Une faible biodisponibilité et une haute toxicité des médicaments anticancéreux, ajoutées à une résistance aux médicaments, constituent des obstacles majeurs pour le traitement du cancer. L'application des nanotechnologies pour la délivrance de médicaments est largement pressentie pour aborder ces problèmes. Premièrement, nous avons utilisé un peptide CRGDK comme ligand spécifique pour les cellules cancéreuses que nous avons conjugué au DSPE-PEG2000 pour préparer les nanomicelles encapsulant le médicament anticancéreux doxorubicine. Le peptide CRGDK conjugué aux nanomicelles provoque la liaison aux récepteurs à NRP-1, conduisant à l'absorption cellulaire spécifique et à l’amélioration de l'activité anticancéreuse in vitro. Les résultats in vivo ont également confirmé que les nanomicelles décorées de CRGDK pourraient efficacement pénétrer et s’accumuler dans les tumeurs profondes.Deuxièmement, nous avons a été consacrée à la mise au point de nanomicelles originales utilisant un dendrimère amphiphile (AmDM). Ces nanomicelles sont capables d’encapsuler efficacement la doxorubicine. Les taux de remplissage de ces nanomicelles sont extrêmement élevés. Ces nanomicelles montrent une efficacité supérieure à la doxorubicine libre et ceci sur divers types de cellules cancéreuses. De plus, ce mécanisme de pénétration cellulaire permet à ces nanomicelles de contourner le relargage du médicament médié par la pompe à efflux glycoprotéine, et ainsi surmonter la résistance à la doxorubicine. L’étude sur souris montre également un excellent effet anticancéreux associé à une diminution des effets toxiques de la doxorubicine. / Poor tumor penetration and high toxicity of anticancer drugs, together with the developed drug resistance constitute challenging hurdles for cancer therapy. The application of nanotechnology for anticancer drug delivery is expected to address these issues and bring new hope for cancer treatment. In the first part of my PhD thesis, we used a new tumor-penetrating peptide, CRGDK, to conjugate onto the surface of doxorubicin encapsulated DSPE-PEG2000 nanomicelles. The CRGDK peptide conjugated on the nanomicelles triggered specific binding to Nrp-1 receptors, leading to enhanced cellular uptake and anticancer activity in vitro. The in vivo results further confirmed that the CRGDK-decorated nanomicelles could efficiently accumulate and penetrate into deeper tumors. In the second part of my PhD thesis, we established an original nanomicellar drug delivery system based on an amphiphilic dendrimer (AmDM), which could generate supramolecular micelles to effectively encapsulate the anticancer drug doxorubicin (DOX) with high drug loading capacity (> 40%), thanks to the unique dendritic structure creating large void space for drug accommodation. The resulting AmDM/DOX nanomicelles are able to specifically accumulate at tumor sites via EPR effect and penetrate deeper into tumor tissues thanks to their small size. Most importantly, these nanomicelles exhibit significantly improved anticancer activity and reduced systemic toxicity, and are very effective even towards drug resistant cancers by virtue of their macropinocytotic cell uptake mechanism and their ability to bypass cell drug efflux pumps.

Les tumeurs endocrines sont habituellement diagnostiquées grâce à l'emploi d'une technique d'imagerie utilisant un peptide radio-marqué (somatostatine ou Osteoscan) dont le récepteur est présent dans 80% des tumeurs. Le récepteur à sept domaines transmembranaires RCCK2 est également sur-exprimé avec une forte incidence dans les tumeurs endocrines. De plus, notre équipe a montré que la gastrine et la CCK, les deux ligands agonistes naturels du RCCK2, induit une internalisation massive du RCCK2 ; le récepteur est ensuite orienté majoritairement avec ses ligands vers les lysosomes pour y être dégradé. Notre équipe a alors formulé l'hypothèse que la surexpression de RCCK2 dans les tumeurs endocrines comparativement aux tissus sains et sa capacité d'internalisation massive pouvaient être avantageusement utilisées pour développer une nouvelle approche diagnostique et thérapeutique. Mon projet de thèse présentaient plusieurs objectifs : 1°) optimiser une nanoplateforme magnétique permettant le ciblage efficace de cellules tumorales surexprimant le RCCK2 ; 2°) valider la stratégie de nanothérapie ciblée par hyperthermie magnétique afin d'éradiquer spécifiquement des cellules tumorales surexprimant le RCCK2, puis étudier les mécanismes cellulaires impliqués dans la signalisation de mort ; 3°) élaborer des stratégies permettant d'augmenter l'efficacité thérapeutique anti-tumorale. Dans un premier temps, j'ai développé une nano-plateforme constituée d'une nanoparticule magnétique (NPM) d'oxyde de fer de type SPION (superparamagnetic iron oxide nanoparticles). J'ai élaboré différents lots de NPM présentant différentes densités en ligand à leur surface et analysé leur capacité de liaison, d'internalisation et d'accumulation dans les lysosomes. Les nanoparticules vectorisées s'accumulent dans les cellules de façon dépendante du récepteur (2.2pg de fer/cellule). J'ai ensuite cherché à valider la stratégie de nanothérapie ciblée par hyperthermie magnétique. Pour cela, j'ai appliqué un champ magnétique alternatif à haute fréquence (275 kHz, 40 mT) sur des cellules ayant ou non internalisé des NPM. L'application du champ magnétique, induit la mort de 30% des cellules tumorales ayant internalisé des NPM, sans élévation détectable de température du milieu extracellulaire, suggérant que l'hyperthermie magnétique serait probablement induite très localement à l'échelle du lysosome. Nous avons appelé ce phénomène : hyperthermie magnétique intra-lysosomale. Ensuite, j'ai cherché à préciser les mécanismes cellulaires pouvant être impliqué dans l'induction de la mort des cellules. Mes résultats montrent que l'application du champ magnétique sur des cellules ayant accumulé des NPM dans leur lysosome induit une production de radicaux libres oxygénés (ROS) responsables de la perméabilisation de la membrane lysosomale et conduisant à la fuite des cystéines protéases lysosomales dans le cytosol, impliqués ainsi dans le mécanisme de mort par hyperthermie magnétique intra-lysosomale. Enfin, dans le but d'augmenter l'efficacité thérapeutique, j'ai combiné ce traitement d'hyperthermie magnétique intra-lysosomale à un traitement chimiothérapeutique, la doxorubicine. Les résultats montrent un effet additif des traitements hyperthermique et chimiothérapeutique. Une telle stratégie de combinaison d'approches thérapeutiques présente l'avantage d'utiliser des doses faibles d'agent chimiothérapeutique, afin de limiter les effets secondaires vis-à-vis des cellules saines. / Endocrine tumors are usually diagnosed through the use of an imaging technique using a radiolabeled peptide (somatostatin or Osteoscan) whose receptor is present in 80% of tumors. The CCK2R which belongs to the seven transmembrane domains receptor family is also overexpressed with a high incidence in endocrine tumors. In addition, our team has shown that gastrin and cholecystokinin (CCK), both natural agonists of the CCK2R, induce a massive CCK2R internalization; then the receptor is directed with the ligand to lysosomes to be degraded. Our team hypothesized that CCK2R overexpression in endocrine tumors compared to healthy tissue and its ability to internalize could advantageously be used to develop a new diagnostic and therapeutic approach. My thesis project had several objectives: 1) To optimize a magnetic nano-platform for an effective targeting of tumor cells overexpressing the CCK2R; 2) To validate the targeted nanotherapy strategy by magnetic hyperthermia to specifically eradicate tumor cells overexpressing the CCK2R, and study the mechanisms involved in cell death; 3) To develop strategies in order to increase the anti-tumor therapeutic efficiency. Firstly, I have developed a nano-platform composed of a SPION (superparamagnetic iron oxide nanoparticles) type magnetic nanoparticle (MNP). I developed different batches of MNP with different ligand densities at their surface and analyzed their binding capacity, internalization and lysosomal accumulation. Targeted nanoparticles uptake is receptor dependent, reaching a rate of 2.2 pg iron/cell, after 24 hours of incubation. Thus, I validated the strategy of targeted nanotherapy by magnetic hyperthermia. For this, I applied a high frequency alternating magnetic field (275 kHz, 40 mT) on cells with or without internalized MNPs. The application of the magnetic field induces the death of 30% of tumoral cells having internalized MNPs, without any perceptible temperature rise in the incubation medium, suggesting that the magnetic hyperthermia would probably be induces very locally at the scale of the nanoparticules or the lysosome. We called this phenomenon intra-lysosomal magnetic hyperthermia. Then, I studied the cellular mechanisms involved in the induction of cell death by intra-lysosomal magnetic hyperthermia. My results showed that the application of a magnetic field increased the production of reactive oxygen species (ROS), leading to lysosomal membrane permeabilization and to the leakage of lysosomal enzymes in the cytosol of cells having internalized MNPs, indicating that ROS production and lysosomal cysteine proteases are involved in the mechanisms of cell death. Finally, in order to increase the therapeutic efficacy, I combined this intra-lysosomal magnetic hyperthermia treatment to a chemotherapeutic treatment, the doxorubicin. The results showed an additive effect of hyperthermia and chemotherapy treatments. This combining therapeutic strategy presents the advantage of using low doses of chemotherapeutic agent, in order to decrease the side effects towards healthy cells.

La délivrance de médicament dans l’organisme vers des organes cibles tout en minimisant les effets secondaires représente un énorme défi scientifique. Les recherches actuelles révèlent qu’il existe de nombreuses embuches pour acheminer des composés thérapeutiques vers le système nerveux central. De nombreuses maladies (l’autisme, la schizophrénie, la maladie d’Alzheimer…) liées au système nerveux central nuisent à la qualité de vie et entrainent des coûts importants pour la société. Ce mémoire repose sur l’amélioration de l’accessibilité de composés thérapeutiques vers le cerveau en passant la barrière hémato-encéphalique, une barrière biologique difficilement franchissable. Pour introduire des médicaments dans le système nerveux central, il faut passer cette barrière, ce qui est très difficile, car elle est remarquablement efficace pour protéger le milieu cérébral. C’est pourquoi nous allons développer une nouvelle stratégie consistant à élaborer un nouveau type de transporteur. Nous proposons d’utiliser des macrolactames ayant la propriété de s’empiler sous forme de tubes supramoléculaires d’une stabilité adéquate. Il sera alors possible d’y greffer des médicaments et aussi des agents d’ouverture de la barrière hémato-encéphalique. Ce mémoire présente l’élaboration de ces nouveaux macrocycles chiraux, les résultats de différentes analyses structurales prouvant la présence de tubes et de systèmes robustes et enfin la fonctionnalisation du macrocycle par un agent médicamenteux (doxorubicine). / Abstract : Delivering drug into the body to target specific organs, while minimizing side effects, is an enormous scientific challenge. Current research reveals that there are many pitfalls for delivering therapeutic compounds to the central nervous system. Many diseases (autism, schizophrenia, Alzheimer's, etc.) linked to the central nervous system affect the quality of life and entail significant costs for society. This thesis is based on the improvement in the accessibility of therapeutic compounds to the brain by passing the blood-brain barrier, a biological barrier difficult to cross. To introduce drugs into the central nervous system, this barrier must be overcome. This is very difficult because it is remarkably effective in protecting the brain. This is why we will develop a new strategy based on a new type of transporter. We propose to use macrolactams having the property of stacking in the form of supramolecular tubes of adequate stability. It will then be possible to graft medicines and also agents capable of opening the blood-brain barrier. This manuscript describes the development of these new chiral macrocycles, the results of various structural analyses proving the presence of robust tubes and systems, and finally the functionalization of the macrocycles by a medicinal agent (doxorubicin).

Dues à leur importance croissante dans la dégénérescence musculaire, les mitochondries sont de plus en plus étudiées en relation à diverses myopathies. Leurs mécanismes de contrôle de qualité sont reconnus pour leur rôle important dans la santé mitochondrial. Dans cette étude, nous tentons de déterminer si le déficit de mitophagie chez les souris déficiente du gène Parkin causera une exacerbation des dysfonctions mitochondriales normalement induite par la doxorubicine. Nous avons analysé l’impact de l’ablation de Parkin en réponse à un traitement à la doxorubicine au niveau du fonctionnement cardiaque, des fonctions mitochondriales et de l’enzymologie mitochondriale. Nos résultats démontrent qu’à l’état basal, l’absence de Parkin n’induit pas de pathologie cardiaque mais est associé à des dysfonctions mitochondriales multiples. La doxorubicine induit des dysfonctions respiratoires, du stress oxydant mitochondrial et une susceptibilité à l’ouverture du pore de transition de perméabilité (PTP). Finalement, contrairement à notre hypothèse, l’absence de Parkin n’accentue pas les dysfonctions mitochondriales induites par la doxorubicine et semble même exercer un effet protecteur. / Mitochondria are becoming the focus of many studies because of their increasingly important role in cellular damage and related myopathies. Their endogenous quality control mechanisms are recognized for their crucial role in mitochondrial health. In our study, we attempted to determine if the deficit of mitophagy in Parkin deficient mice would cause an exacerbation of mitochondrial dysfunctions usually induced by doxorubicin. We have analyzed the impact of the ablation of Parkin in response to treatment with doxorubicin at the level of cardiac functions, mitochondrial functions as well as mitochondrial enzymology. Our results demonstrated that at baseline, the absence of Parkin didn’t induce cardiac pathologies but was associated with many mitochondrial dysfunctions. Doxorubicin induced respiratory dysfunctions, mitochondrial oxidative stress as well as greater susceptibility to permeability transition pore (PTP) opening. Finally, contrary to our hypothesis, the absence of Parkin, didn’t exacerbate mitochondrial dysfunctions induced by doxorubicin and seemed to have a protective effect.

Les anthracyclines, comme la doxorubicine (DOX) ou la daunorubicine (DNR), sont utilisées dans le traitement d’une grande variété de cancers allant des lymphomes, au cancer du sein, en passant par certaines leucémies. Encore aujourd’hui, beaucoup pensent que les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive, toutefois, la plupart de ces mêmes personnes sont d’accord pour dire que la p-glycoprotéine est responsable d’exporter ces molécules hors de la cellule. Mais pourquoi une molécule aurait besoin d’un transporteur pour sortir de la cellule, et pas pour y entrer ? Qu’est-ce qui ferait que la diffusion passive fonctionnerait dans un sens, mais pas dans l’autre, d’autant que l’entrée des anthracyclines dans les cellules est très rapide ? Nous pensons qu’il existe bel et bien un transporteur responsable de faire passer les anthracyclines du milieu extracellulaire au cytoplasme, et nous voulons développer un modèle de levure qui permettrait de déterminer si une protéine, un transporteur, issue d’un autre organisme eucaryote est en mesure de transporter la DOX à l’intérieur de la cellule. Pour ce faire, nous avons rassemblé un groupe de mutants présentant une déficience dans l’absorption d’autres molécules chargées positivement telles que la bléomycine ou le NaD1 et avons déterminé le taux d’absorption de DOX de chacun de ces mutants. Les simples mutants sam3Δ ou dur3Δ n’ont montré qu’une faible réduction de l’absorption de DOX, voire, aucune, par rapport à la souche parentale. Si le double mutant sam3Δdur3Δ a montré une réduction relativement importante de l’absorption de DOX, c’est le mutant agp2Δ qui présentait la plus grande réduction d’absorption de DOX, ainsi qu’une résistance notable à son effet létal. Nous avons utilisé, par la suite, ce mutant pour exprimer, à l’aide d’un vecteur d’expression, une protéine du ver Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). Les résultats ont montré que cette protéine était en mesure de restaurer l’absorption de DOX, compromise chez le mutant agp2Δ ainsi que d’augmenter la sensibilité de la souche parentale à son effet létal, lorsqu’exprimée chez celle-ci. Cela suggère que CeOCT-1 est un transporteur fonctionnel de DOX et contredit également le dogme selon lequel les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive. / Anthracyclines such as doxorubicin (DOX) or daunorubicin (DNR) are used for treatment of a wide variety of cancers from lymphomas to breast cancer going through some leukemia. Still today, several people think that anthracyclines enter cells through passive diffusion, but these same people believe that the p-glycoprotein is involved in efflux of anthracyclines. We think that there is a transporter responsible for uptake of anthracyclines by cells and we want to develop a yeast model that would allow us to determine if protein from another eukaryote organism could be able to transport DOX into yeast cells. In order to do that, we gathered a group of mutants that are already known to be resistant to other positively charged molecules such as bleomycin and NaD1 and determined their ability to take up DOX. The simple mutants sam3Δ or dur3Δ showed no or slight decrease of DOX compared to parent. If the double mutant sam3Δdur3Δ showed rather significant uptake decrease, it is the agp2Δ that showed the grater decrease in DOX uptake as a resistance to its lethal effect. We used that mutant to express a protein from the worm Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). The results showed that this protein was able restore back the uptake of DOX that was compromised in agp2Δ and was also able to increase the sensitivity of the parent to its lethal effect. This leads us to believe that CeOCT-1 is functional transporter for DOX and goes against the dogma wherein anthracyclines enter the cells through passive diffusion.

Les sphéroïdes multicellulaires tumoraux (SMT) constituent un outil prometteur dans le domaine de l’étude biologique des tumeurs. Le but de la thèse était de développer une technique de la formation de SMT et de démontrer la disponibilité de ces sphéroïdes comme modèle in vitro 3D pour tester l’efficacité de principes actifs anticancéreux ainsi que celle de formulations de délivrance de médicaments. L'effet d’auto-assemblage de cellules induit par une addition des peptides RGD cycliques a été étudié pour 16 lignées cellulaires de différentes origines. Le peptide cyclique RGDfK et sa modification avec le cation triphenylphosphonium (TPP) ont permis de mettre en évidence l’induction de formation de sphéroïdes. Les sphéroïdes ont été employés comme modèles pour évaluer la cytotoxicité de principes actifs antitumoraux (doxorubicine, curcumine, temozolomide) et un certain nombre de formulations nano- et micrométriques (microréservoirs, nano-émulsions et micelles). / Multicellular tumor spheroids (MTS) are a promising tool in tumor biology. The aim of the Thesis was to develop a novel highly reproducible technique for MTS formation, and to demonstrate the availability of these spheroids as 3D in vitro model to test anticancer drugs and drug delivery vehicles. Cell self-assembly effect induced by an addition of cyclic RGD-peptides directly to monolayer cultures was studied for 16 cell lines of various origin. Cyclo-RGDfK peptide and its modification with triphenylphosphonium cation (TPP) were found to induce spheroid formation. The spheroids were used as a model to evaluate the cytotoxicity of antitumor drugs (doxorubicin, curcumin, temozolomide) and a number of nano- and micro- formulations (microcontainers, nano-emulsions and micelles).

L‘intérêt de développer de nouvelles applications de la nanotechnologie pharmaceutique dans les soins de santé augmente année après année. Le rôle des nanosystèmes est devenu évident, surtout après que certains d'entre eux aient contribué à des solutions révolutionnaires dans des maladies graves. Dans notre projet, nous avons cherché à synthétiser des nanoparticules (NPs) intelligentes capables de livrer, de façon sélective, des agents anticancéreux. Les NPs ont été synthétisées afin de cibler des cellules cérébrales atteintes par le glioblastome multiforme (GBM), un cancer du cerveau présentant un mauvais pronostic et un taux de survie médian très faible. À cet effet, nous avons planifié de synthétiser et analyser ces nanoparticules et également d’étudier les preuves de concept de leur efficacité. Tout d'abord, nous avons sélectionné avec soin, la procédure de formulation ainsi que les polymères avant d’optimiser les caractéristiques physico-chimiques des nanogels (NGs) formulés à base de chitosane. Après l'optimisation de la taille, du PdI et du potentiel de surface des NGs, nous avons synthétisés des NGs chargés en substance active. Deux molécules thérapeutiques ont été retenues La première était la doxorubicine HCl (DOX) qui est trop hydrophile pour passer la BHE, bien qu’ayant démontré une efficacité in vitro contre le GBM. Le deuxième médicament était le témozolomide (TMZ) qui est déjà utilisé dans le traitement de GBM, comme adjuvant à la radiothérapie, après l’intervention chirurgicale. Les méthodes d'analyses ont ensuite été développées pour déterminer l’efficacité du taux d'encapsulation (EE%) et l'efficacité de chargement de médicament (DLE%) des deux médicaments. Pour la préparation des nanogels théranostiques, nous avons suivi les mêmes procédures après l’addition de l’agent de contraste USPIO, durant la synthèse des NGs. Ensuite, nous avions besoin d’assurer la qualité de nos NGs lors du stockage à long terme. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une procédure de lyophilisation en utilisant différents sucres de nature et de concentrations variables. Les sucres ont été ajoutés pour cryoprotéger les NGs contre les contraintes mécaniques et physiques mises en jeu lors de la lyophilisation. Les sucres qui ont démontré des résultats satisfaisants avec NGs vides ont été utilisés, par la suite, dans la cryoprotection des NGs chargées de médicament au cours de leur lyophilisation. Finalement, nous avons étudié la libération de la DOX à partir des NGs chargées avant et après lyophilisation. Cette étude, en particulier avait deux objectifs. Le premier était de comparer l'effet de la lyophilisation sur le comportement de la libération de DOX des NGs, en observant l’impact de cette procédure sur la cinétique de libération Le deuxième but de l'étude de relargage était de tester la capacité des NGs à libérer leur contenu à trois pH différents : 5.8 (pH intracellulaire des cellules tumorales), 6.8 (espace interstitiel de la tumeur) et 7.4 (plasma sanguin). / The interest in developing new applications of nanotechnology in the pharmaceutical health care increases year after year. The role of nanosystems became clearer, especially after some of them contributed to revolutionary solutions in serious diseases. In our project, we sought to synthesize ‘intelligent’ nanoparticles (NPs) capable of selectively delivering anticancer agents. NPs were synthesized to target brain cells affected by glioblastoma multiforme (GBM), a brain cancer with a poor prognosis and a very low rate of median survival. To this end, we planned to synthesize and analyze these nanoparticles and also to study the proof-of-concept of their efficiency. First, we carefully selected the formulation process and the polymers prior to optimize physicochemical characteristics of the nanogels (NGs) formulated with chitosan. After optimization of the NGs size, PDI and surface potential, we synthesized NGs loaded with active substances. Two therapeutic molecules were selected. First we chose doxorubicin HCl (DOX) which is too hydrophilic to cross the BBB, whereas demonstrating in vitro efficacy against GBM. The second drug was temozolomide (TMZ), already used in the treatment of GBM as an adjuvant to radiotherapy after surgery. Analytical methods were then developed to determine the encapsulation efficiency (EE %) and drug loading efficiency (DLE %) of both drugs. For the preparation of theranostic nanogels, we followed the same procedures after the addition of the USPIO contrast agent during the NGs synthesis. Next, we needed to ensure the quality of our NGs during long-term storage. To achieve this goal, we developed a freeze-drying process using different kind of sugar cryoprotectants at varying concentrations, in order to protect NGs against mechanical and physical stresses at play during freeze-drying. Most promising sugars used with unloaded NGs were subsequently used to cryoprotect DOX-loaded NGs. Finally, we studied the release of DOX from DOX-loaded NGs before and after freeze-drying. This study in particular had two objectives. The first was to compare the effect of the freeze-drying process on the behavior of the DOX-loaded NGs, observing the impact of this procedure on the release kinetics. The second purpose of the release study was to test the ability of NGs to release their contents at three different pH: 5.8 (intracellular pH of tumor cells), 6.8 (interstitial space of the tumor) and 7.4 (blood plasma).

Des nanoparticules d’oxydes de fer superparamagnétiques (SPIONs) PEGylées ont servi de plateforme pour la formulation de nanovecteurs théragnostiques pour la délivrance d’un agent anticancéreux, la doxorubicine (DOX). Le chargement de la DOX sur les nanovecteurs à l’aide d’un complexe avec l’ion fer (II) a été optimisé. Ce complexe se dissocie en milieu acide, typique des compartiments intracellulaires. La spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) a confirmé que les nanovecteurs libèrent la DOX sous forme non complexée. La cytotoxicité in vitro induite par la libération de la DOX a été évaluée sur différentes lignées cellulaires de cancer du sein, et comparée à celle de la DOX en solution. Les voies d’internalisation des nanovecteurs ont été explorées en microscopie électronique en transmission (MET), et le devenir intracellulaire de la DOX a été suivi en imagerie confocale multispectrale (ICMS). Enfin, un protocole thérapeutique in vivo chez la souris tumorisée a permis d’évaluer la capacité de la nanoformulation à limiter la croissance tumorale, la possibilité d’un ciblage magnétique, et la réduction des effets secondaires induits par la DOX. / PEGylated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were used as a platform to build theranostic nanovectors for the delivery of an anticancer drug, doxorubicin (DOX). The DOX loading on nanocarriers via a DOX-iron (II) complex was optimized. The complex dissociates at low pH, typical of intracellular compartments. Surface enhanced Raman scattering (SERS) confirmed that the nanovectors released DOX under free form. In vitro cytotoxicity due to DOX loaded on nanocarriers was performed on different breast cancer cells, and compared to that of DOX in solution. Internalization pathways of nanovectors were explored with transmission electron microscopy (TEM), and intracellular fate of DOX was monitored by confocal spectral imaging (CSI). To finish, a therapeutical protocol was performed on tumorized mice, in order to evaluate the efficacy of the nanoformulation on tumor reduction, the possibility of magnetic targeting, and the decrease of side effects induced by DOX.

L’auto-assemblage de copolymères à blocs amphiphiles est un outil puissant de la chimie supramoléculaire pour la conception de nano-objets complexes et fonctionnels. Dans ces travaux de thèse, l’étude approfondie d’un copolymère à blocs « hybride » synthétique-b-peptidique poly(triméthylène carbonate)-b-poly(acide glutamique) pour des applications de vectorisation a été menée. Des morphologies vésiculaires, obtenues par auto-assemblage en voie « co-solvant » et présentant une grande stabilité ainsi qu’un caractère stimulable ont été mises en évidence. Une transition inédite en température, par des phénomènes de fusion et de fission, a pu être observée. L’encapsulation dans ces vésicules polymères d’un principe actif anti-tumoral et de nanoparticules magnétiques, à des taux très élevés, permet d’améliorer le contraste en IRM ainsi que de moduler la libération de la molécule par une variation des paramètres environnementaux (pH, T) ou par un effet d’hyperthermie magnétique. / Block copolymer self-assembly is a powerful tool within supramolecular chemistry to design smart and functional nano-objects. In this thesis work, comprehensive study of hybrid poly(trimethylene carbonate)-b-poly(glutamic acid) block copolymers for drug delivery applications has been conducted. Highly stable vesicular morphologies presenting stimuli-responsive behaviour were prepared using a solvent-injection method. In particular, original temperature responsiveness mediated by fusion and fission events has been evidenced. Dual loading of an anticancer drug and superparamagnetic nanoparticles in these vesicles, at very high loading contents, allows enhancing MRI contrast and controlling drug release kinetics by varying environmental conditions (pH, T) or by using a magnetic hyperthermia effect.

Les cellules de la lignée d'hépatome HepaRG sont des progéniteurs bipotents capables de se différencier à confluence en cellules biliaires et en hépatocytes exprimant un large éventail de fonctions spécifiques du foie notamment plusieurs enzymes clés de détoxication. Ce système cellulaire constitue un modèle unique pour mieux comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires régissant le processus de différenciation du progéniteur hépatique vers l'hépatocyte ou encore certains aspects de régulation du cycle cellulaire de l'hépatocyte. Par ailleurs, il offre un modèle cellulaire alternatif aux cultures primaires d'hépatocytes humains pour des applications en pharmacotoxicologie. Cependant, ces cellules expriment un niveau relativement limité d'un important cytochrome P450, le CYP2E1, restreignant leur utilisation pour les études de toxicologie des drogues métabolisées par cette voie. Nous avions comme objectif d'établir des protocoles efficaces de transfection afin d'augmenter l'expression du CYP2E1 dans les cellules HepaRG. Des protocoles de transfection efficaces ont été établis en utilisant l'électroporation et des lipides cationiques appartenant aux lipophosphonates et lipophosphoramidates. Ces approches nous ont permis d'augmenter significativement le niveau d'expression et d'activité du CYP2E1 dans les cellules HepaRG différenciées ouvrant de nouvelles perspectives pour des études de métabolisme et de toxicité des drogues dépendantes du CYP2E1. La mise au point de ces protocoles de transfection a été mise à profit pour aborder d'autres applications notamment la répression par siARN de l'expression du récepteur aux amines aromatiques hétérocycliques AhR. Nous avons pu par électroporation dans des cellules HepaRG différenciées démontrer que AhR est au moins en partie responsable de l'induction des CYP1A1 et 1A2 par les amines aromatiques hétérocycliques PhIP et MeIQx. Toujours en utilisant un protocole d'électroporation, nous avons également établi une lignée HepaRG recombinante exprimant de façon constitutive l'hepcidine en fusion avec la Green Fluorescent Protein (GFP). Cette lignée constitue un nouvel outil d'étude du processus de maturation et de sécrétion de l'hepcidine un régulateur hormonal central du métabolisme du fer. Enfin, dans une dernière partie du travail, nous avons abordé un nouveau type de vectorisation : des nanoparticules synthétisées à partir de poly-acide malique dans le but d'encapsuler des principes actifs anticancéreux pour des applications potentielles dans le ciblage du carcinome hépatocellulaire. Une première étape a consisté à étudier la toxicité in vitro de ces particules sur plusieurs lignées cellulaires puis d'évaluer leur potentiel d'encapsulation de principe actif en utilisant la doxorubicine comme molécule de référence.