Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Les lymphocytes T Vγ9Vδ2 sont impliqués dans la réponse immunitaire contre de nombreux pathogènes et contre les cellules tumorales. Ils reconnaissent des antigènes solubles, non peptidiques, ayant une faible masse moléculaire, qui sont appelés phosphoantigènes. Dans ce contexte, l’isopentenyl pyrophosphate (IPP) et un métabolite de l’ATP (ApppI) sont des phosphoantigènes qui s’accumulent dans les cellules suite à l’inhibition par les amino-bisphosphonates de l’activité d’une enzyme clé de la voie du mévalonate, la farnesyl pyrophosphate synthase (FPPS). Les bisphosphonates sont utilisés en clinique dans le traitement et la prévention des complications liées aux ostéolyses malignes. Les études pré-cliniques montrent que les bisphosphonates (et en particulier les amino-bisphosphonates) ont également une activité anti-tumorale qui peut être directe et/ou indirecte. Ils peuvent bloquer différentes fonctions des cellules tumorales (adhésion, invasion, prolifération) en inhibant l’activité de la FPPS. Ils agissent aussi sur les cellules endothéliales et inhibent l’angiogenèse tumorale. Les amino-bisphosphonates activent aussi l’activité cytotoxique des lymphocytes T Vγ9Vδ2 vis-à-vis des cellules tumorales. Les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables de cette activation sont par contre méconnus. Les travaux réalisés dans cette thèse montrent tout d’abord que les aminobisphosphonates (zolédronate et risédronate) induisent l’accumulation d’IPP et d’ApppI dans différentes lignées humaines de cancer du sein et qu’il existe une corrélation entre le niveau de production d’IPP/ApppI et la capacité des lymphocytes T Vγ9Vδ2 à détruire ces cellules tumorales in vitro. Nous avons ensuite montré que le traitement de souris immunodéficientes NOD-SCID avec des aminobisphosphonates stimule la différenciation des lymphocytes T Vγ9Vδ2 humains à partir des cellules du sang périphérique lorsque celles-ci sont injectées par voie intrapéritonéale aux animaux. Par ailleurs, ces lymphocytes T vont ensuite venir infiltrer des tumeurs mammaires sous-cutanées qui ont été préalablement greffées chez les animaux traités. Cette infiltration lymphocytaire survient uniquement lorsque les tumeurs produisent de l’IPP/ApppI. Il en résulte alors une régression des tumeurs chez les souris NOD-SCID. L’infiltration des tumeurs par les lymphocytes T Vγ9Vδ2 humains s’explique par le fait que l’IPP et l’ApppI stimulent la migration des lymphocytes T. Les lymphocytes T Vγ9Vδ2 interagissent alors avec les cellules tumorales par le biais de mécanismes faisant intervenir ICAM-1, puis les lymphocytes sécrètent des facteurs (interféron γ, perforine) qui sont cytotoxiques pour les cellules tumorales. L’ensemble de nos travaux montre donc que les amino-bisphosphonates pourraient être utilisés en immunothérapie dans le traitement des cancers du sein. / Vγδ9Vδ2 T lymphocytes are involved in the immune response against several pathogens and tumoral cells. They recognize non-peptidic, low molecular weight soluble antigens, so called phosphoantigens. In this context, isopentenyl pyrophosphate (IPP) and a metabolite of ATP (ApppI) are phosphoantigens which accumulate in many cells following the inhibition by amino-bisphosphonates of farnesyl pyrophosphate synthase (FPPS), a key enzyme in the mevalonate pathway. Bisphosphonates are commonly used in the clinic for the treatment and prevention of complications associated with malignant osteolysis. Preclinical studies demonstrate that bisphosphonates (in particular amino-bisphosphonates) also have direct and indirect anti-tumor activity. They are able to block different functions in tumor cells, such as adhesion, invasion and proliferation, by inhibiting FPPS activity. Bisphosphonates also act on endothelial cells and inhibit tumor angiogenesis. Amino-bisphosphonates also activate the cytotoxic activity of Vγδ9Vδ2 T lymphocytes against tumor cells. However, the underlying molecular mechanisms responsible for this activation are still unknown. In the present thesis, we first demonstrate that amino-bisphosphonates (e.g. zoledronate and risedronate) induce the accumulation of IPP and ApppI in different human breast cancer cell lines and that a correlation exists between the levels of IPP/ApppI production and the capacity of Vγδ9Vδ2 T lymphocytes to destroy tumor cells in vitro. We then demonstrate that the treatment of immunodeficient NOD-SCID mice with amino-bisphosphonates stimulates the differentiation of Vγδ9Vδ2 T lymphocytes from human peripheral blood mononuclear cells injected intraperitoneally in animals. Following their expansion, the T lymphocytes are then able to infiltrate subcutaneous mammary tumors, which were grafted in treated animals. This infiltration of γδ T lymphocytes arises only when the tumors produce IPP/ApppI, resulting in the regression of tumor growth in NOD-SCID mice. The infiltration of tumors by human Vγδ9Vδ2 T lymphocytes is explained by the capacity of IPP and ApppI to stimulate the migration of γδ T lymphocytes. Vγδ9Vδ2 T lymphocytes then interact with tumor cells through a mechanism involving ICAM-I and several secretion factors (i.e. interferon γ, perforine) which are cytotoxic for tumor cells. Thus, our work demonstrates that amino-bisphosphonates could be useful for breast cancer immunotherapy.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Notre travail de thèse porte sur la réactivité de phosphates de calcium biomimétiques vis-à-vis d'un agent thérapeutique de la famille des bisphosphonates : le risédronate. Ce médicament actuellement commercialisé sous le nom de " Actonel ", est préconisé pour le traitement de certaines affections du tissu osseux telle que l'ostéoporose. Nous nous proposons dans cette contribution d'élucider les mécanismes d'interaction se produisant à l'interface entre des matériaux apatitiques de choix et le risédronate; pour cela les propriétés physico-chimiques des supports examinés ainsi que les caractéristiques de la solution d'incubation ont été prises comme variables expérimentales. L'étude d'adsorption nous a amené dans un premier temps à élaborer des phosphates de calcium présentant différentes caractéristiques physico-chimiques. Pour cela nous avons fait varier les conditions de synthèse (taux de saturation, température, durée de maturation, vitesse d'adition des réactifs...). Nous avons ensuite préparé des sels de risédronate de calcium, et ce afin de spécifier la nature des interactions entre molécules de risédronate et ions calcium en solution. Pour préciser les caractéristiques physicochimiques des précipités (index de cristallinité, modifications structurales, altérations morphologiques...), nous avons fait appel à diverses techniques physico-chimiques complémentaires (DRX, FTIR, Raman, RMN de l'état solide, MEB, MET, ATD/ATG, BET, complexométrie et analyses chimiques). Les solides précipités sont des apatites phosphocalciques qui présentent des compositions chimiques variables (rapport atomique Ca/P de 1,33 à 1,65) ainsi que des propriétés structurales et microstructurales différentes. Leur surface spécifique couvre la gamme de 49 à 201 m²/g. Les solides élaborés dans des conditions physiologiques de pH et de température sont des apatites nanocristallines de basse cristallinité, analogues au minéral osseux; ils sont dotés à leur surface d'une couche hydratée riche en environnements non apatitiques. Ces espèces labiles sont absentes pour l'hydroxyapatite bien cristallisée. L'étude d'adsorption des molécules de risédronate dans tous les cas examinés montre que la fixation de ces espèces par les supports apatitiques se fait selon une cinétique rapide, ce qui atteste de la grande réactivité de ces matériaux vis-à-vis de leur environnement. L'allure des isothermes d'adsorption obtenues dans un domaine de faibles concentrations sont de type Langmuir. La réactivité des solides examinés vis-à-vis des molécules d'adsorbat a été discutée sur la base des caractéristiques physico-chimiques du système. Ainsi divers facteurs sont à prendre en considération pour expliquer la différence de comportement de ces matériaux (composition chimique du support et de la solution, état de surface et présence d'environnement labiles en particulier, microstructure...). L'analyse globale des résultats d'adsorption issus des effets de la composition de la solution sur la fixation des molécules de risédronate et de l'adsorption sur les proportions des ions en solution met en évidence une corrélation entre les groupements phosphonate de la solution et les ions phosphate de la surface des supports. Cette observation traduit l'existence d'un processus d'échange impliquant ces espèces à l'interface minéral-milieu environnant. L'étude menée avec des apatites de basse cristallinité à différents stades de maturation confirme l'implication de cette force motrice. Toutefois, l'évolution des proportions en ions calcium échangées lors de l'adsorption laisse penser que d'autres phénomènes peuvent intervenir. Ainsi l'étude menée dans une gamme de concentration élevée en adsorbat montre des isothermes à plateaux, traduisant l'existence de processus complexes à la surface du solide. En outre, l'étude approfondie réalisée par spectroscopies Infrarouge et Raman et par RMN, sur des supports après contact avec les molécules d'adsorbat, atteste de la présence de fortes interactions impliquant les groupements fonctionnels de l'adsorbat et les sites calcium de la surface des apatites. L'étude comparée avec les sels de risédronate de calcium précipités confirme la formation de phase amorphe typique du composé Ca2BP. L'évolution des nanocristaux apatitiques en présence des molécules de risédronate affecte très peu la composition de la couche hydratée à leur surface et inhibe, par conséquent leur processus de maturation. Sur le plan biologique, la localisation de ces principes actifs à la surface du minéral osseux pourrait être bénéfique dans la mesure où ces espèces peuvent bloquer le processus de vieillissement du tissu osseux et préserver sa réactivité. Afin de limiter les effets secondaires des molécules de bisphosphonates, d'une part, et d'améliorer leur biodisponibilité locale en vue d'élargir leur champ d'application thérapeutique, d'autre part, une approche par diffusion locale semble une voie intéressante. L'ensemble des résultats issus de ce travail constitue une plate forme pour la mise au point d'un dispositif de vectorisation locale du risédronate par des substituts osseux phosphocalciques.