Brevet FR2971942A1 — publié le 20120831

SYSTEME GENERANT DES ESPECES REACTIVES DE L'OXYGENE POUR UTILISATION COMME MEDICAMENT DANS LE TRAITEMENT DU CANCER La présente invention concerne un nouveau système permettant de générer des espèces réactives de l'oxygène et de favoriser leur transport moléculaire pour son utilisation comme médicament dans le traitement du cancer. Le document « Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 6, 1159-1166, 2006 » décrit un système permettant de générer de l'oxygène singulet dans le but de détruire des cellules cancéreuses, ledit système combinant deux procédés différents habituellement utilisés pour traiter le cancer, à savoir le procédé de radiothérapie et le procédé de photochimiothérapie dynamique plus couramment dénommé « photothérapie dynamique » ou « PDT ». La radiothérapie est une méthode de traitement locorégional des cancers utilisant des radiations ionisantes de type rayonnement X ou gamma pour détruire les cellules cancéreuses tout en épargnant, autant que faire se peut, les tissus sains périphériques, afin d'entraîner le contrôle voire la guérison du cancer. La radiothérapie est utilisée chez plus de la moitié des patients ayant un cancer et constitue, avec la chirurgie, le traitement le plus fréquent des cancers. La PDT est une technique qui consiste à sensibiliser le milieu à traiter, en l'occurrence le tissu cancéreux, par activation d'un médicament appelé « photosensibilisateur» à l'aide d'une radiation électromagnétique telle que la lumière. Plus particulièrement, le médicament photosensibilisateur, préalablement injecté chez un sujet par voie intraveineuse, est capté par l'ensemble des cellules de l'organisme mais s'accumule préférentiellement dans les cellules cancéreuses, en particulier si on lui associe des molécules se fixant plus spécifiquement sur et dans les cellules malignes. Lorsque le photosensibilisateur est activé par la lumière il est alors apte à réagir avec l'oxygène dans son état fondamental naturellement présent dans le milieu à traiter, pour permettre la production d'espèces réactives de l'oxygène (comme par exemple l'oxygène singulet) qui détruisent le tissu cancéreux. Le système proposé dans le document ci-dessus comprend des nanoparticules liées à des photosensibilisateurs, à savoir des porphyrines, par l'intermédiaire de L-cystéine. Les nanoparticules sont exposées à une radiation ionisante de type rayonnement X ou gamma, ce qui provoque dans lesdites nanoparticules la formation d'états électroniquement excités pouvant conduire à une émission de lumière, ladite lumière ainsi émise permettant à son tour l'activation des photosensibilisateurs (porphyrines) auxquels sont liés lesdites nanoparticules, ou bien un transfert d'énergie électronique direct vers le photosensibilisateur, ce qui a pour conséquence la production d'oxygène singulet. Dans ce système, il n'est pas nécessaire d'utiliser une source extérieure de lumière puisque ce sont les composants atomiques des nanoparticules eux - mêmes qui émettent de la lumière ou transfèrent leur énergie électronique au(x) photosensibilisateur(s) sur des distances très courtes (très inférieures au lm), ce qui a notamment pour avantage de mieux localiser la zone cancéreuse à traiter et de réduire le risque de dommage des cellules saines. D'autres avantages liés à cette association résident notamment dans l'utilisation de doses plus faibles de rayons X ou gamma, dans la possibilité de traiter des tumeurs profondes qui ne pouvaient pas être traitées uniquement par radiothérapie ou par PDT. En résumé, cette association permet de bénéficier des avantages de chacune de ces deux thérapies anti-cancéreuses efficaces sans en subir tous les inconvénients. Les nombreux avantages offerts par la combinaison des deux procédés décrits ci-dessus ont conduit les Inventeurs à effectuer de plus amples recherches et travaux sur le type de système défini dans le document décrit ci-dessus. Les Inventeurs ont ainsi découvert de façon surprenante d'une part, un phénomène d'élévation de température locale engendré par la radiation électromagnétique émise par la (les) nanoparticule(s) et d'autre part, que ce phénomène d'élévation de température pouvait être encore amplifié par l'utilisation d'un certain type de nanoparticules, ce qui s'avère extrêmement avantageux pour les raisons exposées ci-après. Ainsi, la présente invention a pour objet un système générant des espèces réactives de l'oxygène et favorisant leur transport moléculaire pour utilisation comme médicament dans le traitement du cancer, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs nanoparticules comprenant un coeur constitué d'un ou plusieurs atomes lourds identiques ou différents choisis dans le groupe des éléments du tableau périodique ayant un numéro atomique allant de 50 à 92, ladite ou lesdites nanoparticules étant liée(s) à un ou plusieurs photosensibilisateur(s), ladite (lesdites) nanoparticule(s) émettant une radiation électromagnétique lorsqu'elle(s) est (sont) exposée(s) à une radiation ionisante et/ou transmettant l'énergie électronique dudit ou desdits atomes lourds excités par ladite radiation ionisante, ladite radiation électromagnétique ainsi émise et/ou l'énergie électronique ainsi transmise permettant à la fois une élévation complémentaire de température locale déjà induite par l'absorption de la radiation ionisante et l'activation du (des) photosensibilisateur(s) auquel(s) est (sont) lié(s) ladite (lesdites) nanoparticules(s), ce qui génère la production d'espèces réactives de l'oxygène et favorise leur transport. Plus particulièrement, lorsque le photosensibilisateur est activé ou excité électroniquement, il est apte à réagir avec l'oxygène à l'état fondamental (qui est l'état triplet) naturellement présent dans le milieu à traiter (ledit milieu comprenant la (les) nanoparticule(s) liée(s) au(x) photosensibilisateur(s)), pour permettre la production d'espèces réactives de l'oxygène. L'amplification du phénomène d'élévation de température locale du milieu à traiter grâce à l'utilisation de nanoparticules telles que définies ci-dessus est extrêmement avantageuse. En effet, lorsque la température locale du milieu augmente, le milieu est rendu plus fluide ce qui permet de favoriser de manière importante les processus de transport des espèces moléculaires présentes dans le milieu, en l'occurrence dans le cas présent des espèces réactives de l'oxygène générées par le(s) photosensibilisateur(s). Les espèces réactives de l'oxygène atteindront ainsi plus rapidement le tissu cancéreux, ce qui est extrêmement avantageux vu la durée de vie très courte desdites espèces (de l'ordre de la microseconde) et puisque ce sont ces dernières qui sont à l'origine de la destruction des tissus cancéreux. Ce résultat signifie donc que l'espèce réactive de l'oxygène dispose du « temps nécessaire » pour atteindre l'ensemble du milieu à traiter (le tissu cancéreux) puisque son transport est favorisé, et ainsi le rendement de destruction du tissu cancéreux augmente. Ainsi, favoriser l'augmentation de température à l'aide d'un certain type de nanoparticules telles que définies ci-dessus conduit à favoriser le transport des espèces réactives de l'oxygène, et par là à pouvoir détruire plus de tissus cancéreux. L'utilisation de nanoparticules constituées d'atomes lourds permet également de favoriser la capture et l'absorption de la radiation ionisante. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'atome lourd tel que défini ci-dessus est choisi dans le groupe comprenant l'iode (53), le lanthane (57), le cérium (58), le praséodyme (59), le néodyme (60), le prométhéum (61), le samarium (62), l'europium (63), le gadolinium (64), le terbium (65), le dysprosium (66), l'holmium (67), l'erbium (68), le thulium (69), l'ytterbium (70), le lutétium (71), le platine (78), l'or (79), le thorium (90), l'uranium (92) ou leurs mélanges. Les espèces réactives de l'oxygène plus particulièrement visées dans le cadre de l'invention sont choisies dans le groupe comprenant l'oxygène singulet ('02), l'anion superoxyde (02."), le radical hydroxyle (OH), le peroxyde d'hydrogène (H2O2) ou leurs mélanges. A titre d'exemple préféré, on pourra citer l'oxygène singulet. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la radiation ionisante ci-dessus mentionnée est un rayon X et/ou gamma. Les rayons X et les rayons gamma sont de même nature, mais sont produits différemment : les rayons X sont produits par des transitions électroniques alors que les rayons gamma sont produits lors de la désintégration radioactive des noyaux des atomes ou d'autres processus nucléaires ou subatomiques. Les rayons X présentent des longueurs d'onde comprises entre un milliardième (10-12 m) et un cent millième (10-$ m) de millimètre. Les rayons gamma présentent des longueurs d'onde allant de 10 millièmes de milliardième (10-14 m) de à un milliardième (10-12 m) de millimètre. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la radiation électromagnétique est de type lumière. Dans le système de l'invention, le ou les photosensibilisateurs utilisés pourront être des photosensibilisateurs de synthèse ou des photosensibilisateurs naturels. A titre d'exemple de photosensibilisateur(s) de synthèse, on pourra citer celui (ceux) choisi(s) dans 20 le groupe comprenant une porphyrine, une chlorine, une bactériochlorine, une phtalocyanine, une porphycène, une texaphyrine ou leurs mélanges. A titre d'exemple de photosensibilisateur(s) naturel(s), on pourra citer celui (ceux) choisi(s) dans le groupe comprenant le bleu de méthylène, l'hypéricine, le rose Bengale ou leurs mélanges. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la (les) nanoparticule(s) est (sont) liée(s) au(x) photosensibilisateur(s) par l'intermédiaire d'une liaison covalente, via ou non un (ou plusieurs) bras espaceur(s). 30 Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la liaison covalente pourra comprendre une fonction imide, amine, éther, thioéther, disulfure, carbamate, ester carboxylique, ester sulfonique, amide carboxylique, amide sulfonique ou leurs mélanges, ou pourra être une double liaison ou une triple liaison. 35 A titre d'exemple de bras espaceurs on pourra citer ceux choisis dans le groupe comprenant les groupes hydrocarbonés, les polyéthylène-glycols, les peptides, les protéines, les oligonucléotides, les polynucléotides, les oligosaccharides, les polysaccharides ou les biopolymères. 25 A titre d'exemple de groupes hydrocarbonés on pourra citer le radical hexyle. A titre d'exemple de peptides ou de protéines on pourra citer les polylysines. A titre d'exemple d'oligosaccharides ou de polysaccharides on pourra citer les dextranes. A titre d'exemple de biopolymères on pourra citer l'acide polylactique (PLA). Les cancers plus particulièrement visés dans le cadre de la présente invention sont ceux de la prostate, de la vessie et du gliome. Selon un mode de réalisation avantageux, le système de l'invention est dans un premier temps administré chez le sujet à traiter par la voie intraveineuse et ensuite la radiation ionisante est appliquée à l'endroit de la zone à traiter (radiation localisée). Les quantités administrées et la durée de traitement étant choisies selon l'âge et l'état du patient. L'exemple suivant illustre l'invention, il ne la limite en aucune façon. Exemple Cet exemple est destiné à mesurer l'élévation de température induite lors de l'absorption de la radiation ionisante par les nanoparticules utilisées selon l'invention. Les nanoparticules utilisées sont constituées d'un coeur d'uranium et plus particulièrement d'ions uranyle de 3 nm de diamètre. Une molécule telle que l'éosine, dont l'émission de fluorescence est fortement sensible à la température, va être greffée sur les nanoparticules d'uranium afin de démonter l'élévation de température. En effet, l'éosine subit (lorsqu'elle est excitée par de la lumière ou qu'elle subit un transfert d'énergie électronique) une fluorescence retardée dite « de type E » dont la durée de vie de l'émission est beaucoup plus longue que celle de l'état excité électronique qui lui a donné naissance. L'analyse de l'émission de fluorescence par excitation éclair (laser pulsé) vers 535 nm permet, par la mesure globale de fluorescence et par la mesure dans une fenêtre temporelle (entre 10 et 100 nanosecondes) permise par les systèmes électroniques d'analyse de signaux transitoires (mesure du signal émis entre 10 et 100 ns) de montrer comment la température moyenne autour de la nanoparticule augmente. Par moyenne, on entend l'élévation de la température, variable dans le temps et dans l'espace déterminée pendant la durée de vie de l'état singulet de l'éosine (aux alentours de 2 nanosecondes) et au voisinage immédiat de cette molécule. Sur cette base expérimentale, il est possible de comparer les effets thermiques induits par les nanoparticules de l'invention (nanoparticule d'uranium telle que définie ci-dessus) et les nanoparticules décrites par exemple dans le document de l'art antérieur décrit ci-dessus comprenant notamment, parmi le mélange des métaux proposés, des lanthanides, les autres paramètres étant égaux par ailleurs. De plus, l'utilisation de fortes concentrations en uranium (de l'ordre de 10% en volume) combinée à l'emploi de rayons X ou gamma plus énergétiques (de l'ordre de quelques MeV) renforce le phénomène d'élévation de température. Le coefficient de diffusion moléculaire D des molécules de petite taille comme l'oxygène est fortement sensible à la température. La première mention d'une relation linéaire entre log D et 1/T (où T est la température absolue) est due à Saul Dushman et Irving Langmuir en 1922. Il en découle une énergie d'activation de l'ordre de 6 eV / mole (soit environ 15 kcal / mole). Si la valeur de D est de l'ordre de 10-9 m2 /seconde à 0°C, le coefficient de transport moléculaire atteint une valeur de : * 1.5 x 10-$ m2 par seconde à 30 °C, * 2.3 x 10' m2 par seconde à 60 °C, * 3.5 x 10-6 m2 par seconde au voisinage de 100 °C. Ainsi l'élévation de température à l'aide notamment des nanoparticules d'uranium de l'invention se traduit par une élévation moyenne importante du coefficient de diffusion moléculaire et donc du rendement d'atteinte par l'oxygène singulet des zones à traiter. REVENDICATIONS1. Système générant des espèces réactives de l'oxygène et favorisant leur transport moléculaire pour utilisation comme médicament dans le traitement du cancer, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs nanoparticules comprenant un coeur constitué d'un ou plusieurs atomes lourds identiques ou différents choisis dans le groupe des éléments du tableau périodique ayant un numéro atomique allant de 50 à 92, ladite ou lesdites nanoparticules étant liée(s) à un ou plusieurs photosensibilisateur(s), ladite (lesdites) nanoparticule(s) émettant une radiation électromagnétique lorsqu'elle(s) est (sont) exposée(s) à une radiation ionisante et/ou transmettant l'énergie électronique dudit ou desdits atomes lourds excités par ladite radiation ionisante, ladite radiation électromagnétique ainsi émise et/ou l'énergie électronique ainsi transmise permettant à la fois une élévation complémentaire de température locale déjà induite par l'absorption de la radiation ionisante et l'activation du (des) photosensibilisateur(s) auquel(s) est (sont) lié(s) ladite (lesdites) nanoparticules(s), ce qui génère la production d'espèces réactives de l'oxygène et favorise leur transport. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atome lourd est choisi dans le groupe comprenant l'iode, le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhéum, le samarium, l'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'holmium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium, le lutétium, le platine, l'or, le thorium, l'uranium ou leurs mélanges. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les espèces réactives de l'oxygène sont choisies dans le groupe comprenant l'oxygène singulet, l'anion superoxyde, le radical hydroxyle, le peroxyde d'hydrogène ou leurs mélanges. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la radiation ionisante est un rayon X et/ou gamma. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la radiation électromagnétique est de type lumière. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le (les) photosensibilisateur(s) est (sont) un (des) photosensibilisateur(s) de synthèse ou naturel(s).35 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le (les) photosensibilisateur(s) de synthèse est (sont) choisi(s) dans le groupe comprenant une porphyrine, une chlorine, une bactériochlorine, une phtalocyanine, une porphycène, une texaphyrine ou leurs mélanges. 8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le (les) photosensibilisateur(s) naturel(s) est (sont) choisi(s) dans le groupe comprenant le bleu de méthylène, l'hypéricine, le rose Bengale ou leurs mélanges. 9. Système selon Tune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la (les) nanoparticule(s) est (sont) liée(s) au(x) photosensibilisateur(s) par l'intermédiaire d'une liaison covalente, via ou non un (ou plusieurs) bras espaceur(s). 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que la liaison covalente comprend une fonction imide, amine, éther, thioéther, disulfure, carbamate, ester carboxylique, ester sulfonique, amide carboxylique, amide sulfonique ou leurs mélanges. 11. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que la liaison covalente est une double liaison ou une triple liaison. 12. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le (les) bras espaceur(s) est (sont) choisi(s) dans le groupe comprenant les groupes hydrocarbonés, les polyéthylène-glycols, les peptides, les protéines, les oligonucléotides, les polynucléotides, les oligosaccharides, les polysaccharides ou les biopolymères. 13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, pour utilisation comme médicament dans le traitement du cancer de la prostate, de la vessie et du gliome.