Au cours des dernières décennies, des systèmes de taille nanométrique chargés en principes actifs (nanomédicaments) et des nouvelles stratégies thérapeutiques ont été développés afin de surmonter les limitations liées à la chimiothérapie conventionnelle telles qu’une distribution non spécifique, une mauvaise accumulation dans les tissus cibles ainsi qu’une métabolisation rapide. Cependant, le succès des nouveaux médicaments en clinique reste encore limité et seulement un faible nombre de nanomédicaments est actuellement commercialisé.Une divergence entre les résultats précliniques in vitro et les performances obtenues in vivo est souvent observée dans la première étape du développement d'un médicament. Cet écart pourrait être attribué au manque de modèles pertinents, représentatifs de la pathologie observée chez l’Homme et qui soient de bons prédicteurs de la réponse thérapeutique chez les patients. En effet, les modèles utilisés aujourd’hui (généralement culture cellulaire en deux dimensions, 2D) ne reproduisent pas la structure complexe de la tumeur in vivo. Ainsi, ils ne permettent pas une évaluation fiable du potentiel thérapeutique réel des médicaments. Dans cette optique, les méthodologies de culture de cellules en trois dimensions (3D) sont extrêmement avantageuses. Ces méthodologies permettent, en effet, la construction de systèmes cellulaires pertinents qui reproduisent in vitro la relation entre les cellules cancéreuses et leur microenvironnement. Parmi ces modèles, l'assemblage de cellules sous forme de sphéroïdes multicellulaires a été largement exploré. Néanmoins, les sphéroïdes décrits jusqu'à présent correspondent à des nodules formés exclusivement de cellules cancéreuses, ce qui constitue une vraie limitation. En effet, ces sphéroïdes ne reproduisent pas l’organisation de la tumeur et l'hétérogénéité du microenvironnement, et par conséquent ils ne parviennent pas à mimer les multiples barrières biologiques que les médicaments doivent traverser pour atteindre les cellules cibles.Dans cet esprit, l'objectif de cette thèse de doctorat était de surmonter ces limitations et de construire des modèles pertinents qui reproduisent in vitro la relation entre les cellules cancéreuses et leur microenvironnement afin de i) mieux comprendre les mécanismes de passage des nanomédicaments et ii) mieux prédire l’efficacité des nouveaux traitements.Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés au cancer du pancréas qui est caractérisé par la présence d'un abondant stroma formant un bloc fibreux (réaction desmoplastique) qui limite la pénétration des médicaments et réduit ainsi leur efficacité. Cette tumeur représente donc un bon exemple de barrière biologique tumorale.La partie principale de ce travail de recherche repose sur la construction et la caractérisation complète d’un nouveau type de sphéroïde multicellulaire, capable de reproduire in vitro la relation entre les cellules cancéreuses et leur microenvironnement, grâce à la co-culture de cellules cancéreuses pancréatiques, de fibroblastes et de cellules endothéliales. Les études de cytotoxicité in vitro nous ont permis d’investiguer la capacité de ce modèle à reproduire la résistance des cellules cancéreuses aux traitements observés in vivo. Grâce à la Microscopie de Fluorescence à Feuillet de Lumière nous avons pu étudier la pénétration de la doxorubicine, soit en forme libre, soit encapsulée dans des nanoparticules, au sein des sphéroïdes. Ensuite, afin de mieux comprendre comment les médicaments et nanomédicaments interagissent avec la tumeur, nous avons cherché à combiner la culture 3D avec des conditions dynamiques contrôlées dans un dispositif microfluidique. Pour atteindre cet objectif, nous avons conçu et fabriqué une puce sur mesure, adaptée pour loger à la fois le sphéroïde et des canaux dans lesquels les cellules endothéliales pourront s’organiser sous forme de vaisseaux. / In the last decades, various engineered systems for drug delivery (i.e., nanomedicines) have been developed with the aim to overcome the limits associated to conventional chemotherapy, such as non-specific drug distribution, poor delivery to the target tissue and rapid metabolism. However, the success of new therapeutic strategies in the clinic is still suboptimal and only a limited number is currently marketed.A discrepancy between promising preclinical in vitro results and the in vivo performances is often observed in the early stage of drug development and might be ascribed to the lack of capacity of the models commonly used for in vitro studies to faithfully reproduce the pathophysiology of solid tumors. These models mainly consist of cancer cells cultured as flat (two dimensional, 2D) monolayers or assembled to form three dimensional (3D) multicellular tumor spheroids (MCTS).However, being composed exclusively of one cell type, these models are too simplistic. They do not allow to reproduce the heterogeneous cellular composition, as well as, the complex architecture of the tumor and its surrounding microenvironment. Thus, they fail to replicate the multiple biological barriers that drugs and nanomecidines have to cross in order to reach the target cells.The aim of this PhD thesis was to overcome these limitations and construct a reliable tool for an appropriate in vitro evaluation of the therapeutic potential of nanomedicines and other chemotherapies. Attention has been focused on the pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) whose strong fibrotic reaction represents a well-known example of a tumor biological barrier responsible of the limited efficacy of the treatments. The main part of this research work relies on the construction and complete characterization of novel hetero-type MCTS based on a triple co-culture of pancreatic cancer cells, fibroblasts and endothelial cells, and thus capable to integrate the cancerous component and the microenvironment of the tumor. The constructed 3D model has demonstrated the capacity to reproduce in vitro the influence of the microenvironment on the sensitivity of cancer cells to chemotherapy. In addition, by combining the 3D model and the innovative Light Sheet Fluorescence Microscopy (LSFM), we have been able to investigate the penetration of the anticancer drug doxorubicin (in a free form and loaded into nanoparticles (NPs)) in a high informative manner. Then, in order to acquire a better understanding on how nanomedicines and other anticancer chemotherapies interact with the tumor, we sought to combine the hetero-type 3D culture with controlled flow conditions in a microfluidic device. To reach this goal we have designed and fabricated a tailor-made chip suitable to host both a MCTS and a perfusable microvascular network (i.e., MCTS-on-a-chip).

>Magister Scientiae - MSc / Nanomedicines are loosely defined as medicines that seek to apply nanotechnology. Currently, nanomedicines are available for clinical use, including treatments for cancer, high cholesterol, hepatitis, COVID-19 vaccination, among other uses (Patra et al., 2018; Gao et al., 2021). Most of the nanomedicines meet the definition of medicines according to various national legislations. Consequently, these products are regulated as medicines. Nanomedicines present major differences in biological details and increased complexity of clinical use. They integrate different technology subsets from therapeutics to imaging and integrated non-invasive diagnosis (Gaspar, 2007). These complexities require extra regulatory effort.

Actuellement, la tuberculose (TB) est la deuxième maladie infectieuse au monde avec une forte prévalence et un taux de mortalité annuel élevé. L'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a récemment dévoilé sa nouvelle stratégie, appelée «Mettre fin à la tuberculose», pour la prévention, le contrôle et l'éradication de cette maladie. Les résultats doivent mener à une éradication totale d'ici au 2035. Dans le cadre des objectifs spécifiques de cette stratégie, l'OMS a intégré la recherche de nouvelles connaissances et innovations scientifiques qui améliorent et augmentent l'efficacité des traitements qui sont utilisés contre cette maladie.Deux des stratégies pharmaceutiques qui ont été les plus étudiées pendant ces dernières années ayant comme objectif principal d'augmenter l'efficacité globale des régimes thérapeutiques utilisés dans la tuberculose comprennent: i) l'incorporation de médicaments antituberculeux de première et de seconde ligne dans des systèmes de libération contrôlé, en particulier les nanoparticules polymères (NP); et, ii) l'utilisation de produits naturels (par exemple, des extraits de plantes ou des composés isolés) comme adjuvants, c'est-à-dire des substances qui, lorsqu'elles sont administrées conjointement avec des médicaments existants, augmentent leur activité.Dans ce contexte, ce travail de recherche a conduit au développement de deux stratégies pour rendre le traitement de la tuberculose plus efficace. D'une part, on a proposé le développement d´une nanomédecine à base de NP biodégradables contenant un principe actif antituberculeux de deuxième ligne, la clofazimine (CFM). D´autre part, on a conçu le développement des systèmes adjuvants provenant d'extraits végétaux obtenus à partir de l´arbre Schinus molle, lesquels ont été aussi incorporés dans des NP (biodégradables et non biodégradables). Dans cette deuxième stratégie, l'objectif principal a été l'obtention de potentielles nanoformulations qui permettent une application sûre de ces extraits par diverses voies d'administration (p. ex. par voie intraveineuse, pulmonaire ou orale).Dans ce travail, le Chapitre I est une revue de la littérature sur l'étude des produits naturels (spécifiquement des extraits de plantes) qui ont été proposés comme des agents potentiellement antibactériens contre Mycobacterium tuberculosis [etc...] / Tuberculosis is a chronic infection located in the lungs during the early stages of this disease. The World Health Organization, annually, registers about 9 million new cases and 1.5 million deaths. In addition, the development of multi-drug resistant strains of Mycobacterium tuberculosis has complicated the global control of tuberculosis. An effective control for this epidemic can be based on two main pharmaceutical strategies. First, the development of novel formulations based on controlled release systems for antitubercular drugs which could be used for establishing more effective therapeutic schemes. A second approach can be focused on development of natural products nanoformulations (e.g. natural extracts) for their application as adjuvants for tuberculosis treatment. In this context, the present research work was focused on the design and development of a nanomedicine based on biodegradable nanoparticles and an antitubercular drug of second line (clofazimine). In addition, organic extracts obtained from Schinus molle were formulated into nanoparticles in order to use them as adjuvants in tuberculosis treatment. The characterization of the nanoformulations established a direct relationship between the physicochemical properties (i.e. particle size, surface charge and release profile) of the active-loaded polymeric nanoparticles (with drug or extract) and the increase of the antitubercular activity in vitro. Particularly, additional in vitro tests showed that nanoencapsulation of S. mole extract decreased their toxicity as compared to a non-encapsulated extract. In conclusion, nanoformulations loaded with clofazimine or extract of S. molle showed to have a high potential to be applied in efficient therapeutic schemes for tuberculosis treatment

Le mélanome métastatique reste à l’heure actuelle une pathologie dramatique avec une survie moyenne de 13 mois après diagnostic, démontrant l’échec des chimiothérapies. Ces travaux de thèse ont pour but de développer une stratégie alternative utilisant les siRNA (petits ARN interférents) encapsulés au sein de nanocapsules lipidiques (LNC) pour une injection intraveineuse. Les premiers travaux ont porté sur le développement et l’amélioration du procédé de formulation des LNC chargées en siRNA. Les résultats ont permis une encapsulation à hauteur de 35%, une stabilité prolongée supérieure à 3 mois et une efficacité d’extinction du gène cible dans les cellules de mélanome. La deuxième partie de la thèse s’est orientée sur les stratégies de ciblage du mélanome après administration systémique. Différentes modifications de surface des LNC à l’aide de polyéthylène glycol (PEG) et d’Affitins (peptide d’affinité) ont été mises au point. La biodistribution sur des animaux « sains » ou des animaux greffés en sous-cutanés (mélanome humain) a révélé des comportements distincts en fonction des recouvrements utilisés. Les formes pegylées ont montré une accumulation préférentielle au site tumoral en comparaison avec les formes non modifiées ou modifiées avec les Affitins. Dans une troisième partie, des études d’efficacité anti-tumorale ont été réalisées avec un siRNA ciblant la protéine Bcl-2 ou la sous unité alpha 1 de la pompe Na/K ATPase. Une réduction du volume tumoral de 25% est observée avec les LNC siRNA Bcl-2. Par ailleurs, l’association de nouvelles chimiothérapies, les ferrocifènes, et des siRNA Bcl-2, montrent grâce à leur co-encapsulation au sein des LNC, des effets prometteurs. Ces travaux démontrent ainsi la capacité des LNC à délivrer des siRNA par voie intraveineuse dans de nouvelles stratégies de ciblage du mélanome. / Metastatic melanoma represents the most aggressive form of skin cancer with a median survival around 13 months. The low efficacy of actual chemotherapy is explained by important resistance phenomenon. The objective of this work consists in developing a new alternative strategy based on siRNA (small interfering RNA) encapsulated into lipid nanocapsules (LNCs) for intravenous injection. Firstly, the experiments were focused on development and optimization of formulation process for the encapsulation of siRNA into LNCs. The result demonstrated an encapsulation efficiency evaluated at 35% by spectrophotometer analysis, an important stability at 4°C (for at less 3 month) and an efficient gene inhibition in melanoma cells. The second part of this work studied the melanoma targeting potential of surface modified LNCs after systemic injection. In this way, pegylation with different polymers and Affitin grafting (affinity peptide) was performed on siRNA LNCs. The biodistribution on healthy animals and subcutaneous melanoma tumor bearing mice revealed the distinct behavior of various modified LNCs. All pegylated LNCs showed a preferential accumulation in tumor site in comparison with non-modified or Affitins LNCs. In a third part, the anti-cancer efficacy was tested with siRNA targeting Bcl-2, an anti-apoptotic member, or Alpha 1 subunit of Na/K ATPase. A reduction of tumoral volume evaluated at 25% was observed for Bcl-2 siRNA LNC. Moreover, the association with new promising anticancerous drug, ferrocifens, and Bcl-2 siRNA co-encapsulated into LNCs evidenced promising effects. This work demonstrated the capacity of LNC to deliver siRNA into melanoma cells and tumor after systemic administration thank to new targeting strategies in melanoma

Le cancer pancréatique représente la cinquième cause de décès par cancer dans les pays occidentaux. Son mauvais pronostic (survie à 5 ans inférieure à 3,5 % des cas) est dû à l’absence de facteurs de risques spécifiques interdisant une prévention efficace, et à un diagnostic tardif qui révèle un cancer agressif chez environ 90% des patients. Actuellement, le seul traitement curatif de ce cancer est la chirurgie, mais celle-ci ne peut être envisagée que dans 10 à 15 % des cas. L’adressage de molécules thérapeutiques vers l’organe, le tissu ou la cellule malade constitue aujourd’hui un défi majeur pour le traitement des maladies humaines notamment infectieuses, cancéreuses ou d’origine génétique. C’est pour ces raisons que le développement de nanotechnologies, en tant que vecteurs de médicaments, a pris un essor considérable au cours des dernières années. Dans ce contexte, le concept de squalènisation repose sur le couplage chimique entre le squalène (SQ), un lipide naturel précurseur de la synthèse du cholestérol, et des principes actifs (notamment des molécules anticancéreuses). Les bioconjugués ainsi formés sont alors capables de s’auto-assembler en solution aqueuse pour former des nanoparticules stables de diamètres compris entre 100 et 300 nm. L’exemple de référence dans ce domaine est la nanoparticule de gemcitabine-squalène (SQdFdC) qui a donné lieu à des résultats spectaculaires in vitro sur des lignées de cellules cancéreuses humaines In vivo, les nanoparticules de gemcitabine-squalène se sont avérées beaucoup plus efficaces que la gemcitabine libre sur des tumeurs solides greffées par voie sous-cutanée ainsi que sur des modèles murins de leucémies agressives métastatiques.Au vu de ces résultats encourageants, le projet de thèse a été développé autour de deux axes de recherche. (I) Dans un premier temps, les nanoparticules de gemcitabine-squalène ont été fonctionnalisées par un peptide capable de reconnaître et de cibler spécifiquement les cellules cancéreuses pancréatiques. (II) Le deuxième axe de recherche a visé l’encapsulation d’un second principe actif au sein des nanoparticules de gemcitabine-squalène afin de développer le concept de nanoparticule « multi-thérapeutique ». / Pancreatic cancer is a lethal disease with the worst prognosis among all solid tumors. In the last decades, progresses in pancreatic cancer therapy had remained exceedingly slow and disappointing offering minimal benefits in median survival which remains of less than 6 months and the maximum of 5 years in the 6% of patients. One of the major requirements for a successful cancer therapy is its ability to selectively kill cancer cells with minimal damage to healthy tissues. In this context, a great deal of attention focused on advanced nanoscale systems (i.e., nanomedicines) with the aim to overcome the limits associated to the traditional drug delivery modalities. Nanomedicines can indeed enhance drug properties by (i) offering protection from degradation, (ii) enabling controlled release and distribution and increasing bioavailability while reducing undesired side effects.In the current work we aimed to propose novel nanoscale-based strategies to optimize pancreatic cancer treatment taking into account the specific physio-pathology of this tumor. The first approach relied on the design of a targeted nanomedicine able to specifically bind receptors mainly expressed onto pancreatic cancer cells in order to selectively increase drug accumulation in these cells saving healthy ones.In a second approach, by combining two therapeutic agents in the same nanoparticle we constructed a multi-therapeutic drug delivery system capable to increase the therapeutic index of the combined therapy. In particular, taking advantages from the “squalenoylation prodrug approach”, the research activity of this Ph.D. work lead to the to design of (i) a novel peptide-functionalized squalenoyl gemcitabine nanoparticle and (ii) a tyrosine kinase inhibitor-loaded squalenoyl gemcitabine nanoparticle. Obtained nanoparticles were investigated with respect to their physico-chemical properties and in vitro antitumor activity. The efficacy of peptide-functionalized nanoparticles in impairing tumor growth was assessed in vivo on an experimental model of pancreatic cancer.

En dépit de progrès considérables, le cancer reste l'une des principales causes de morbidité et de mortalité dans le monde. Actuellement, 90% des décès liés au cancer sont causés par la propagation de cellules cancéreuses vers des organes distants. Une fois implantées et disséminées, les métastases sont beaucoup plus difficiles à détruire par les moyens de la chimiothérapie.A la suite d’un processus d’intravasation, certaines cellules tumorales s’échappent de la tumeur primaire et empruntent les systèmes circulatoires avant d’être ensuite extravasées, puis distribuées et finalement disséminées dans divers organes. Ainsi, dans l’environnement circulatoire, ces cellules tumorales circulantes (CTCs) se trouvent particulièrement accessibles aux agents thérapeutiques. Dans ce cadre, nous avons imaginé d’utiliser des nanoparticules à architecture contrôlée, afin d’intercepter de manière sélective ces cellules dans l’environnement sanguin.Dans cet objectif, nous avons synthétisé par ouverture de cycle de la lactone correspondante des copolymères amphiphiles di- et tri-blocs du poly(glutamate de benzyle). Leur auto-assemblage a permis d'obtenir des nanoparticules amphiphiles de taille inférieure à 100 nm et de potentiel ζ négatif, dont la géométrie contrôlable va de la forme sphérique (rapport d'aspect 1.3) à la forme ellipsoïdale (oblats) (rapport d'aspect 2,6) et qui présentant en surface des chaînes de PEG sous des conformations et des densités de surface contrôlées.En raison de leur capacité de circuler dans le compartiment sanguin, ces nanoparticules ont une probabilité d’interaction optimale avec les CTCs.L’impact de la modification de leur architecture a été établi en étudiant les capacités d’interactions des différentes nanoparticules préparées, d’une part avec les protéines plasmatiques et d’autre part, avec les différents types cellulaires rencontrés dans le compartiment sanguin.Les résultats les plus marquants montrent que l’élongation des nanoparticules (oblats) et l’anisotropie de leur surface, caractérisée par leur balance hydrophile/lipophile, gouvernent profondément leurs interactions. De manière fort intéressante, il apparaît que l’élongation des particules dont la surface est uniformément hydrophile diminue l’intensité de leur capture par les différents types cellulaires modèles étudiés (HUVECs modèle de cellules endothéliales), cellules RAW 276.7 (modèle de macrophages) et cellules PC3 (cancer de la prostate) et B16 (mélanome). En revanche, lorsque ces nanoparticules présentent une anisotropie de surface, leur capture par ces différents types cellulaires est augmentée avec l’élongation des particules (facteur d’élongation de 2,1).Dans un dernier volet expérimental, ces nanoparticules ont été modifiées par greffage de la protéine MART1 à leur surface. Ces immuno-nanoparticules ont montré une certaine capacité de reconnaissance des cellules B16 (modèle du mélanome). Leur efficacité après injection intraveineuse devra toutefois être précisée in vivo. / Despite the considerable progress, cancer remains one of the leading causes of morbidity and mortality worldwide. Currently, 90% of cancer deaths are caused by the spread of cancer cells to distant organs. Once implanted and disseminated, metastases are much more difficult to destroy by means of chemotherapy.Following a process of intravasation, some tumor cells escape from the primary tumor and migrate through the circulatory systems before being extravasated, then distributed and finally disseminated in various organs. Thus, in the circulatory environment, these circulating tumor cells (CTCs) are particularly accessible to therapeutic agents. In this context, we have imagined the use of nanoparticles with controlled architecture, in order to selectively intercept these cells in the blood environment.For this purpose, we have synthesized by ring opening of the corresponding lactone, amphiphilic di- and tri-block copolymers of poly (benzyl glutamate). Their self-assembly made it possible to obtain amphiphilic nanoparticles smaller than 100 nm in size and with a negative ζ potential, whose controllable geometry ranges from spherical (aspect ratio 1.3) to ellipsoidal (oblates) (aspect ratio 2, 6) and having PEG chains on the surface under controlled surface conformations and densities.Due to their ability to circulate in the blood compartment, these nanoparticles have an optimal probability of interaction with CTCs.The modification impact of their architecture has been established by studying the interaction capacities of the different nanoparticles prepared. On the one hand with the plasma proteins and on the other hand, with the different cell types encountered in the blood compartment.The most striking results show that the elongation of the nanoparticles (oblates) and the anisotropy of their surface, characterized by their hydrophilic / lipophilic balance, strongly govern their interactions. Interestingly, it appears that the elongation of particles whose surface is uniformly hydrophilic decreases the intensity of their capture by the different types of cell models studied (HUVEC model endothelial cells), RAW 276.7 cells (macrophage model) and cells PC3 (prostate cancer) and B16 (melanoma). Although, when these nanoparticles exhibit surface anisotropy, their capture by these different cell types is increased with the elongation of the particles (elongation factor of 2.1).In a final experimental part, these nanoparticles were modified by grafting the MART1 protein on their surface. These immuno-nanoparticles showed a certain recognition capacity of B16 cells (melanoma model). However, their efficacy after intravenous injection should be specified in vivo.

The thesis outlines possible medical applications of soft matter assemblies as nanotechnology based systems as well as their potential in the emerging field of nanomedicine. Nanomedicine can be defined as the investigation area encompassing the design of diagnostics and therapeutics at the nanoscale, including nanobots, nanobiosensors, nanoparticles and other nanodevices, for the remediation, prevention and diagnosis of a variety of illnesses. The ultimate goal of nanomedicine is to improve patient quality-of-life. Because nanomedicine includes the rational design of an enormous number of nanotechnology-based products focused on miscellaneous diseases, a variety of nanomaterials can be employed. Therefore, the thesis is driven by a focus on recent advances in the manufacture of soft matter-based nanomedicines specifically designed to improve cancer diagnostics and chemotherapy efficacy. It will in particular highlight liposomes, polymer-drug conjugates, drug- loaded block copolymer micelles and biodegradable polymeric nanoparticles, emphasizing the current investigations and potential novel approaches towards overcoming the remaining challenges in the field as well as a brief overview of formulations that are in clinical trials and marketed products. Based on vehicle-related and...

<div>Delayed fracture healing is a major health issue involved with aging. Therefore, strategies to improve the pace of repair and prevent non-union are needed in order to improve patient outcomes and lower healthcare costs. In order to accelerate bone fracture healing noninvasively, we sought to develop a drug delivery system that could safely and effectively be used to deliver therapeutics to the site of a bone fracture. We elected to pursue the promising strategy of using small-molecule drug conjugates that deliver therapeutics to bone in an attempt to increase the efficacy and safety of drugs for treating bone-related diseases.</div><div>This strategy also opened the door for new methods of administering drugs. Traditionally, administering bone anabolic agents to treat bone fractures has relied entirely on local surgical application. However, because it is so invasive, this method’s use and development has been limited. By conjugating bone anabolic agents to bone-homing molecules, bone fracture treatment can be performed through minimally invasive subcutaneous administration. The exposure of raw hydroxyapatite that occurs with a bone fracture allows these high-affinity molecules to chelate the calcium component of hydroxyapatite and localize primarily to the fracture site.</div><div>Many bone-homing molecules (such as bisphosphonates and tetracycline targeting) have been developed to treat osteoporosis. However, many of these molecules have toxicity associated with them. We have found that short oligopeptides of acidic amino acids can localize to bone fractures with high selectivity and with very low toxicity compared to bisphosphonates and tetracyclines.</div><div>We have also demonstrated that these molecules can be used to target peptides of all chemical classes: hydrophobic, neutral, cationic, anionic, short, and long. This ability is particularly useful because many bone anabolics are peptidic in nature. We have found that acidic oligopeptides have better persistence at the site of the fracture than bisphosphonate-targeted therapeutics. This method allows for a systemic administration of bone anabolics to treat bone fractures, which it achieves by accumulating the bone anabolic at the fracture site. It also opens the door for a new way of treating the prevalent afflictions of broken bones and the deaths associated with them.</div><div>We further developed this technology by using it to deliver anabolic peptides derived from growth factors, angiogenic agents, neuropeptides, and extracellular matrix fragments. We found several promising therapeutics that accelerated the healing of bone fractures by improving the mineralization of the callus and improving the overall strength. We optimized the performance of these molecules by improving their stability, targeting ligands, linkers, dose, and dosing frequency.</div><div>We also found that these therapeutics could be used to accelerate bone fracture repair even in the presence of severe comorbidities (such as diabetes and osteoporosis) that typically slow the repair process. We found that, unlike the currently approved therapeutic for fracture healing (BMP2), our therapeutics improved functionality and reduced pain in addition to strengthening the bone. These optimized targeted bone anabolics were not only effective at healing bone fractures but they also demonstrated that they could be used to speed up spinal fusion. Additionally, we demonstrated that acidic oligopeptides have potential to be used to treat other bone diseases with damaged bone.</div><div>With these targeted therapeutics, we no longer have to limit bone fracture healing to casts or invasive surgeries. Rather, we can apply these promising therapeutics that can be administered non-invasively to augment existing orthopedic practices. As these therapeutics move into clinical development, we anticipate that they will be able to reduce the immobilization time that is the source of so many of the deadly complications associated with bone fracture healing, particularly in the elderly.</div>