Projet ANR-12-NANO-0009 – Gd-Lung : Agents de contrastes multimodaux pour la détection des pathologies pulmonaires
Programme : Nanotechnologies et Nanosystèmes (P2N)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur François LUX (Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescent)
Partenaires : Centre de Résonance Magnétique des Systèmes Biologiques; Institut Albert Bonniot - Ontogenèse et Oncogenèse Moléculaire; Institut Lumière Matière; NANOH
Montant : 602817.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Agents de contraste pour la détection et le traitement des pathologies pulmonaires.Développement de petites nanoparticules administrables par les voies aériennes et facilement éliminables. Ces nanoparticules sont détectables par plusieurs types d’imagerie complémentaires (IRM, scintigraphie, Imagerie optique) et sont également utilisables pour augmenter l’efficacité de la radiothérapie.
Nanoparticules pour la détection et le suivi de traitement de l’asthme et du cancer du poumonLe but de ce projet est le développement de nanoparticules ultrafines pouvant servir d’agents de contraste pour une détection précoce et le suivi de traitement des pathologies pulmonaires (la recherche sera axée principalement sur le cancer du poumon et dans un deuxième temps sur l’asthme). Dans le cas particulier du cancer, l’imagerie pourra être accompagnée d’un volet thérapeutique en raison des propriétés radiosensibilisantes des nanoparticules (AGuIX®) utilisées.Le cancer du poumon est la première cause de mortalité liée au cancer dans le monde :-	La survie à 5 ans est inférieure à 15%-	1.4 millions de décès surviennent chaque annéePour cette pathologie, le but de cette étude est de réussir à développer un agent de contraste permettant de localiser avec précision la tumeur. L’utilisation de l’imagerie pourra ensuite notamment servir à paramétrer le traitement par radiothérapie en présence de nanoparticules.L’asthme sévère touche 300 millions de personnes à travers le monde et engendre approximativement 250 000 morts par an.Pour le développement de traitements efficaces contre cette pathologie, il est nécessaire de pouvoir visualiser les effets de ces traitements (notamment sur le remodelage bronchique). C’est ce que nous nous proposons de développer dans ce projet.
Caractérisations physicochimiques et biologiques des nanoparticules AGuIX après administration par les voies aériennes.Le projet verra dans un premier temps la synthèse et la caractérisation de lots importants de nanoparticules. Ces nanoparticules seront obtenues en quantité semi-industrielles (de l’ordre de la centaine de grammes) et parfaitement caractérisées à chaque étape de synthèse. Le greffage de peptides ciblants (type cRGD) sur ces nanoparticules sera optimisé et l’affinité de ces nanoparticules pour des cellules cancéreuses exprimant l’intégrine avß3 sera validée in vitro.L’administration des nanoparticules par les voies aériennes sera ensuite testée sur animaux sains et la biodistribution ainsi que la pharmaco-cinétique de ces nanoparticules seront étudiées par différents types d’imagerie afin d’obtenir des informations complémentaires spécifiques à chaque type d’imagerie.Dans un deuxième temps, les nanoparticules seront injectées par les voies aériennes pour voir si elles peuvent permettre une accumulation spécifique dans les tumeurs bioluminescentes développées dans le cadre de ce projet. La bioluminescence des tumeurs permettra de déterminer, par colocalisation avec la fluorescence, si les nanoparticules fluorescentes sont bien situées au niveau de la tumeur. Une comparaison de l’accumulation dans les tumeurs avec une injection intraveineuse sera proposée. Suivant les résultats obtenus, une preuve de concept avec un traitement par radiothérapie sera envisagée.Dans un dernier temps, l’administration des nanoparticules à des souris rendues asthmatiques sera effectuée. L’étude de ces animaux par imagerie devrait permettre de visualiser le remodelage bronchique.
Résumé de la soumission : Le but de ce projet est de développer une nouvelle approche théranostique pour les pathologies pulmonaires (asthme et cancer du poumon) basée sur l'utilisation de nanoparticules injectées par voie intratrachéale et de comparer ce mode d'injection à l'administration intraveineuse classiquement utilisée. L'agent de contraste utilisé pour cette application est une nanoparticule multimodale ultra petite (nommée USRP) qui peut être détectée par diverses techniques d'imagerie complémentaires (Imagerie par Résonance Magnétique, imagerie de fluorescence, scintigraphie, tomographie de rayons X). La combinaison des avantages de ces différentes modalités devrait permettre une imagerie précise des zones saines et malades avec les meilleures sensibilité et résolution actuellement disponibles tout en mettant en place les conditions d'une future thérapie guidée et activée par imagerie. La délivrance intrapulmonaire de l'agent de contraste permettra également d'avoir accès à de nouveaux mécanismes de concentration et de ciblage des zones malades.L'agent de contraste multimodal USRP a été récemment synthétisé au LPCML et il a prouvé son efficacité en oncologie pour l'imagerie et la thérapie. Les nanoparticules ultra petites (de taille inférieure à 5 nm) sont obtenues grâce à un procédé top down et sont composées d'une matrice de polysiloxane et d'espèces chélatantes greffées à la surface (du même type que les agents de contraste commerciaux basés sur le DTPA ou le DOTA pour l'IRM ou la scintigraphie). La présence de fonctions de greffage à la surface de la nanoparticule permet également sa fonctionnalisation future par des espèces ciblantes. Des tests préliminaires réalisés avec l'équipe de Y. Crémilleux (CRCT, Université Bordeaux Segalen) ont déjà montré une forte augmentation du contraste pour les images d'IRM des poumons après l'instillation des nanoparticules par voie aérienne avec une distribution homogène des nanoparticules. Ces images ont pu être obtenues grâce aux nouvelles séquences d'IRM développées par le CRCT dans le cadre de cette application. En parallèle de ces expériences d'IRM, l'équipe de J.-L. Coll à l'IAB en partenariat avec la société Nano-H a réalisé des expériences d'imagerie de fluorescence couplée à la tomographie des rayons X. Un type de biodistribution similaire a pu être obtenu avec des informations complémentaires en terme de quantification des agents de contraste.A partir de ces premiers résultats, le but de ce projet est de valider l'intérêt et les propriétés des USRP (ainsi que des USRP comprenant des fonctions ciblantes) pour le diagnostic de deux pathologies pulmonaires suite à une administration intratrachéale des nanoparticules. Pour chacune des étapes de validation, l'instillation par les voies aériennes sera comparée précisément avec l'injection plus classique par voie intraveineuse. Deux types de maladies pulmonaires seront étudiées dans cette ANR: le cancer des poumons et l'asthme sévère. L'addition du peptide RGD cyclique (reconnu pour cibler les intégrines avß3) sur les nanoparticules devrait permettre une accumulation de celles-ci au niveau des tumeurs ainsi qu'au niveau du remodelage bronchique inflammatoire qui induit une angiogenèse chez les patients souffrant d'asthme sévère. L'accumulation dans ces zones sera observée grâce aux techniques d'imagerie décrites précédemment dans le but d'obtenir un diagnostic précoce et précis et ainsi d'envisager un futur traitement par radiosensibilisation (par les USRP) dans le cas des tumeurs du poumon.
Résultats : Le projet a démarré officiellement le 1 Novembre 2012.
Les nanoparticules de type AGuIX® ont été produites en quantité semi-industrielles (environ 50 grammes par lot). Un protocole de couplage du peptide cRGD sur les nanoparticules a été mis au point, les nanoparticules greffées ont montré une bonne affinité in vitro pour des cellules surexprimant l’intégrine avß3.
Une étude de biodistribution par IRM sur souris saine a montré que les nanoparticules administrées par les voies aériennes induisaient un important contraste positif dans les poumons et qu’elles étaient ensuite éliminées par passage dans le sang puis par élimination rénale avec un temps de demi-vie de 149 min ± 50 min. Les études faites par imagerie optique confirment ces résultats.
De premières études ont été réalisées sur des souris porteuses de tumeurs du poumon bioluminescentes. Ces études tout d’abord réalisées par imagerie optique ont montré une bonne colocalisation entre la fluorescence due à la tumeur et celle due aux nanoparticules démontrant que les nanoparticules se sont accumulées au niveau de la tumeur. Ces résultats encourageants ont été confirmés par une première étude IRM.
Au vu de ces résultats, une première étude par radiothérapie a été entreprise et les premiers résultats semblent encourageants montrant une amélioration de la survie des animaux irradiés en présence de nanoparticules en comparaison des animaux non irradiés ou irradiés en l’absence de nanoparticules.
Les premières études de toxicologie ont montré qu’il n’y avait pas d’inflammation pulmonaire suite à l’injection des nanoparticules et que la fonction rénale n’était pas altérée.
Perspectives : Le projet est désormais à mi-parcours et les résultats se montrent extrêmement encourageants pour un potentiel transfert vers la clinique dans le cadre de la détection et du traitement des tumeurs pulmonaires.
Publications et brevets : Au moment de la soumission du projet, un brevet français avait été déposé le 13 avril 2012 par les 4 partenaires concernant l’administration de ces nanoparticules par les voies pulmonaires (FR12 53438). Au vu des résultats encourageants obtenus par les partenaires au cours des premiers mois, le brevet a été étendu à l’international et de nouveaux exemples ont été ajoutés.
3 publications ont été acceptées dans des journaux internationaux (Bioconjugate Chemistry, Magnetic Resonance in Medicine et Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine).
9 communications ont été acceptées dans des congrès (7 internationales et 2 nationales).
-	Présentation orale, EMIM 2013, Turin, Italie, 26-28 Mai 2013
-	Eposter, ISMRM 2013, Salt Lake City, Etats Unis, 20-26 avril 2013