La résistance aux antibiotiques par les micro-organismes est une menace mondiale. C'est pourquoi la recherche de nouveaux médicaments revêt une importance capitale de nos jours.Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) est un cofacteur essentiel et un substrat dans de nombreuses réactions biologiques. Pour cette raison, les enzymes qui l'utilisent comme substrat et celles qui participent à sa biosynthèse sont largement étudiées en tant que cibles antibactériennes potentielles. Dans ce contexte, nous nous intéressons au développement de nouveaux agents antibactériens contre la quinolinate synthase (NadA). Cette enzyme participe à la voie de biosynthèse de novo du NAD chez les procaryotes et est essentielle chez deux pathogènes : Helicobacter pylori, responsable d'ulcères et de cancers gastriques, et Mycobacterium leprae, responsable de la lèpre. Le fait que NadA n'existe que chez les procaryotes et qu'elle est essentielle chez deux agents pathogènes font de NadA une cible intéressante pour la conception de nouveaux antibactériens. La quinolinate synthase est une enzyme [4Fe-4S] où l'un des atomes de Fe est coordonné par une molécule d'eau à l'état de repos et joue le rôle d'acide de Lewis durant la catalyse. La réaction catalysée par NadA consiste en la formation d'acide quinolinique (QA), précurseur du NAD, à partir d'iminoaspartate et de dihydroxyacétone phosphate. Sur la base de la découverte dans notre laboratoire du premier inhibiteur de NadA (le DTHPA), qui agit par coordination irréversible du fer catalytique du cluster, nous avons conçu et synthétisé une famille de molécules pouvant servir d'inhibiteurs plus spécifiques de NadA. Ces molécules contiennent un cycle benzène / pyridine ou pyrazine, deux carboxylates vicinaux et un thiol en tant que groupe coordinant du fer: l’acide 4-mercaptophtalique (4MP), l’acide 6-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylique (6MPDC), l’acide 5-mercaptopyrazine-2, 3-dicarboxylique (5MPzDC) et l’acide 5-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylique (5MPDC). Nous avons démontré que ces molécules inhibent l’enzyme NadA in vitro avec un IC50 du même ordre de grandeur que celui du DTHPA (dizaine de µM). Par l’utilisation de diverses spectroscopies et de la cristallographie, nous avons démontré que l'inhibition s’effectue par la coordination de ces molécules avec le fer catalytique du cluster via leur groupement thiol. Nous avons également étudié in vitro la spécificité de ces molécules. Nous avons montré que les molécules 4MP et 5MPDC étaient des inhibiteurs spécifiques de NadA lorsqu’on les teste sur l’aconitase B, une enzyme [4Fe-4S] bactérienne, dont le cluster présente des propriétés structurales et fonctionnelles similaires à celles du cluster de NadA.Enfin, nous avons étudié l'activité d'inhibitrice de l’ensemble des molécules in cellulo sur de la voie de biosynthèse du QA chez Escherichia coli avec le DTHPA comme contrôle. Alors que les molécules 6MPDC et 5MPzDC inhibent la croissance d’E. coli de manière indépendante de la voie de biosynthèse du QA, le 4MP et le 5MPDC (les deux inhibiteurs spécifiques in vitro) n'ont montré aucune activité inhibitrice in cellulo. Ce manque d'activité pouvant être dû à un manque de pénétration des molécules à l'intérieur des bactéries, nous avons envisagé de favoriser la pénétration à l'aide d'un vecteur transmembranaire, un analogue simplifié du tétra-cyclopeptide naturel FR235222. Nous avons synthétisé et couplé le cyclopeptide à l'inhibiteur 4MP. Malheureusement, aucune inhibition de la croissance d'E. coli n'a été observée. La thèse s’est terminée en essayent de comprendre la pénétration du tétra-cyclopeptide sur bactérie, en utilisant notamment des agents fluorophores. / Resistance to antibiotics is becoming a world-wide threat. Microorganisms are able to withstand drugs leading to persistence of diseases. This is why the research of new drugs is of great importance nowadays.Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is an essential cofactor and substrate in numerous biological reactions. For this reason, both the enzymes that use it as a substrate and those participating on its biosynthetic pathway are largely studied as potential antibacterial targets. In this context, we are interested in the development of new antibacterial drugs against quinolinate synthase enzyme (NadA). This enzyme participates in the prokaryotic NAD de novo biosynthetic pathway and is essential in two pathogens: Helicobacter pylori, cause of gastric ulcers and cancers, and Mycobacterium leprae, responsible of leprosy. The fact that NadA only exists in prokaryotes and the fact that it is essential for these two pathogens make it an interesting target for the design of new antibacterial drugs. Quinolinate synthase is a [4Fe-4S] cluster enzyme, where one of the Fe sites is coordinated by a water molecule in the resting state, and plays a Lewis acid role during catalysis. The reaction catalyzed by NadA consists in the formation of quinolinic acid (QA), precursor of NAD, from iminoaspartate and dihydroxyacetone phosphate. Based on the discovery in our laboratory of the first inhibitor of NadA (DTHPA) that coordinates irreversibly the catalytic iron site of the cluster, we designed and synthesized a family of molecules as potential more specific NadA inhibitors. These molecules contain a benzene/pyridine or pyrazine ring, two vicinal carboxylates and a thiol as an iron coordinating group: 4-mercaptophthalic acid (4MP), 6-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylic acid (6MPDC), 5-mercaptopyrazine-2, 3-dicarboxylic acid (5MPzDC) and 5-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylic acid (5MPDC). We demonstrated that these molecules inhibit NadA enzyme in vitro in the same range as DTHPA. Using different spectroscopies and crystallography, we demonstrated that inhibition occurs by coordination of the molecules to the catalytic iron site through their thiol group. We investigated also in vitro the specificity of these molecules. We demonstrated that 4MP and 5MPDC molecules are specific NadA inhibitors when assayed on bacterial aconitase B, a [4Fe-4S] enzyme, whose cluster displays functional and structural properties similar to those of NadA.Finally, we investigated the QA pathway inhibition activity of the four molecules in cellulo, in an Escherichia coli strain. Whereas, 6MPDC and 5MPzDC molecules inhibit E. coli growth in a QA biosynthetic pathway independent manner, 4MP and 5MPDC (the two in vitro specific inhibitors) did not show any in cellulo inhibition activity. Since this lack of activity might be due to a lack of penetration of the molecules inside bacteria, we thought about assisting the penetration of the molecules using a transmembrane carrier, a simplified analogue of the tetra-cyclopeptide FR235222 natural product. We synthetized and coupled the cyclopeptide to the 4MP inhibitor. Unfortunately, no E. coli growth inhibition was observed. The Ph.D ended by investigating the penetration of the tetra-cyclopeptide inside bacteria, using some fluorophore agents.

Cette thèse s’articule autour de systèmes innovants de délivrance d’anticancéreux pour répondre aux limitations actuelles des systèmes de type nanoparticules. Celles-ci permettent l’encapsulation d’anticancéreux pour prolonger leur temps de circulation dans le sang et diminuer leurs effets secondaires. Néanmoins les produits disponibles en cliniques ne permettent pas un contrôle précis de la libération de la substance active, ni un ciblage de la tumeur.Pour répondre à ces deux limitations, nous avons synthétisé un copolymère thermosensible ayant une température critique haute de solubilité (upper critical solution temperature, UCST) pour formuler des nanoparticules encapsulant physiquement la doxorubicine. Celles-ci permettent la libération contrôlée de la substance active par hyperthermie modérée à 43 °C. Nous avons étudié notre système d’un point de vue physico-chimique et évalué sa cytotoxicité in vitro sur des cellules de cancer de l’ovaire.Nous avons également opté pour une approche via couplage chimique entre une substance active, le paclitaxel, et le polymère afin de permettre l’administration par la voie sous-cutanée d’anticancéreux. En effet, cette voie d’administration est peu utilisée pour les anticancéreux car certains d’entre eux induisent une toxicité locale au site d’injection de type irritation / nécrose de la peau. Nous avons évalué si d’une part, l’approche prodrogue polymère hydrophile permet d’empêcher cette toxicité locale et si d’autre part, l’approche prodrogue polymère UCST permet d’obtenir des nanoparticules stables à température ambiante en vue d’une administration par la voie sous-cutanée. Une fois administrées, les nanoparticules deviennent hydrophiles par le changement de température, 34 °C dans le tissu sous-cutané, et peuvent donc diffuser librement jusqu’à atteindre la circulation sanguine. Nos travaux ont permis d’évaluer l’approche prodrogue polymère hydrophile in vivo chez la souris nude, ainsi que de décrire pour la première fois la synthèse de prodrogues polymères UCST. / This thesis focuses on innovative drug delivery systems of anticancer drugs to tackle the current limitations of formulations based on nanoparticles. These allow encapsulation of anticancer drugs to prolong their circulation time in the blood stream and to decrease side effects. Yet, nanoparticle formulations available in the clinic do not allow a precise control on the drug release nor targeting of the tumor.To overcome these hurdles, we have synthesized a thermoresponsive copolymer exhibiting an upper critical solution temperature (UCST) to formulate nanoparticles physically encapsulating doxorubicin. These allow controlled release of the anticancer drug by mild hyperthermia at 43 °C. We have studied our system from a physico-chemical point of view and evaluated its cytotoxicity in vitro on ovarian cancer cells.We have also tried a chemical coupling approach between the polymer and the anticancer drug, paclitaxel, to allow innocuous subcutaneous administration. In did, this route of administration is seldom used for anticancer drugs as some of them induce local toxicity at the site of injection in the form of skin irritation / necrosis. We assessed if a hydrophilic polymer prodrug approach allows innocuous subcutaneous administration of an irritant drug; and if a UCST polymer prodrug approach enables formation of stable nanoparticles at room temperature for subcutaneous administration. Once in the subcutaneous tissue at 34 °C, they would solubilize and become hydrophilic thus could freely diffuse to reach the blood circulation. We have managed to evaluate the hydrophilic polymer prodrug approach in vivo on nude mice and we are the first to describe the synthesis of UCST polymer prodrug.

L’adénosine est une molécule dotée d’un fort potentiel thérapeutique, mais présentant néanmoins un temps de demi-vie plasmatique extrêmement court qui limite de manière sérieuse son efficacité. Comme présenté dans l’introduction bibliographique de cette thèse, cette difficulté peut être surmontée grâce à l’utilisation de systèmes de délivrance de médicaments à base de lipides. L’adénosine peut en effet être soit encapsulée dans des liposomes, soit simplement couplée à un lipide. Parmi les « lipidizations » de l’adénosine, la « squalénisation », notamment, a favorablement modifié la biodistribution de cette substance active. Cette technique consiste à coupler l’adénosine à une molécule lipophile dérivée du squalène, générant ainsi des bioconjugués ayant la capacité de s’auto-assembler spontanément en milieu aqueux sous forme de nanoparticules d’une centaine de nanomètres de diamètre. L’injection de ces nanoparticules d’adénosine-squalène (AdSQ) par voie intraveineuse a donné des résultats très prometteurs pour le traitement de l’ischémie cérébrale et du traumatisme de la moëlle épinière. Ainsi, l’objectif de cette thèse a consisté à faire progresser le développement pré-clinique de ces nanomédicaments suivant deux axes principaux: l’étude du mécanisme d’action et l’amélioration de la formulation.De ce fait, le premier chapitre de cette thèse présente les résultats obtenus lors de l’étude in vitro du mécanisme d’action des nanoparticules d’AdSQ. Les travaux ont montré que ces nanoparticules d’AdSQ n’interagissaient pas directement avec les récepteurs à l’adénosine, mais formaient un réservoir intracellulaire d’adénosine. En effet, après internalisation, le bioconjugué d’AdSQ est clivé pour libérer l’adénosine. Celle-ci finit par être effluée par les cellules vers le milieu extracellulaire, où elle peut ainsi activer les récepteurs spécifiques situés au niveau des membranes des cellules avoisinantes. Après étude du mécanisme, l’amélioration de la formulation de ces nanoparticules a été explorée et décrite dans le deuxième chapitre. Les efforts ont été principalement concentrés sur la lyophilisation de la suspension nanoparticulaire, afin de proposer une formulation stable dans le temps et facile d’utilisation dans le cadre médical. Les conditions utilisées ont abouti au bon maintien des propriétés physico-chimiques des nanoparticules et l’obtention de solutions injectables sans risque chez l’animal. Dans son ensemble, ce travail de thèse a permis d’élargir les perspectives d’application des nanoparticules d’AdSQ grâce à une meilleure compréhension de leur mécanisme d’action ainsi que la mise au point d’une formulation plus adaptée aux besoins cliniques. / Adenosine has a high therapeutic potential but its extremely short half-life in blood seriously impairs its efficacy. As presented in the literature review, this difficulty can be overcome by using lipid-based drug delivery systems. Indeed, adenosine can be encapsulated into liposomes or conjugated to a lipid. In particular, among adenosine « lipidizations », the so-called « squalenoylation » has been shown to enhance adenosine biodistribution. This technique consists in coupling adenosine to a lipophilic squalene derivative, thus generating bioconjugates which are able to spontaneously self-assemble as nanoparticles of 100 nm of diameter in aqueous solution. Intravenous injection of these squalene-adenosine (SQAd) nanoparticles led to highly promising results for the treatment of cerebral ischemia and spinal cord injury. Thus, the aim of this thesis was to push forward the pre-clinical development of these nanomedicines following two main directions: unveiling their mechanism of action and enhancing their formulation.Thereby, the first chapter of this thesis presents the results from in vitro study on SQAd nanoparticles mechanism of action. This work has shown that SQAd nanoparticles did not interact directly with adenosine receptors, but formed an intracellular reservoir of adenosine. Indeed, after internalisation, SQAd bioconjugates acted as prodrugs by releasing free adenosine. This molecule was then efflued out of the cells into the extracellular medium, where it could activate specific membrane receptors on neighbouring cells. After studying the mechanism of action, we explored how to optimize the formulation. Results are described in the second chapter. We focus our efforts on freeze-drying the nanoparticles suspension, in order to offer a stable and easy-to-use formulation. Pre-formulation studies were conducted in order to define the optimal conditions for the preservation of nanoparticles physico-chemical properties and for an easy reconstitution of these nanoparticles suspension which can thus be safely injected intravenously. Overall, this work has widen the field of applications for SQAd nanoparticles thanks to a better understanding of their mechanism of action and the development of a formulation which is more suited to clinical needs.

L'objet de ce travail repose sur la recherche, le développement de nouveaux composés antibactériens, devant, selon le concept initial, interagir avec la paroi bactérienne. Ces derniers sont de nature polycationique, intégrant sur une structure calixarènique tridimensionnelle ou aromatique plan, des fonctions guanidiniums en nombre variable. Certains ont été développés en tant que prodrogues hydrosolubles, capables de libérer in vivo un principe actif (acide nalidixique). Le chapitre I porte sur introduction, l'étude bibliographique des calixarènes et leurs applications en biologie. Dans chapitre II, nous présentons les résultats (synthèse et caractérisation) obtenus pour les parents partiellement substitués du tétra-para-(guanidinoéthyl)calix[4]arène. Le but de ces synthèses est d'appréhender le rôle, l'importance du nombre et le positionnement des fonctions guanidines sur le calixarène. Nous abordons au chapitre III, les différentes étapes de synthèse, de caractérisation et l'évaluation par CLHP de nouvelles prodrogues hydrosolubles. Le comportement de prodrogue potentiel est ainsi démontré pour l'un d'entre eux. Dans le quatrième chapitre sont décrites les synthèses et caractérisations de nouvelles structures poly-ioniques, intégrant un motif central de type benzène, porteur d'un nombre variable de motifs latéraux para-(guanidinoéthyl)phényléther, et conçues comme une alternative aux calixarènes précédemment développés. Le chapitre V est dédié aux résultats des évaluations biologiques de l'ensemble de ces composés. Nous montrons que plusieurs des dérivés préparés, prodrogues ou non, présentent une activité anti-bactérienne très intéressante / The main objective of this work is based on the search and the development of new antibacterial compounds able to interact with a bacterial wall. The proposed compounds are of polycationic nature, elaborated on calixarene structure or an aromatic platform and containing guanidinium functions in various number and position. Some of them were developed as water-soluble prodrugs of the quinolone: nalidixic acid. The chapter I talk about introduction and a bibliographical study on calixarenes and their applications in biology. The chapter II presents the results obtained for the synthesis, the characterization of the partially substituted analogues of the tétra-para (guanidinoéthyl) calix[4]arene. The objective of this part is to understand the role and the importance of the number and the positioning of the guanidines functions on the calixarene core. In chapter III, are presented the various steps leading to the synthesis, the characterization and the evaluation by HPLC ways of new water-soluble prodrugs. The work is centered on a set of ionic derivatives of calix[4]arenes carriers of nalidixic acid. The prodrug behavior was demonstrated for one of them. The chapter IV presents the syntheses and characterizations of star-like poly-ionic structures are described, based on a benzene core, including a variable number of para (guanidinoéthyl) phényléther subunits. The chapter V is dedicated to the results of the biological evaluations of all the structure synthetized. For some compounds, viability and cellular toxicity were evaluated on eukaryotic cells. We show that many of the new prepared derivatives, prodrugs or not, present very interesting anti-bacterial activities

Le cancer de l'ovaire est la première cause de décès par cancer gynécologique. Cette thèse avait pour objectif la prospection de nouvelles solutions thérapeutiques fondées sur la délivrance prolongée d'agents anti tumoraux à l'aide de systèmes macromoléculaires de synthèse. L'un des obstacles majeurs était la disposition d'un modèle de tumeur pertinent chez l'animal. Après un examen bibliographique des connaissances acquises, le deuxième chapitre examine le potentiel d'un panel de xénogreffes dérivées de tumeurs ovariennes humaines directement greffées chez la souris immunodéprimée. Il est montré que les principales caractéristiques phénotypiques et moléculaires des tumeurs originales sont maintenues au niveau des greffes. Les résultats traduisent la présence d'une hétérogénéité intra-tumorale et d'une oligoclonalité au niveau des tumeurs primaires. L'ensemble confirme l'importance du choix du modèle tumoral pour l'évaluation de nouveaux traitements et l'étude des mécanismes aboutissant aux rechutes de la maladie et au développement d'une chimiorésistance. Un troisième chapitre traite l'exemple d'un système de délivrance prolongée fondé sur le couplage d'un agent antitumoral modèle, la doxorubicine, associé de diverses manières à un vecteur macromoléculaire biorésorbable, le poly(L-lysine citramide). Le premier conjugué obtenu par couplage direct sur le vecteur étant trop stable, divers systèmes ont été conçus pour obtenir la libération souhaitée. L'utilisation d'un bras espaceur clivable de type ester-hydrazone a fourni le meilleur résultat. Pour pallier la complexité de ces conjugués, une stratégie innovante fondée sur le piégeage de la doxorubicine dans une gélatine artificielle à base de poly(N-acryloyl glycinamide) est prospectée qui devrait permettre l'utilisation simultanée de plusieurs principes actifs piégés temporairement par voie physique dans un gel adhésif et fournir des solutions mieux adaptées aux contraintes cliniques des traitements intrapéritonéaux. / Ovarian carcinoma is the most lethal gynecologic malignancy. The aim of this PhD thesis was to develop new therapeutic approaches based on novel synthetic macromolecular drug delivery systems for intraperitoneal chemotherapy. These objectives were limited by the requirement of reliable tumor models for experimental studies. After a concise review of knowledge published in the literature, the potential interest of the establishment of a collection of tumor grafts derived from samples of human tumors is examined in a second chapter. Data show that the major phenotypic and genotypic features of the original tumors are maintained in the xenografts. They also confirm the importance of this tumor model to test new drugs and to analyze intratumoral heterogeneity and oligoclonality in primary ovarian carcinoma. The collection will be also helpful to study the mechanisms leading to disease recurrences and resistance to chemotherapies. An example of drug delivery system based on the different associations of a model chemotherapeutic drug (doxorubicin) with a bioresorbable macromolecular vector, namely poly(L-lysine citramide), is addressed in a third chapter. Direct amid linkage in the first conjugate was too stable with respect to antitumoral cytotoxicity desired after in vivo administration and different systems were generated subsequently to increase drug release in tumor deposits. The best results were obtained with a hydrazone cleavable spacer containing an ester group. To overcome the complexity of these conjugates, a novel strategy based on doxorubicin entrapment in a synthetic gelatin made of (poly(N-acryloyl glycinamide) is developed. This strategy should allow physical temporary entrapment of different drug molecules in a adhesive gel and could provide new solutions to the therapeutic challenges of intraperitoneal administration.

Le chondrosarcome (CHS), cancer du cartilage est une tumeur chimio- et radiorésistance dont le seul traitement efficace reste la chirurgie. Une prodrogue vectorisée et activable en hypoxie, ICF05016, est actuellement développée par l’UMR 1240, et évaluée en préclinique comme potentielle alternative théra-peutique pour ce cancer. La structure de cette molécule regroupe i) une moutarde cytotoxique, ii) un vecteur ammonium quaternaire chargé positivement possédant un tropisme pour l’aggrécane, protéoglycane majoritaire de la matrice extracellulaire tumorale, iii) une gâchette de type 2-nitroimidazole permettant une activation sélective en situation d’hypoxie, une des caractéristiques principales du CHS.Ces travaux de thèse ont consisté à pharmaco-moduler cette prodrogue bispécifique ICF05016 en modifiant la position du vecteur ainsi que la nature de l’agent cytotoxique. Ainsi sept prodrogues vectorisées ont été synthétisées présentant une chaine vectrice N,N,N-triméthylpropylaminium soit en C-4, soit en N-1 du cycle imidazole. Leur activation par réduction chimique, mimant l’hypoxie, ainsi que leur affinité pour l’aggrécane ont été confirmées in tubo par des analyses de RMN 31P et de SPR, toutefois elles se sont avérées non sélectives en termes de cytotoxicité (CI50 comprises entre 15 et 1 µM, et ce, quelles que soient les conditions d’oxygénation) et faiblement sensibles à une bio-réduction enzymatique. La fonctionnalisation par un vecteur ammonium quaternaire de la gâchette 2-nitroimidazole annihile donc l’activation en hypoxie des prodrogues.Cette stratégie a ensuite été étendue au cancer de la prostate en remplaçant le vecteur ammonium quaternaire par un ligand de type urée affin pour l’antigène membranaire spécifique de la prostate (PSMA). La première molécule synthétisée, qui possède un espaceur triazole, a démontré une affinité pour le récepteur PSMA, par une étude de compétition avec un radioligand, ainsi qu’une activation in tubo par bioréduction enzymatique. Toutefois aucune cytotoxicité n’a été constatée sur les lignées LNCaP-Luc et PC3-Luc. Une seconde molécule combinant un espaceur triazole avec une séquence peptidique identifiée pour la molécule PSMA-617, actuellement en cours d’essai clinique, est actuellement développée mais sa synthèse doit être optimisée, notamment au niveau de l’étape de cycloaddition 1,3-dipolaire. / Chondrosarcoma (CHS), the malignant tumor of the cartilage, is a chemo- and radio-resistant cancer. Surgical resection is still considered the mainstay of treatment of this pathology. A dual targeted hypoxia-activated prodrug, ICF05016 was developed by the UMR 1240 and evaluated in preclinical studies as a potential therapeutic alternative for CHS. The latter is a nitroheteroaryl-based compound designed as follows: a phosphorodiamidic mustard functionalized with a quaternary ammonium (QA) used as targeting function, and a 2-nitroimidazole group to trigger fragmentation and then release the bis-alkylating mustard anion by bioreduction under hypoxic conditions, chemical hallmark of CHS.This project deals with the pharmacomodulation of ICF05016, more specifically by modification of the position of the targeting moiety as well as the nature of the cytotoxic agent. Seven QA-targeted prodrugs have been synthesized with N,N,N-trimethylpropylaminium tethered to the imidazole either in the C-4, or the N-1 position. These prodrugs were cleaved in vitro under chemical reductive conditions, which mimic in vivo hypoxia conditions. In addition, the binding of these derivatives to aggrecan was highlighted by surface plasmon resonance. In vitro assays on human CHS cells (H-EMC-SS) demonstrated quite equivalent cytotoxicities, whatever the oxygen conditions used and their evaluation as substrate of an oxygen-insensitive nitroreductase revealed the almost total lack of activation. A QA targeting moiety grafted on the trigger seems to alter hypoxia activation.New prodrugs with prostate specific membrane antigen (PSMA)-targeting ligand were synthesized to extend this HAP strategy to prostate cancer. The first tested compound, having a triazole spacer, presented selective affinity for PSMA in an in vitro binding experiment as well as activation under enzymatic reduction. However, no cytotoxicity was observed on LNCaP-Luc and PC3-Luc cells. The synthesis of a prodrug combining the spacer of PSMA-617, currently in clinical trial, and a propyltriazole moiety, was initiated but the 1,3-dipolar cycloaddition still need to be optimized.

Une méthodologie générale et efficace pour la synthèse de nanoparticules de prodrogues polymères hétérotéléchéliques à hauts taux de charge a été mise au point en combinant d’une part la méthode dite du “principe actif amorceur” pour obtenir des prodrogues polymères α-fonctionnelles par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP), et d’autre part la réaction d'échange de nitroxyde à partir d’un nitroxyde fonctionnel pour coupler une seconde molécule d'intérêt en bout de chaîne. Une petite bibliothèque de prodrogues polymères hétérotéléchéliques avec différentes combinaisons pour diverses applications (e.g., libération de principes actifs, imagerie/théranostic, thérapie combinée, ciblage actif) a été synthétisée en utilisant le polyisoprène (PI) comme polymère.En particulier, une alcoxyamine basée sur le nitroxyde SG1 a été fonctionnalisée avec la première molécule d’intérêt et utilisée pour polymériser l'isoprène par NMP et donner la prodrogue polymère désirée. En appliquant ensuite la réaction d'échange de nitroxyde à partir du nitroxyde TEMPO fonctionnalisé avec la seconde molécule d’intérêt, le nitroxyde SG1 en bout de chaîne a été quantitativement remplacé par le TEMPO fonctionnel pour donner la prodrogues hétérobifonctionnelle. Cette approche générale a été appliquée aux combinaisons suivantes : (i) gemcitabine (Gem)/rhodamine (Rho) et Gem/cyanine pour la libération de principes actifs et l’imagerie; (ii) aminoglutethimide (Agm)/doxorubicine (Dox), Gem/Dox and Gem/Lapatinib (Lap) pour la thérapie combinée et (iii) Gem/biotine pour la libération de principes actifs et le ciblage actif in vitro et in vivo. Les propriétés d’imagerie des nanoparticules de prodrogues polymères comportant une molecule fluorescente ont été étudiées in vitro et in vivo, respectivement en termes d’internalisation intracellulaire et de biodistribution. Pour les thérapies combinées, la cytotoxicité in vitro des différentes nanoparticules a été étudiée et comparée à celle émanant d’autres strategies de délivrance de deux principes actifs (e.g., conanoprécipitation, mélange physique de nanoparticules).Enfin, des prodrogues polymères hétérobifonctionnelles comprenant l’adénosine en début de chaîne et un motif maléimide en fin de chaine ont été préparées et fonctionnalisées en surface par des protéines capables de promouvoir le passage des nanoparticules à travers la barrière hémato-encéphalique pour libérer l’adénosine au niveau du cerveau. / A facile and versatile synthetic platform to prepare high drug loading, heterobifunctional polymer prodrug nanoparticles was developed by combining the “drug-initiated” method to obtain α-functional polymer prodrugs by nitroxide-mediated polymerization (NMP), and the nitroxide exchange reaction from a functional nitroxide to attach a second molecule of interest at the ω chain-end. A library of heterotelechelic polymers prodrugs with different combinations for various purposes (e.g., drug delivery, imaging/theranostic, combination therapy, active targeting) was prepared using polyisoprene (PI) as polymer scaffold. More specifically, an alkoxyamine based on the SG1 nitroxide was functionalized with the first drug of interest and used to perform the NMP of isoprene to yield the desired polymer prodrug. Subsequently, by applying the nitroxide exchange reaction using a TEMPO nitroxide functionalized with the second molecule of interest, the SG1 nitroxide at the chain-end was quantitatively replaced by the functional TEMPO and the desired heterobifunctional polymer prodrug was formed. This general methodology was applied to the following combinations: (i) gemcitabine (Gem)/rhodamine (Rho) and Gem/cyanine for drug delivery and imaging; (ii) aminoglutethimide (Agm)/doxorubicin (Dox), Gem/Dox and Gem/Lapatinib (Lap) for combination therapy and (iii) Gem/biotin for drug delivery and active targeting in vitro and in vivo. For polymer prodrug nanoparticles bearing fluorescent dyes, in vitro and in vivo imaging studies were performed to investigate their cellular internalization and their biodistribution, respectively. As for the different combination therapies, the in vitro cytotoxicity of the nanoparticles was determined and compared to that of other strategies to deliver two different drugs (e.g., conanoprecipitation, physical mixture of nanoparticles).Finally, heterobifunctional polymer prodrugs bearing adenosine in alfa position and a maleimide moiety in omega position were synthesized to give nanoparticles that were further surface-functionalized with different proteins able to promote crossing through the blood brain barrier for drug delivery to the brain.

Plusieurs molécules nouvelles ont été obtenues à partir du Gossypol, extrait des graines de cotonnier. Dans la première partie, de nouvelles bases de Schiff du gossypol et de la gossypolone ont été synthétisées, les énantiomères du gossypol et leurs bases de Schiff sont optiquement stables, tandis que, les énantiomères de la gossypolone ne sont pas stables à température ambiante, mais il est possible de les observer vers 0°C. La cytotoxicité de ces bases de Schiff a été évaluée principalement sur des cellules KB, la méthylimine et l'éthylimine de la gossypolone sont les plus toxiques (IC50= 0.8 et 1.2 µM). La toxicité du gossypol et de la gossypolone augmente quand les tests sont effectués en absence de sérum et elle diminue en présence de catalase ou de mannitol dans le milieu de culture. L'énantiomère (-)-gossypol est plus toxique que le (+)-gossypol, ceci est aussi valable pour les bases de Schiff des énantiomères du gossypol. Dans la deuxième partie, une nouvelle classe de dérivés du gossypol et de la gossypolone, les dithianes et les dithiolanes, a été développée. Les dithianes/dithiolanes du gossypol et de la gossypolone ont été synthétisés par action de dithiols en présence d'éthérate de trifluoroborate. La même réaction effectuée avec les monothiols, conduit à des mélanges complexes. L'action du propanedithiol ou de l'ethanedithiol sur le tetraméthyle ou l'hexaméthyle éthers du gossypol ne conduit pas aux dithianes ou dithiolanes attendus mais à de nouveaux dérivés cycliques. La toxicité de ces nouveaux thio-dérivés sur les cellules KB est assez modeste, mais sous l'action de NO ou d'un sel de nitrosonium, ces dérivés se transforment en dérivés plus toxiques dans le cas du gossypol ou régénèrent la molécule de départ dans le cas de la gossypolone. Nous formulons l'hypothèse que dithianes et dithiolanes du gossypol et de la gossypolone pourraient être des modèles de prodrogues ciblées sur les cellules exprimant de fortes concentrations d'oxyde nitrique.

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La copolymérisation radicalaire par ouverture de cycle contrôlée par les nitroxydes entre les esters méthacryliques et les acétals de cétène cycliques a permis de synthétiser des copolymères vinyliques bien contrôlés et dégradables contenant des fonctions esters le long de la chaine polymère. Plus précisément, des copolymérisations entre le 2-méthylène-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL) et l’oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate (OEGMA) ou le méthacrylate de méthyle (MMA) ont été amorcées par une alkoxyamine basée sur le nitroxyde SG1. Des copolymères de type P(OEGMA-co-MPDL) et P(MMA-co-MPDL) ont été obtenus et dégradés hydrolytiquement en conditions accélérées ou physiologiques. Leurs cinétiques de dégradation furent également comparées à celles de polyesters traditionnels (e.g., PLGA, PLA and PCL) où il a été montré que la dégradation des copolymères de P(OEGMA-co-MPDL) pouvait être ajustée par la stœchiométrie initiale en monomères et qu’elle se situait entre celles du PLA et du PCL. En revanche, les copolymères de P(MMA-co-MPDL), plus hydrophobes, ont présenté une hydrolyse très lente, bien inférieure à celle du PCL. Dans un deuxième temps, une nouvelle famille de prodrogues polymères dégradable a été synthétisé par copolymérisation radicalaire par ouverture de cycle contrôlée par les nitroxydes entre le MPDL et l’OEGMA ou le MMA, à partir d’un amorceur couplé à un principe actif (méthode du principe actif amorceur). Pour ce faire, la Gemcitabine, un principe actif anticancéreux, a été couplé à une alcoxyamine à base SG1 qui fut ensuite utilisée pour amorcer la réaction de copolymérisation. Les copolymères ainsi obtenus ont montré des propriétés de libération de la Gem et des activités cytotoxiques sur différentes lignées cellulaires en relation avec la nature de l’ester méthacrylique utilisé, la nature de la liaison entre la Gem et le copolymère ainsi que le taux de MPDL dans le copolymère. Cette étude nous a permis d’extraire des relations de type structure-activité importantes pour des développements futurs. / Nitroxide-mediated radical ring-opening copolymerization of methacrylic esters and cyclic ketene acetals was investigated and enabled the synthesis of well-defined degradable vinyl copolymers containing ester groups along the main chain, whose amount was readily adjusted by changing the initial comonomer feed. More specifically, the copolymerizations of 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL) and either oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) or methyl methacrylate (MMA) were initiated by an alkoxyamine initiator based on the SG1 nitroxide. It led to a library of P(OEGMA-co-MPDL) and P(MMA-co-MPDL) materials that were hydrolytically degraded under both accelerated and physiological conditions. Their hydrolytic degradation kinetics were also benchmarked against traditional polyesters (e.g., PLGA, PLA and PCL) where P(OEGMA-co-MPDL) copolymers showed tunable degradation rates as function of the MPDL content, being in between those of PLA and PCL. Conversely, the more hydrophobic P(MMA-co-MPDL) copolymers exhibited much slower hydrolysis than that of PCL. In a second step, a new class of degradable polymer prodrugs was developed by nitroxide-mediated radical ring-opening copolymerization of MPDL with OEGMA or MMA, from a drug-bearing initiator (‘drug-initiated’ method). To do so, Gemcitabine, an anticancer drug, was derivatized with a SG1-based alkoxyamine to initiate the copolymerization reaction. The resulting degradable polymer prodrugs exhibited interesting characteristics in terms of drug release and in vitro cytotoxicity, depending on the nature of the methacrylic ester used, the nature of the linker between the drug and the polymer and the MPDL content. This study enabled us to extract important structure-activity relationships of great importance for further development.