Projet ANR-12-RPIB-0010 – MULTIMAGE : Structures nanométriques pour détection précoce en imagerie multimodale
Programme : RECHERCHES PARTENARIALES ET INNOVATION BIOMEDICALE (RPIB)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Olivier TILLEMENT (Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents)
Partenaires : AXINT; SAS CHEMATECH; Institut des Neurosciences de Grenoble; Centre de Biophysique Moléculaire; Institut Albert Bonniot - Ontogenèse et Oncogenèse Moléculaire; Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne; Matériaux : Ingénierie et Science; Univers, Transport, Interfaces Nanostructures, Atmosphère et Environnement, Molécules; Institut Lumière Matière; Santé Ingénierie Biologie Saint-Etienne; NANOH; Unité de Technologies Chimiques et Biologiques pour la Santé
Montant : 1066610.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Nanoparticules multimodales pour la détection précoce de pathologies médicales.Développement de nanoparticules présentant plusieurs propriétés d’imagerie complémentaires permettant la détection précoce de pathologies : (i) cancer (cerveau, foie ou colorectal) (ii)dérèglements hépatocellulaires (iii) diabète lié à la formation de plaques amyloïdes.
Détection précoce de pathologiesLe but du projet est de permettre une détection la plus précoce possible des pathologies citées précédemment afin de rendre plus efficace leur traitement. La mise sur le marché récente d’instruments permettant de combiner plusieurs techniques d’imagerie (PET/IRM, PET/CT…) rend urgent le développement d’agents de contraste permettant de tirer parti des avantages de chacune de ces fonctionnalités (résolution pour l’IRM, sensibilité pour la scintigraphie…). Le développement de ces agents de contraste multimodaux sera mené en parallèle de la mise au point d’une sonde capable de détecter les agents actifs en scintigraphie.Les pathologies visées dans cet appel d’offre sont un enjeu majeur pour la société :(i)	Le cancer colorectal est le troisième cancer le plus répandu en France et le second en termes de mortalité.(ii)	Les données épidémiologiques montrent que les maladies hépatocellulaires et les transplantations de foie sont en augmentation croissante en France. L’hépatite C touche entre 500 et 650000 personnes en France pouvant développer une cirrhose dans 20% des cas.(iii)	Le diabète Mellietus de type 2 touche 90% des 3 millions de français souffrant du diabète. Pour 50 à 90 % des patients touchés, des dépôts amyloïdes ont été trouvées dans le pancréas.Le développement de sondes multimodales adaptées aux nouveaux appareillages sortant sur le marché et permettant une reconnaissance spécifique de ces différentes pathologies devrait amener un meilleur diagnostic et donc une meilleure prise en charge de ces différentes pathologies.
Développement de nanoparticules multimodales ciblantes pour une imagerie in vivoLes partenaires ont choisi de développer deux types de nanoparticules multimodales possédant une taille inférieure à 10 nm afin d’être facilement éliminées par les reins. Les deux architectures étudiées sont d’une part des nanoparticules d’or (UTINAM) entourées de ligands chélatants et d’autre part des nanoparticules de polysiloxane (ILM – Nano-H) entourées également de ligands chélatants. Les ligands développés par l’ICMUB et CheMatech sont adaptés au gadolinium (IRM) ou aux isotopes radioactifs utilisés en scintigraphie. CheMatech et Nano-H sont chargés de développer des procédés de synthèse permettant la synthèse des ligands et des nanoparticules retenues en quantités semi-industrielles.Des cibleurs moléculaires seront greffés aux différentes architectures (si nécessaire). Des tests d’affinité in vitro valideront l’affinité des nanoparticules pour les cibles visées.Les différentes équipes de biologistes sont chargées de valider la détection in vivo des différentes pathologies :(i)	Cancer (GIN, IAB, UCPGI, LINA)(ii)	Maladies hépatocellulaires (LINA, UCPGI)(iii)	Diabète et les dépôts amyloïdes (AFFONd)Le LINA et l’IAB sont chargés de valider les nanoparticules en termes de toxicité.Enfin une sonde de radioactivité sera spécifiquement développée par la société AXINT pour ce projet.
Résumé de la soumission : Les nanoparticules pour diagnostic en médecine sont proposées depuis plus de vingt ans pour les avantages nombreux qu'elles présentent par rapport aux molécules thérapeutiques, en particulier: - leur multimodalité, à savoir la possibilité de regrouper en un seul objet des propriétés très différentes, - leur capacité à s'accumuler à l'intérieur de tumeurs ou au sein de tissus malades soit, passivement par l'accroissement de la perméabilité et de la capacité de rétention de ces tissus, soit, de manière active, par l'utilisation de molécules ciblantes (voire multi-ciblantes) greffées en surface des particules. L'un des enjeux du projet consiste à augmenter la différence de concentration en particules entre les zones saines et lésées de manière à augmenter le contraste en imagerie. Puisque seules les régions lésées sont capables de retenir à long terme les particules, les zones saines doivent au contraire les éliminer le plus rapidement possible. Il est donc préférable que ces particules soient éliminées exclusivement par voie rénale (la plus rapide) ce qui implique que la taille des objets doive être inférieure à 5.5nm. La conception d'un nano-objet de moins de 5nm possédant encore des propriétés multiples est un réel défi. Avec l'aide de MATEIS (Partenaire 1), le LPCML et UTINAM (Partenaires 2 et 3) ont développé deux familles de particules répondant à ces exigences: 1) Des nano-plateformes rigides en polysiloxane contenant des complexes de gadolinium, des fluorophores et/ou des éléments radioactifs permettant à la fois une imagerie scintigraphique, par résonance magnétique (IRM), par fluorescence et par tomographie des rayons X. 2) Une deuxième famille constituée de clusters d'or recouverts de complexes de gadolinium permet de combiner IRM et imagerie X en transmission et en tomographie. L'objectif du projet consiste à optimiser et développer ces familles de nanoparticules de manière qu'elles puissent être produites en grandes quantités par Nano-H SAS (Partenaire 4 ) en respectant les conditions d'un "good manufactoring process" (GMP). Idéalement le projet devrait aboutir au choix concerté d'une seule de ces nanoparticules sur laquelle nous porterons alors tous les efforts pour aboutir d'ici 10 ans à une autorisation de mise sur le marché. L'ICMUB et CheMatech SAS (Partenaires 5 et 6) développent plusieurs types de ligands macrocycliques comme le DOTA qui ont la propriété de chélater efficacement de nombreux cations métalliques. Greffés à la surface des particules, ces ligands permettront (i) d'une part d'accroitre la stabilité colloidale des particules dans les milieux biologiques et le flux sanguin et (ii) d'autre part d'offrir des points d'ancrage stables aux agents de contraste IRM et scintigraphiques. L'IAB et le LINA (Partenaires 8 et 10) travailleront à minimiser la toxicité des particules pour définir l'architecture qui sera soumise aux études de toxicité couteuse imposées par l'AFSSAPS. Enfin, l'efficacité des particules en tant qu'agents pour imageries multiples sera évaluée à travers trois pathologies étudiées in vitro et in vivo : (i) les cancers du cerveau, du colon et du foie avec l'aide du GIN, de l'UPCGI, de l'IAB et du LINA (Partenaires 7, 8, 9 et 10), (ii) les maladies hépatocellulaires avec l'aide de l'UPCGI et du LINA (Partenaires 9 et 10) et (iii) les diabètes de type II avec l'aide d'AFFOND (Partenaire 11). Dans tous les cas, nous nous attendons à ce que ces techniques d'imagerie combinées rendues plus efficaces grâce aux agents imageurs nanoparticulaires permettent des diagnostics plus précoces et plus fiables.
Résultats : Le projet a commencé au 1 Février.
De nombreux chélatants ont été synthétisés par l’ICMUB et CheMatech et greffés aux nanoparticules. Des procédés de scale-up ont été validés pour la synthèse des nanoparticules permettant la synthèse de lots d’une centaine de grammes. La constitution d’un lot d’un kg est en cours.
Le marquage par des isotopes radioactifs a été réalisé avec succès : 111In, 64Cu, 68Ga.
Des tests d’affinité in vitro ont montré la bonne affinité de nanoparticules greffées par des peptides pour les cellules cancéreuses exprimant l’intégrine avß3 ou encore pour les fibres amyloïdes.
De premiers tests in vivo ont montré un ciblage de tumeurs de type U87MG après fonctionnalisation de nanoparticules par un ligand de type cRGDfK. Le ciblage passif des nanoparticules a été validé pour les modèles CT26 et U87.
La fonctionnalisation par le lactose a permis les premières évaluations de la fonction hépatique in vivo.
Les nanoparticules fonctionnalisées montrent une bonne affinité pour les plaques amyloïdes in vitro, les tests in vivo vont bientôt commencer.
Des tests de toxicité pré-réglementaires ont été effectués sur rongeurs et singes.
Perspectives : Les perspectives de développement d’un agent de contraste multimodale PET/IRM sont maintenues.
Un projet de développement d’un agent IRM/Fluorescence est en cours.
Les tests de toxicité pour la nanoparticule AGuIX sont maintenant bien avancées et devraient être terminés d’ici un an.
Publications et brevets : C. Alric et al.Nanoscale, 2013, 5, 5930-5939 décrit la biodistribution de nanoparticules d’or chez l’animal sain.
Une publication est actuellement en cours de révision (BioconjugateChemistry) traitant de l’utilisation de nanoparticules de polysiloxane entourées de DOTA(Gd) et fonctionnalisées par du cRGDfK pour le ciblage de tumeurs.