Projet ANR-11-BSV5-0018 – NANOLUC : Evaluation biologique in vivo de nanovecteurs ciblants à base de polysaccharides pour le traitement du cancer du poumon
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Christophe Schatz (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN)
Partenaires : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques; Institut Albert Bonniot - Ontogenèse et Oncogenèse Moléculaire
Montant : 412152.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Des nanoparticules à base de polymères naturels qui ciblent le cancer du poumonLe traitement du cancer du poumon nécessite de nouvelles approches thérapeutiques au delà de la chimiothérapie et de la radiothérapie. Dans ce contexte, la vectorisation d’agents anticancéreux au sein de nanoparticules polymères biocompatibles et ciblant les tumeurs est une voie prometteuse.
Des nanoparticules pour vectoriser de nouvelles molécules anticancéreusesParmi les différents types de cancers pulmonaires, les cancers bronchiques non à petites cellules sont les plus fréquents. Les traitements actuellement proposés sont la chirurgie, la radiothérapie et la chimiothérapie qui peuvent être pour ces dernières accompagnées d'importants effets secondaires. Dans ce contexte, l'émergence des biothérapies ciblées qui mettent en jeu des molécules à ciblage moléculaire tels que les inhibiteurs de tyrosine kinase bloquant spécifiquement les mécanismes de croissance des cellules cancéreuses sont d'un intérêt tout particulier. A l’heure actuelle, ce type de thérapie est utilisé en association avec la chimiothérapie classique et malgré les nombreuses combinaisons, seule une minorité des patients répond favorablement à ce traitement. Il existe donc un besoin urgent de développer de nouvelles approches telles que celles offertes par les systèmes nanoparticulaires de délivrance de médicaments pour améliorer l'efficacité thérapeutique de ces nouvelles molécules. Le principe des nanoparticules utilisées en médecine est de protéger la molécule active, de réduire sa toxicité et de contrôler sa libération dans le temps et l'espace. L'objectif du projet consiste précisément à développer des nanoparticules à base de polymères naturels capables d'encapsuler une combinaison d'inhibiteurs de la tyrosine kinase qui est la principale cible moléculaire visée dans le cancer du poumon. Ces nanoparticules pourraient être par la suite utilisées pour le ciblage d'autres types de cancers.
Formulation et évaluation biologique de nanoparticules à base de polysaccharidesLes nanoparticules encapsulant les molécules actives d'intérêt sont formées à partir d'un polymère qui a la capacité de s’auto-assembler spontanément dans l’eau grâce à ses propriétés amphiphiles. La biodistribution des particules dans l'organisme ainsi que leur efficacité thérapeutique seront évaluées chez le petit animal en utilisant entre autre des techniques d'imagerie non-invasive.
Résumé de la soumission : Le cancer du poumon est une cause majeure de mortalité et il y a donc un besoin urgent de proposer de nouvelles stratégies thérapeutiques en plus de la chimiothérapie et de la radiothérapie. Dans le présent projet nous proposons d’évaluer l’efficacité thérapeutique de nanoparticules de morphologie vésiculaire (polymersomes) à base de nouveaux copolymères de type polysaccharide-bloc-polypeptide pour la vectorisation d’ingrédients pharmaceutiques actifs. Des études biologiques préliminaires chez le rat avec un modèle de cancer du sein ont permis d’évaluer positivement le potentiel de ces polymersomes qui ont été brevetés et qui ont déjà donné lieu à quatre publications scientifiques. A ce jour, la plupart des études ont été menées avec un copolymère à base de hyaluronane qui est connu pour développer une certaine affinité avec les récepteurs transmembranaires CD44 surexprimés à la surface des cellules tumorales. Dans le présent appel à projets nous proposons d’améliorer notre technologie existante et de l’évaluer dans le cas du cancer du poumon. En premier lieu, nous souhaitons étudier le potentiel biologique de copolymères à blocs à base d’héparine de faible masse molaire qui est connue pour ses propriétés dites furtives dans la circulation sanguine ainsi que ses propriétés anticancéreuses potentielles. Ensuite, nous proposons d’effectuer une étude systématique sur l’influence de la taille des nanovecteurs à base de polysaccharide sur la biodistribution chez le petit animal. Afin de doter les polymersomes d’une vraie capacité de ciblage du cancer, nous proposons de greffer à leur surface un peptide iRGD qui se lie aux intégrines et favorise de façon importante la pénétration des agents anticancéreux dans les tumeurs. Nous souhaitons également évaluer le potentiel biologique des mêmes copolymères à blocs contenant un lien peptidique clivable par les métalloprotéinases MMP-2 et MMP-9 afin de favoriser la dissociation des polymersomes et la libération des molécules actives dans l’environnement de la tumeur. Deux formulations différentes d’agents anticancéreux seront encapsulées dans les polymersomes présentant les meilleures propriétés de ciblage des tumeurs. Les inhibiteurs de l’EGFR (gefitinib, erlotinib) sont actuellement utilisés pour le traitement des cancers du poumon non à petites cellules, mais de nombreux mécanismes de résistance ont été décrits. Combiner des thérapies ciblées pourrait être efficace pour contrecarrer la résistance des cancers du poumon à ce type de traitement. Nous avons choisi l’erlotinib comme principal agent anticancéreux qui sera encapsulé, ou co-encapsulé dans les vecteurs avec un inhibiteur d’histones déacétylases (vorinostat) capable d’inhiber la résistance aux traitements anti-EGFR. Nous encapsulerons également dans les nanoparticules le Liminib, un nouveau composé avec des propriétés anti-cancéreuses et anti-métastatiques prometteuses, capable d’inhiber les mécanismes de résistance aux chimiothérapies. Des lignées cellulaires avec différents niveaux de résistance aux traitements et d’expression des récepteurs CD44 et intégrines ont été sélectionnées. Nous analyserons l’effet des polymersomes chargés avec les différents agents in vitro et in vivo sur la régression de tumeurs pulmonaires implantées chez la souris nude. Le suivi de la croissance tumorale et métastatique et de l’efficacité thérapeutique des nanoparticules sera effectué en utilisant les techniques d’imagerie non-invasive de la Plateforme d’imagerie Optimal.La complémentarité des partenaires, le premier ayant une grande expertise dans la chimie et la formulation des systèmes colloïdaux pour la délivrance de médicament, le second étant spécialisé dans l’étude des mécanismes moléculaires de résistance au traitement des cellules tumorales pulmonaires et en imagerie optique non invasive, devrait permettre l’obtention rapide de résultats pertinents sur la biodistribution et l’effet thérapeutique de ces nanovecteurs vésiculaires.
Résultats : Ce projet s’inscrit dans un cheminement pour proposer de nouvelles solutions thérapeutiques pour le traitement du cancer du poumon. Il s’agit avant tout d’un projet de recherche fondamentale visant à évaluer biologiquement un nouveau système de vectorisation. En particulier, l’utilisation de polysaccharides dans la préparation d'un tel système est prometteuse car il s’agit de molécules biodégradables et inoffensives pour l’organisme. Le projet devrait apporter de nouvelles connaissances sur l'auto-assemblage des systèmes polymères à base de polysaccharide, sur l'encapsulation des inhibiteurs de tyrosine kinase et sur la biodistribution de ces derniers lors d'expériences in vivo. Il est envisageable que ce projet de recherche conduise au dépôt de brevets, en particulier par le fait que de nouvelles associations d’agents anticancéreux seront testées. 
A l'issue des six premiers mois de recherche, la synthèse des briques polymères nécessaires à la formulation des vecteurs est en cours d'achèvement et les protocoles de dosage des différentes molécules actives sont établis. Du côté de la biologie, le ciblage moléculaire chez les souris porteuses de tumeurs pulmonaires est en cours de validation.
Perspectives : A l’issue de ce projet, si les résultats obtenus au cours de cette étude sont concluants et si un nombre suffisamment important de données scientifiques seront réunis, il sera possible de procéder à des tests cliniques chez l’homme. Cette nouvelle thérapie avec des nanovecteurs en plus d’avoir la propriété de cibler les cellules cancéreuses a l’avantage de pouvoir limiter la dose administrée ce qui devrait conduire à une diminution des effets secondaires et donc à une amélioration de la qualité de vie du patient. Par ailleurs cette nouvelle technologie, pourra être appliquée à d’autres types de cancers
Publications et brevets : B. Busser, L. Sancey, V. Josserand, C. Niang, M. C. Favrot, J. L. Coll, A. Hurbin, MolTher. 2010, 18, 528.
B. Busser, L. Sancey, V. Josserand, C. Niang, S. Khochbin, M. C. Favrot, J. L.Coll, A. Hurbin, Mol Ther. 2010, 18, 536.
POLYSACCHARIDE-AND POLYPEPTIDE-BASED BLOCK COPOLYMERS, VESICLES CONSTITUTED BY THESE COPOLYMERS AND USE THEREOF 
US Patent Application No: 2011/0207,686