis le développement d’une méthode simple et rapide pour l’évaluation de l’efficacité et de la cytotoxicité de nanoparticules de miARN. La stabilité des nanoparticules a été augmentée par réticulation de thiolet leur internalisation a été améliorée par le greffage,adapté et modulable, d’un ligand cellulaire. / Glioblastoma are aggressive brain tumours with a median survival of 15 months even with the best currently available treatment options. microRNAs (miRNA) are ~23 nucleotide natural silencing RNAs that have great potentials to improve cancer treatment outcomes. Lack of a safe, stable and efficient delivery system has, however, hindered the use of miRNAs inclinical applications. The aim is therefore to develop amiRNA delivery system adapted to glioblastoma using linear chain cationic polyamidoamine (PAA) polymers.The first part involved the development of luciferase assay that combined the measurement of gene-knockdown efficiency and cytotoxicity of miRNA nanoparticles. The simple two-step procedure was more effective and sensitive compared to the conventional protein-based normalization method. The second part was focused on the development of miRNA nanoparticles. In the initial phase, conditions required for maximum miRNA-polymer binding was achieved, however, the newly developed miRNA-PAA nanoparticlesdid not produce significant functional gene-knockdown after cell treatment. The second stage was focused on the optimization of nanoparticle formulation as a function of stability in physiologicalionic concentration. Stable PAA-nanoparticles displaying moderate cellular uptake and gene-knockdown were obtained. The final stage of development was focused on PAA-nanoparticle tagging with biotin, which improved their cellular uptake. This work developed simple and informative luciferase assay ; the stability of miRNA-PAA-nanoparticles was improved by thiol-crosslinking and the functional performance was strongly enhanced by a simple butsmart method of ligand tagging.

Le glioblastome (GB), tumeur primitive du cerveau, la plus agressive, et la plus fréquente chez l’adulte, présente une prolifération vasculaire importante. Des agents thérapeutiques innovants ciblant à la fois l'angiogenèse et les cellules tumorales sont recherchés, ainsi que des systèmes pour augmenter leur délivrance dans la tumeur cérébrale. Un de ces agents est le sorafénib (SFN), un inhibiteur de tyrosine kinase. Sa mauvaise solubilité aqueuse et ses effets secondaires indésirables limitent son utilisation. Le premier objectif de cette thèse était d'encapsuler cet agent dans des nanocapsules lipidiques (NCL) pour contrer ces inconvénients. Nous avons développé des NCL avec une haute efficacité d'encapsulation du SFN qui inhibaient in vitro l'angiogenèse et la viabilité de la lignée de GB humain U87MG. La délivrance intratumorale de SFN-NCL chez des souris porteuses d’une tumeur intracérébrale U87MG induit une normalisation vasculaire tumorale précoce qui pourrait améliorer l'efficacité de la chimiothérapie et de la radiothérapie. Le second objectif était de définir si la délivrance intranasale de NCL pouvait constituer une voie non-invasive alternative. Nous avons étudié via le transfert d'énergie par résonance de type Förster, le devenir des NCL chargées d’un fluorochrome à travers des monocouches de cellules Calu-3, un modèle de l'épithélium nasal. L'utilisation de NCL augmente le passage du fluorochrome à travers les cellules Calu-3, mais les particules sont rapidement dégradées après leur capture. Ces données mettent en évidence que les NCL sont appropriées pour la délivrance locale du SFN mais doivent être modifiées pour une délivrance intranasale. / Glioblastoma (GB), the most aggressive, and the most frequent primary tumor of the brain in adults, present a prominent vascular proliferation. Innovative therapeutic agents targeting both angiogenesis and tumor cells are urgently required, along with competent systems for their delivery to the brain tumor. One such agent is sorafenib (SFN), a tyrosine kinase inhibitor. However, poor aqueoussolubility and undesirable side effects limit its clinical application. The first objective of this thesis was to encapsulate this drug inside lipid nanocapsules(LNCs) to overcome these drawbacks. We developed LNCs with a high SFN encapsulation efficiency (>90%) that inhibited in vitro angiogenesis and the viability of the human U87MG GB cell line. Intratumoral delivery of SFN-LNCs in mice bearing intracerebral U87MG tumors induced early tumor vascular normalization which could be used to improve the efficacy of chemotherapy and radiotherapy in the treatment of GB. The second objective was to define whether intranasal delivery of LNCs could be an alternative non-invasive route. In this regard, we investigated through Förster resonance energy transfer, the fate of dye-loaded LNCs across Calu-3 cell monolayers, a model of the nasal mucosa. We showed that employment of LNCs dramatically increased the delivery of the dye acrossCalu-3 cell monolayer but they were rapidly degraded after their uptake. These data highlight that LNCs are suitable nanocarriers for the local delivery of SFN but must be redesigned for enhancing their nose-to-brain delivery.

Le glioblastome est la tumeur maligne primaire du cerveau la plus courante et la plus agressive chez l'homme. Son traitement conventionnel est palliatif et l'apparition de récidives est systématique. Dans le but de développer des thérapies innovantes basées sur le ciblage de nouvelles entités tumorales à l'aide de nanovecteur de médicaments, deux cibles ont été investiguées : le marqueur de radiorésistance AC133/1 et les onco-microARN. En utilisant des cellules de glioblastomes issues de patients, nous avons démontré que leur expansion in vitro à une pO2 non-physiologique (21%) altère leur agressivité tumorale in vivo et l'expression originelle d'AC133/1, au contraire d'une pO2 physiologique (3%) soulignant qu'AC133/1 est un marqueur précoce de non exposition à des pO2 élevées. Nous identifions par ailleurs un rôle pour AC133/1 dans l'endocytose du récepteur de la transferrine et son partenariat avec le métabolisme du fer. Enfin nous avons développé et caractérisé des immunonanoparticules capables de véhiculer des chimiothérapies ou des radiopharmaceutiques vers cet épitope fonctionnel. Dans un second axe de recherche, en parallèle d'établir le miRnome humain en réponse à l'action d'une radiothérapie, des nanocapsules lipidiques biomimétiques présentant à leur surface des peptides de papillomavirus et capables de se complexer avec des acides nucléiques antagonistes de microARN ont été développées et évaluées, démontrant leur intérêt en synergie d'une radiothérapie. Collectivement et en amont d'expérimentations in vivo en cours, ces résultats soulignent la pertinence d'appliquer de nouvelles nanomédecines ciblées pour le contournement de la radiorésistance dans le glioblastome.

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