Projet ANR-10-BLAN-0726 – MaTuRe : Mécanismes d'action et cibles de nouvelles molécules antipaludiques
Programme : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie :  Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (Blanc SIMI 7)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Madame NEPVEU Francoise (UNIVERSITE TOULOUSE III [PAUL SABATIER])
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier; Université Pierre et Marie Curie; Université de Toulouse III - Paul Sabatier
Montant : 594999.0 euros
Durée : 42 mois
Résumé : Une formulation à base d’albumine augmente fortement l’efficacité d’antipaludiques.Au stade initial du projet, les indolone-N-oxydes souffraient d’un manque de solubilité dans l’eau empêchant  d’estimer leur potentiel antipaludique in vivo. Ceci limitait également l’étude de leurs propriétés pharmacocinétiques et toxicologiques nécessaires au stade préclinique. Leurs mécanismes d’action n’étaient élucidés qu’en partie et rien n’était connu sur leurs activités sur le stade hépatique du parasite précédent le stade érythrocytaire.
Mécanismes d’action et cibles de nouvelles molécules antipaludiquesLa résistance de Plasmodium falciparum (P. falciparum) parasite responsable de la forme la plus grave du paludisme chez l’homme, à de nombreux médicaments, est, depuis 40 ans, une difficulté majeure pour traiter le paludisme. Ces données soulignent le besoin de nouveaux médicaments antipaludiques qui devraient idéalement agir avec de nouveaux mécanismes d'action, sur de nouvelles cibles et / ou devraient présenter de nouveaux archétypes structuraux. En ce sens, nous avons récemment identifié plusieurs chimio-types distincts menant à la sélection du noyau indolone-N-oxyde (INOD) comme structure clé pour développer des études de relation structure-activité (SAR). Les propriétés d'oxydo-réduction de ces molécules jouent un rôle clé dans l'activité antipaludique. Les objectifs scientifiques du projet ont été i) d'étudier les activités biologiques in vitro et in vivo des meilleurs hits sur les stades hépatique et érythrocytaire, ii) d'améliorer leur solubilité dans l'eau en utilisant des technologies de formulation et iii) de comprendre leurs mécanismes d'action afin d'identifier tout le potentiel de ces molécules en termes de développement de nouveaux médicaments antipaludiques.
Pharmacochimie, formulation, modèles cellulaires et murins : une approche pluridisciplinaire pour démontrer l’efficacité de nouveaux antipaludiquesLes indolone-N-oxydes constituent une nouvelle classe de composés à fortes activités antipaludiques, mais sont cependant insolubles dans l’eau. Ceci est un facteur limitant pour étudier leur efficacité et leur toxicité in vivo, évaluations nécessaires à leur développement  en tant que candidat médicament. Afin d’obtenir ces informations, de nouvelles molécules ont été conçues et synthétisées, des technologies de  formulations à base d’albumine sous formes de nanoparticules améliorant leur dissolution dans l'eau ont été mises en œuvre. Des modèles cellulaires et murins, exprimant des étapes différenciées du cycle parasitaire, hépatiques et érythrocytaires, ont été construits pour évaluer leur activité in vitro et in vivo. Les mécanismes d’action ont également été précisés en associant plusieurs méthodes biologiques et physico-chimiques. Les relations entre propriétés d’oxydo-réduction de ces nouvelles molécules et activités antipaludiques ont plus particulièrement été étudiées. Cette approche pluridisciplinaire portée par trois équipes universitaires a permis d’identifier  les potentialités des indolone-N-oxydes et justifient la poursuite de leur développement.
Résumé de la soumission : Pour lutter contre le fléau du paludisme, des efforts conjoints sur plusieurs approches scientifiques doivent être menés : recherche de vaccins, nouveaux médicaments antipaludiques, compréhension de la biologie du parasite et du développement de la maladie. L’infection par les parasites responsables du paludisme se traduit, chez l’Homme, par une phase hépatique qui précède la phase sanguine. Les parasites dormant dans le foie sont responsables de nouvelles crises de paludisme. Plusieurs molécules ciblent le stade hépatique mais un seul médicament, la primaquine, est actuellement utilisé contre ces accès palustres. Le défi pour la prochaine génération de molécules est de découvrir de nouvelles thérapies qui protègent le monde contre l’émergence de la résistance aux dérivés de l’artémisinine et qui préviennent des accès palustres. Le projet MaTuRe a été établi pour proposer des molécules qui pourraient générer des candidats médicaments ayant un profil prophylactique et curatif. Le projet met à profit des têtes de séries déjà identifiées dans une famille et présentant des activités antipaludiques au stade érythrocytaire du cycle parasitaire pour démarrer un programme de recherche permettant d’étudier leur mécanisme d’action et leurs activités biologiques au stade hépatique. La compréhension de leur mode d’action et de leur biotransformation associée à l’utilisation de procédés de formulation pour améliorer  leurs activités biologiques in vivo constitue les tâches principales du projet. Le projet MaTuRe combine des compétences et technologies en pharmacochimie et pharmacologie, parasitologie, biophysique et chimie physique apportée par trois partenaires universitaires et un partenaire privé.
Résultats : Dans l’objectif de découvrir de nouveaux antipaludiques, nous avons identifié plusieurs chimio-types distincts menant à la sélection du noyau indolone-N-oxyde (INOD) comme structure clé possédant un pharmacophore redox (noyau indolone-N-oxyde) à activité antipaludique. Les objectifs du projet ont été i) d'étudier les activités biologiques in vitro et in vivo des meilleurs hits sur les stades hépatique et érythrocytaire, ii) d'améliorer leur dissolution dans l'eau en utilisant des technologies de formulation, iii) de comprendre leurs mécanismes d'action afin d'identifier le potentiel  de développement de ces molécules. Dans ce but, de nouvelles molécules ont été conçues et synthétisées, des technologies de  formulations ont été mises en œuvre, des modèles cellulaires et murins, exprimant des étapes différenciées du cycle parasitaire, hépatique et érythrocytaire, ont été construits. L’élaboration de nanoparticules à base d’albumine, en augmentant fortement la dissolution aqueuse des INODs, a permis d’obtenir une inhibition de la parasitémie de  99,1% et 97.5% sur modèle murin et sur souris humanisée, respectivement, avec une augmentation très importante du temps de survie (supérieur à 34 jours comparativement à 17 j avec les antipaludiques usuels) à une dose de 25 mg/kg/sourisx4 jours. Le caractère oxydo-réductible réversible de la fonction azote-carbone (C2) de ces molécules est indispensable à l’activité ; l’intermédiaire radicalaire formé par bioréduction dans l’érythrocyte initie un signal redox fatal au parasite. La démonstration faite des fortes activités antipaludiques in vivo sur le modèle murin grâce aux nano-formulations et une meilleure connaissance du  mécanisme d’action  ont permis d’ouvrir un partenariat avec un industriel du secteur pharmaceutique.
Perspectives : L’impact scientifique des résultats obtenus pendant le projet, grâce aux trois partenaires, est très important : l’originalité de la série INOD a été démontrée  et a permis de générer une collaboration avec un industriel s’intéressant aux médicaments des maladies négligées des pays en développement et d’ouvrir des discussions avec un autre organisme pour des essais de phase 1 sur la formulation de l’artémisinine.
Publications et brevets : Une publication scientifique multipartenaire a été éditée (Ibrahim N., Ibrahim H., Dormoi J., Briolant S., Pradines B., Moreno A., Mazier D., Legrand Ph., Nepveu F. Albumin-bound nanoparticles of practically water-insoluble antimalarial lead greatly enhance its efficacy. Int. J. Pharmaceutics, 2014, 464, 214-224). Deux autres publications communes sont en cours de rédaction. Cinq publications monopartenaires ont été éditées.  Des communications orales ont été présentées dont 5 conférences invitées.  Un brevet français déposé en mai 2013 a été étendu au niveau européen en mai 2014.