La squalénisation est une méthode de vectorisation sous forme nanoparticulaire qui consiste àcoupler de manière covalente un dérivé du squalène à des principes actifs hydrophiles tels que lesanalogues nucléosidiques. Les conjugués amphiphiles obtenus sont capables de s’auto-organiserspontanément dans l’eau en nanoparticules d’une centaine de nanomètres de diamètre etpossèdent des activités anticancéreuses ou antivirales remarquables. Notre objectif était d’étendrecette stratégie à différentes classes d’antitumoraux, comme les antimétabolites, les antimitotiqueset les agents alkylants. Différents dérivés du squalène ont ainsi été synthétisés puis couplés à cesprincipes actifs pour former les bioconjugués squalénisés correspondants. Il a été montré que cesprodrogues étaient capables de s’auto-assembler en nanoparticules spontanément en milieuaqueux, que le principe actif soit hydrophile ou hydrophobe. Les suspensions nanoparticulaires deces prodrogues se sont montrées actives in vitro sur différentes lignées cellulaires cancéreuseshumaines et murines et in vivo chez la Souris sur des modèles de cancer. La squalénisation a donc étéétendue à diverses familles de composés anticancéreux confirmant qu’il s’agit d’une méthodegénérale de vectorisation pourvue d’un fort potentiel thérapeutique. / Squalenoylation is a strategy of vectorization consisting in coupling squalene derivatives tohydrophylic drugs as nucleoside analogues. The amphiphilic conjugates obtained are able to selfassembleinto nanoparticles with a diameter of 100 nm in water. In addition those nanoparticleshave shown impressive anticancer and antiviral activities. Our objective was to extend this strategyto different anticancer drugs as antimetabolites, antimitotics and alkylating agents. Differentsqualenoyl derivatives have been synthesised and then coupled to drugs to furnish thecorresponding squalenoylated biconjugates. It has been shown that those prodrugs were able toself-assemble into nanoparticles in water. Nanoparticles of the bioconjugates are active in vitro ondifferent human cancer cell lines and in vivo in Mice on different cancer models. Squalenoylation hasfinally been extended to numerous anticancer drugs, proving that this strategy is a general methodof vectorization with a high therapeutic potential.

Les nanoparticules de Gemcitabine-Squalène (Gem-Sq), synthétisées suivant le concept de « squalénisation », ont montré des activités anticancéreuses très supérieures à celles obtenues en présence de Gem libre. Néanmoins, leur PEGylation, c’est-à-dire leur décoration par du poly(éthylène glycol)-squalène (PEG-Sq) pour augmenter leur temps de demi-vie plasmatique, s’est avérée infructueuse du fait d’une déstructuration colloïdale. Par ailleurs, aucune stratégie de fonctionnalisation pour effectuer un ciblage actif de cellules cancéreuses, n’est à ce jour disponible. Au cours de cette thèse, nous avons donc cherché à résoudre ces problèmes. Après une étude bibliographique portant sur la conception de nanoparticules de prodrogues lipidiques, dans le but d’établir un constat récent de l’état de l’art dans ce domaine, nous avons proposé une voie de synthèse pour obtenir des nanoparticules multifonctionnelles (i.e., thérapeutique, fluorescentes et ciblées) à base de Gem-Sq, et ce par co-auto-assemblage des composés conjugués de Rhodamine-Sq, Gem-Sq et Biotin-Sq. Ces nanoparticules ont montré une internalisation plus importante dans les cellules cancéreuses et une meilleure efficacité thérapeutique que les nanoparticules de Gem-Sq non-fonctionnalisées. Dans un deuxième temps, nous avons apporté une solution au problème de la PEGylation des nanoparticules de Sq via la synthèse et l’utilisation de composés conjugués de type Gem-poly(méthacrylate de squalène). Ces prodrogues macromoléculaires ont été synthétisées par polymérisation radicalaire contrôlée et plus précisément par la technique RAFT. Les nanoparticules obtenues par auto-assemblage en solution aqueuse sont stables et présentent des activités anticancéreuses importantes sur différentes lignées cellulaires. Leur PEGylation par ajout de Sq-PEG durant la formulation s’est avérée possible et n’a pas conduit à une déstabilisation colloïdale. Enfin, j’ai participé à l’élaboration d’une nouvelle famille de nanoparticules de prodrogues macromoléculaires qui a consisté à faire croitre de courtes chaines de polyisoprène (PI) à partir de la Gem, donnant ainsi des conjugués de type Gem-PI, capables de s’auto-assembler sous la forme de nanoparticules avec une activité anticancéreuse in vitro et in vivo. / Gemcitabine-Squalene (Gem-Sq) nanoparticles have been synthesized from the “squalenoylation” approach and have shown superior anticancer activities compared to those obtained with free Gem. However, their PEGylation, that is their coating with poly(ethylene glycol)-squalene (PEG-Sq) in order to increase their circulation time, has been unsuccessful, leading to colloidal disassembly. In addition, to the best of our knowledge, there is not functionalization strategy yet available to perform active targeting against cancer. During this PhD thesis, we have been looking for solutions to tackle these two important problems. After a littérature survey about the design of lipidic prodrug nanoparticles, in order to establish a pretty accurate picture of the domain, we have reported a synthetic approach towards multifunctional Sq-based nanoparticles (i.e., therapeutic, fluorescent and targeted), through the co-self-assembly of the different Sq-based materials; that is Rhodamine-Sq, Gem-Sq and Biotin-Sq. These nanoparticles have demonstrated a greater internalization into cancer cells and a greater therapeutic effect than non-functionalized Gem-Sq nanoparticles. In the next step, we have provided a solution to the PEGylation issue by synthetizing Gem-poly(squalenoyl methacrylate) macromolecular prodrugs. These materials have been prepared by controlled/living radical polymerization and especially the RAFT technique. The resulting nanoparticles exhibited significant anticancer activities against various cancer cells and can be successfully PEGylated by the addition of Sq-PEG during their formulation. Eventually, I have participated to the design of a new family of macromolecular prodrugs obtained from the growing of short polyisoprene (PI) chains from Gem, leading to Gem-PI nanoparticles after self-assembly of Gem-PI. The nanoparticles led to significant anticancer activity both in vitro and in vivo.

La squalénisation est une méthode de vectorisation sous forme nanoparticulaire qui consiste àcoupler de manière covalente un dérivé du squalène à des principes actifs hydrophiles tels que lesanalogues nucléosidiques. Les conjugués amphiphiles obtenus sont capables de s'auto-organiserspontanément dans l'eau en nanoparticules d'une centaine de nanomètres de diamètre etpossèdent des activités anticancéreuses ou antivirales remarquables. Notre objectif était d'étendrecette stratégie à différentes classes d'antitumoraux, comme les antimétabolites, les antimitotiqueset les agents alkylants. Différents dérivés du squalène ont ainsi été synthétisés puis couplés à cesprincipes actifs pour former les bioconjugués squalénisés correspondants. Il a été montré que cesprodrogues étaient capables de s'auto-assembler en nanoparticules spontanément en milieuaqueux, que le principe actif soit hydrophile ou hydrophobe. Les suspensions nanoparticulaires deces prodrogues se sont montrées actives in vitro sur différentes lignées cellulaires cancéreuseshumaines et murines et in vivo chez la Souris sur des modèles de cancer. La squalénisation a donc étéétendue à diverses familles de composés anticancéreux confirmant qu'il s'agit d'une méthodegénérale de vectorisation pourvue d'un fort potentiel thérapeutique.

Ce travail de thèse consacré à la chimie de Zingiberaceae est divisé en deux parties distinctes.Dans la première partie, une étude phytochimique des rhizomes d'une plante africaine, Aframomum sceptrum K. Schum., couramment employée en Côte d'Ivoire, a été réalisée. Deux nouveaux composés, nommés sceptrumlabdalactone A et sceptrumlabdalactone B ont été isolés. Ce sont des composés terpéniques type labdane. Le sceptrumlabdalactone B est fortement actif contre L. donovani, avec une CI50 proche de celle de la pentamidine.L'extraction de l'huile essentielle des rhizomes a également été réalisée par hydrodistillation. L'analyse de l'huile par GC-MS a montré la présence de mono- et de sesquiterpènes avec une quasi-absence de monoterpènes aromatiques. L'évaluation des activités biologiques de l'huile a montré une activité contre les bactéries à Gram positif, et dans une moindre mesure, contre les bactéries à Gram négatif. Une forte activité trichomonicide a aussi été constatée.La deuxième partie, est consacrée à la curcumine. Ce diarylheptanoïde, est fréquent dans plusieurs Curcumas, Des analogues originaux, par exemple prénylés ont été préparés. Plusieurs activités biologiques (activités antiparasitaires, antibactériennes, anti-inflammatoires, anti-agrégation de la protéine β-amyloïde) ont été évaluées in vitro. L'activité anti-inflammatoire apparait différente de celle du produit de départ pour un des analogues.De même, la désaromatisation oxydante de la curcumine et ses analogues a permis l'accès en une ou deux étapes à des composés originaux à pharmacophore largement modifié.Des nanoparticules à base de "curcumine-squalénisée" ont également été préparées afin de surmonter le problème de la faible biodisponibilité de la curcumine. L'activité leishmanicide in vitro semble prometteuse.

Ce travail de thèse consacré à la chimie de Zingiberaceae est divisé en deux parties distinctes.Dans la première partie, une étude phytochimique des rhizomes d’une plante africaine, Aframomum sceptrum K. Schum., couramment employée en Côte d’Ivoire, a été réalisée. Deux nouveaux composés, nommés sceptrumlabdalactone A et sceptrumlabdalactone B ont été isolés. Ce sont des composés terpéniques type labdane. Le sceptrumlabdalactone B est fortement actif contre L. donovani, avec une CI50 proche de celle de la pentamidine.L’extraction de l’huile essentielle des rhizomes a également été réalisée par hydrodistillation. L’analyse de l’huile par GC-MS a montré la présence de mono- et de sesquiterpènes avec une quasi-absence de monoterpènes aromatiques. L’évaluation des activités biologiques de l’huile a montré une activité contre les bactéries à Gram positif, et dans une moindre mesure, contre les bactéries à Gram négatif. Une forte activité trichomonicide a aussi été constatée.La deuxième partie, est consacrée à la curcumine. Ce diarylheptanoïde, est fréquent dans plusieurs Curcumas, Des analogues originaux, par exemple prénylés ont été préparés. Plusieurs activités biologiques (activités antiparasitaires, antibactériennes, anti-inflammatoires, anti-agrégation de la protéine β-amyloïde) ont été évaluées in vitro. L’activité anti-inflammatoire apparait différente de celle du produit de départ pour un des analogues.De même, la désaromatisation oxydante de la curcumine et ses analogues a permis l’accès en une ou deux étapes à des composés originaux à pharmacophore largement modifié.Des nanoparticules à base de "curcumine-squalénisée" ont également été préparées afin de surmonter le problème de la faible biodisponibilité de la curcumine. L’activité leishmanicide in vitro semble prometteuse. / During our research for fighting human African trypanosomiasis (sleeping sickness), two approaches were employed; firstly the traditional use of plants, secondly the synthesis of original derivatives of curcumin.In the first part, a bioguided fractionation of a methanolic extract of the rhizomes of Aframomum sceptrum K. Schum (Zingiberaceae) allowed the isolation of five compounds, including new labdanes, named sceptrumlabdalactone A and sceptrumlabdalactone B successively. Sceptrumlabdalactone B was reasonably active against T. brucei brucei, and strongly active against L. donovani, with IC50 close to that of pentamidine.The essential oil from the rhizomes of the species might also contribute to its biological activity. It was obtained by hydrodistillation and analyzed by GC–MS. Its major constituents were β-pinene, caryophyllene oxide and cyperene. It exhibited strong bactericidal activity against Gram-positive bacteria. It only showed moderate bacteriostatic activity against Gram-negative bacteria. Remarkable activities against T. b. brucei and Trichomonas vaginalis were also observed.The second part is devoted to curcumin. This diarylheptanoid, is common in several Curcuma spp.Structural modifications and preparation of nanoparticles of curcumin were carried out to increase its activities and/or overcome the problem of the low bioavailability of this compound.Original analogs, e.g. prenylated curcumins were prepared. Several biological activities (antiparasitic, anti-inflammation, Inhibition of β–amyloid aggregation, etc) were evaluated in vitro.Similarly, the oxidative dearomatization of curcumin and its analogues allowed the access to novel original compounds.Finally, the coupling of curcumin and squalene was achieved. The resulting molecules were able to form spherical nanoassemblies that may overcome bioavailability issues. Antiparasitic, antibacterial, and cytotoxic activities were also evaluated. The in vitro leishmanicidal activity seems promising.

Les nanoparticules de Gemcitabine-Squalène (Gem-Sq), synthétisées suivant le concept de " squalénisation ", ont montré des activités anticancéreuses très supérieures à celles obtenues en présence de Gem libre. Néanmoins, leur PEGylation, c'est-à-dire leur décoration par du poly(éthylène glycol)-squalène (PEG-Sq) pour augmenter leur temps de demi-vie plasmatique, s'est avérée infructueuse du fait d'une déstructuration colloïdale. Par ailleurs, aucune stratégie de fonctionnalisation pour effectuer un ciblage actif de cellules cancéreuses, n'est à ce jour disponible. Au cours de cette thèse, nous avons donc cherché à résoudre ces problèmes. Après une étude bibliographique portant sur la conception de nanoparticules de prodrogues lipidiques, dans le but d'établir un constat récent de l'état de l'art dans ce domaine, nous avons proposé une voie de synthèse pour obtenir des nanoparticules multifonctionnelles (i.e., thérapeutique, fluorescentes et ciblées) à base de Gem-Sq, et ce par co-auto-assemblage des composés conjugués de Rhodamine-Sq, Gem-Sq et Biotin-Sq. Ces nanoparticules ont montré une internalisation plus importante dans les cellules cancéreuses et une meilleure efficacité thérapeutique que les nanoparticules de Gem-Sq non-fonctionnalisées. Dans un deuxième temps, nous avons apporté une solution au problème de la PEGylation des nanoparticules de Sq via la synthèse et l'utilisation de composés conjugués de type Gem-poly(méthacrylate de squalène). Ces prodrogues macromoléculaires ont été synthétisées par polymérisation radicalaire contrôlée et plus précisément par la technique RAFT. Les nanoparticules obtenues par auto-assemblage en solution aqueuse sont stables et présentent des activités anticancéreuses importantes sur différentes lignées cellulaires. Leur PEGylation par ajout de Sq-PEG durant la formulation s'est avérée possible et n'a pas conduit à une déstabilisation colloïdale. Enfin, j'ai participé à l'élaboration d'une nouvelle famille de nanoparticules de prodrogues macromoléculaires qui a consisté à faire croitre de courtes chaines de polyisoprène (PI) à partir de la Gem, donnant ainsi des conjugués de type Gem-PI, capables de s'auto-assembler sous la forme de nanoparticules avec une activité anticancéreuse in vitro et in vivo.

Les principes actifs, dans leur chemin vers leur cible thérapeutique, rencontrent une ou plusieurs membranes biologiques (plasmique, intracellulaire). Les interactions entre un principe actif et ces membranes sont importantes : d’une part les propriétés pharmacocinétiques de la molécule active (transport, distribution, accumulation) en dépendent, d’autre part le principe actif peut modifier les propriétés structurales des membranes. L’étude de ces interactions est rendue difficile par la complexité des membranes en termes de composition (lipidique et protéique) et de structure (hétérogénéité de l’organisation). Par conséquent, l’utilisation de systèmes modèles simplifiés est nécessaire. Au cours de ce travail de thèse nous avons cherché à réaliser des bicouches lipidiques modèles dont les caractéristiques se rapprochaient de celles des membranes biologiques en complexifiant progressivement leur composition lipidique. Nous avons ensuite étudié l’interaction d’une molécule anti-VIH squalénisée, le ddC-SQ, avec nos modèles de membrane.Un des rôles essentiels des membranes biologiques étant de séparer deux milieux aqueux de composition ionique différente, nous avons étudié dans un premier temps l’influence de la nature du milieu d’hydratation sur les propriétés thermiques et structurales des bicouches lipidiques. A pH physiologique, nous avons mis en évidence que seuls les ions divalents (à faibles concentrations) induisaient de profondes modifications structurales en provoquant la formation de vésicules unilamellaires dans les systèmes simples. Une seconde partie de nos travaux a consisté à étudier l’interaction d’un antiviral squalénisé, le ddC-squalène (ddC-SQ), avec nos différentes bicouches modèles. Cet analogue nucléosidique a été associé de manière covalente à une chaîne de squalène afin d’améliorer ses propriétés pharmacocinétiques. Cette squalénisation confère à la molécule la capacité de s’auto-assembler en nanoparticules présentant une structure cubique bicontinue. Les résultats obtenus ont révélé que le principe actif squalénisé interagissait fortement avec les membranes à l’inverse de la molécule native. L’organisation structurale des systèmes modèles est profondément modifiée par l’insertion du ddC-SQ, ce qui pourrait influer sur l’activité du composé. / Drugs must cross one or more biological membranes (plasma membrane, intracellular membrane) to reach their intracellular target. Interactions between drug and membranes play a significant role in the pharmacokinetic properties of drug such as transport, distribution, accumulation. Moreover, drugs may alter membrane properties. The complexity of the composition (protein and lipid) and the structural properties (heterogeneity) of membranes leads to a difficult investigation of these interactions. Consequently, use of simplified model membranes is needed. In this work, model lipid bilayer systems in which the lipid organization mimics the arrangement of lipids in natural membrane have been developed. In this way, the complexity of lipid composition mixtures has been progressively increased. The primary function of membrane is to physically separate aqueous compartments from their surroundings. The intracellular and extracellular fluids differ in ionic composition. This study firstly consists to estimate the influence of aqueous medium nature on the thermodynamic and structural properties of these model membranes.In physiological conditions (pH 7.4, ionic strength 150 mM), the most significant change was obtained in the presence of divalent ions. Markedly change in lipid organization was observed and the formation of unilamellar vesicles has been evidenced (at low concentrations) in simple model bilayers. Interactions of an antiretroviral nucleoside analogue, the SQddC, with lipid systems constitute the second part of our work. Squalene has been covalently coupled to ddC, in order to improve its therapeutic index. Squalenoylation leads to amphiphilic prodrugs which self-organize as nanoparticles. ddC weakly interacts with lipid membranes while SQddC-SQ can insert into membranes between hydrophobic alkyl chains and induce disruption of lipid organization. Consequently, the efficacy and/or toxicity of this drug could change.