L'objectif de ces travaux était de concevoir plusieurs familles de dendrimères phosphorés cationiques et de dendrons neutres et cationiques, et d'étudier leur potentiel dans le domaine de la biologie / nanomédecine.
Premièrement, nous avons revisité les dendrimères phosphorés cationiques comme vecteur non viral pour le transport de gènes contre le cancer. L'efficacité d'expression des gènes a été détectée par microscopie à fluorescence, cytométrie en flux, réaction en chaîne de polymérase quantitative en temps réel (rt-qPCR) et tests Western blot. Les résultats révèlent que dans les conditions optimisées, la transfection de l'ADNp induit l'expression significative de la protéine p53 comme montré par l'arrêt du cycle cellulaire résultant (régulation de p21 et de l'expression de Cdk4 / Cyclin-D1) et le Western blot. De plus, le potentiel en thérapie génique du cancer des polyplexes a finalement été validé sur un modèle tumoral de xénogreffe après injection intra-tumorale, sans toxicité systémique. Au vu de tous les résultats déjà obtenus, l'utilisation de dendrimères phosphorés cationiques pour la biologie est sans aucun doute très prometteuse pour l'avenir.
Deuxièmement, les dendrons phosphorés complexant Cu(II) et Au(III) (génération 1) portant 10 Cu(II)Cl2 ou [Au(III)Cl2]+ à leur surface, et des chaînes alkyle en C11 et C17 ont été synthétisées. Ces dendrons ont montré une activité antiproliférative significative contre les lignées cellulaires cancéreuses telles que 4T1 et MCF-7 (cancer du sein). Les meilleurs résultats concernant l'activité antiproliférative pour tuer les cellules cancéreuses ont été obtenus avec les complexes de dendrons Au(III) portant une courte chaîne alkyle. L'analyse de la voie de mort cellulaire révèle que les complexes de dendrons pourraient modifier l'état des protéines liées au cycle cellulaire et à l'apoptose, entraînant un arrêt de la phase S du cycle cellulaire et une apoptose. En particulier, les complexes de Au(III) ont induit une létalité cellulaire dépendante de la caspase, en favorisant la translocation de Bax vers les mitochondries et la libération de Cyto C, tandis que les complexes de Cu(II) sont de faibles activateurs de la caspase-3, en lien avec leur activité antiproliférative modérée dans les cellules cancéreuses. Ses études dans leur ensemble ont montré que ces complexes de dendrons phosphorés originaux représentent une nouvelle classe de nano-médicaments anticancéreux, et leur développement ouvrira de nouvelles voies pour lutter contre les cancers.
Enfin, nous avons préparé le dendron phosphoré amphiphile 1-C12G1 portant une longue chaîne alkyle linéaire (C12H25), et dix groupes pyrrolidine protonés en surface. Le 1-C12G1 forme des nanomicelles qui permettent d'encapsuler le médicament anticancéreux DOX et de complexer l'inhibiteur miR-21. L'efficacité d'encapsulation de DOX peut atteindre jusqu'à 83,60%. Le test de retard sur gel a montré que le miR-21i complexé par 1-C12G1@DOX était protégé contre la dégradation jusqu'à 12 h et 24 h par rapport au miR-21i nu. Afin de détecter d'éventuels effets synergiques de miR-21i et DOX dans l'apoptose cellulaire, les cellules MDA-MB-231 traitées avec ces composés ont été analysées par cytométrie en flux. Le pourcentage d'apoptose cellulaire du 1-C12G1@DOX (9,47% ± 0,07%) et du 1-C12G1@DOX/miR-21i (10,50% ± 0,18%) est supérieur à celui du DOX libre (6,08% ± 0,21%, p <0,001). De plus, il y a une différence significative dans le pourcentage d'apoptose cellulaire entre le 1-C12G1@DOX et le 1-C12G1@DOX/miR-21i (p <0,01). Ces résultats indiquent que le système de co-administration augmente l'efficacité synergique gène / chimiothérapie.
En résumé, ces études exploratoires permettent une meilleure connaissance des propriétés des dendrimères et dendrons phosphorés cationiques et peuvent être considérées comme un point de départ pour l'utilisation de ces «nano-objets» en nanomédecine et plus particulièrement en oncologie. |
The aim of this work was to design several families of cationic phosphorus dendrimers and of neutral and cationic dendrons, and to investigate their potential in the field of biology/nanomedicine.
Firstly, we revisited the cationic phosphorus dendrimers as a nonviral vector for gene delivery towards cancer therapy. The expression efficiency of genes was detected by fluorescence microscopy, flow cytometry, quantitative real time polymerase chain reaction (rt-qPCR) and Western blot assays. The results reveal that under the optimized conditions, the transfection of pDNA induces the significant p53 protein expression as verified through the resulting cell cycle arrest (regulation of p21 and Cdk4/Cyclin-D1 expression) and Western blotting. Moreover, The cancer gene therapy potential of the polyplexes was finally validated through therapy of a xenografted tumor model after intratumoral injection without systemic toxicity. In view of all the results already obtained, undoubtedly the use of cationic phosphorus dendrimers for biology holds great promises for the future.
Secondly, the first-in-class Cu (II) and Au (III) metaled phosphorus dendrons (generation 1) bearing 10 Cu(II)Cl2 or [Au(III)Cl2]+ on their surface, and with C11 and C17 linear alkyl chains were synthesized. These dendrons showed significant antiproliferative activity against cancer cell lines such as 4T1 and MCF-7 (breast cancer). The best results concerning the antiproliferative activity to kill cancer cells were obtained with the Au(III) dendron complexes bearing short alkyl chain length. Cell death pathway analysis reveals that the metaled dendrons could alter the cell cycle- and apoptosis-related protein status of cells, resulting in cell cycle S-phase arrest and apoptosis. In particular, Au(III)-complexes induced the caspase-dependent cellular lethality by promoting the translocation of Bax to the mitochondria and the release of Cyto C, whereas the Cu(II)-complexes are weak activators of caspase-3, in line with their moderate antiproliferative activity in cancer cells. Taken together, these studies showed that these first-in-class metaled phosphorus dendrons represent a novel class of anticancer nanodrugs, and their development will open new avenues to tackle cancers.
Lastly, we prepared the amphiphilic phosphorus dendron 1-C12G1 bearing a long linear alkyl chain (C12H25), and bearing ten protonated pyrrolidine groups in the surface. 1-C12G1 forms nanomicelles which allow to encapsulate anticancer drug DOX and complex the miR-21 inhibitor. Especially, the encapsulation efficiency of DOX can reach up to 83.60%. Meanwhile, gel retardation assay showed that the miR-21i complexed by 1-C12G1@DOX were protected from degradation for up to 12 h and 24 h compared to the naked miR-21i. In order to detect possible synergistic effects of miR-21i and DOX in Cell apoptosis, MDA-MB-231 cells treated with materials were analyzed by flow cytometry. The cell apoptosis percentage of the 1-C12G1@DOX (9.47% ± 0.07%) and 1-C12G1@DOX/miR-21i (10.50% ± 0.18%) were higher than that of the free DOX (6.08% ± 0.21%, p< 0.001). Moreover, there was a significant difference in the cell apoptosis percentage between the 1-C12G1@DOX and 1-C12G1@DOX/miR-21i (p< 0.01). These results indicate that the co-delivery system increases the synergistic gene/chemotherapeutic efficacy.
In summary, these exploratory studies allow a better knowledge of the properties of cationic phosphorus dendrimers and dendrons and can be considered as a starting points, for the use of these “nano-objects” in nanomedicine and more particularly in oncology. |