Modifications chimiques de la surface interne de NPs PEGylées pour orienter l'identité biologique de la protein corona vers des macrophages de la plaque d'athérome – NanoBioID

Il est clairement établi que la couronne protéique (CP) formée par interaction avec des protéines plasmatiques sur les nanoparticules (NPs) injectées détermine leur identité biologique dictant les propriétés de capture cellulaire des NPs et leur devenir in vivo. Le projet NanoBioID propose de moduler la composition de la CP liée à l'identité synthétique de la surface de NPs magnétiques PEGylées (NP-PEG) afin d'évaluer in vivo leur capacité de ciblage des plaques d’athéromes vulnérables dans l’athérosclérose.
Pour atteindre cet objectif, les groupes fonctionnels de la surface interne des NP-PEG seront mis à profit pour le greffage d’espèces moléculaires de différentes natures sélectionnées de par leur capacité de liaison éprouvée une fois exposées en nombre sur une surface de NP, avec une apolipoprotéine (Apo) d’intérêt présente dans la circulation sanguine. En effet, l’HDL contenant cette Apo est impliquée dans l'efflux de cholestérol se produisant dans les macrophages spumeux (FMs) au sein de la plaque d'athérome exposant des récepteurs pour cette protéine. Pour augmenter la constante d'affinité apparente (Kd) de cette protéine mais également pour gérer l’adsorption d’opsonines et des dysopsonines qui peuvent mettre à mal la liaison avec le récepteur du macrophage, l’encombrement stérique de la couronne polymère sera utilisé comme paramètre cinétique limitant leur adsorption. Le procédé de modification chimique de surface permettra d’appliquer des mêmes profils synthétiques caractérisés par un ensemble d’outils analytiques à deux types de NPs de taille identique (20 nm): (i) des NPs de silice incorporant des fluorophores dans le visible et le proche infrarouge (NIR) dans leur matrice pour les expériences in vitro, de cytométrie de flux et d’imagerie de fluorescence ; (ii) des nanofleurs de maghémite utilisées pour leur propriétés relaxométriques remarquables utiles en IRM. Le Kd de l’Apo avec la surface interne fonctionnalisée des NP-PEG sera évaluée par des méthodes physicochimiques de fluorescence et leurs propriétés conformationnelles mesurées par dichroïsme circulaire.
Des études comparatives d’interactions avec les FMs de la plaque seront réalisées à partir des différentes identités synthétiques générées par incubation des NPs dans des sérums de souris saines enrichis en Apo ou non, des sérums de souris APOE-/- utilisée comme modèle en athérosclérose, décomplémentés ou non. Les bioidentités ainsi générées seront analysées par LC-MS/MS, la quantification des abondances relatives des protéines et le profilage protéomique réalisés par machine learning afin de valider la surabondance d'Apo et de sélectionner le meilleur profil stœchiométrique opsonine/dysopsonine. La stabilité de liaison de l’Apo sur les NP-PEG sera évaluée en compétition avec les protéines de plasma par LC-MS/MS mais également par spectroscopie de corrélation de fluorescence.
Un ensemble de tests in vitro faisant intervenir des cellules sanguines afin de prédire l’élimination des NPs vers le foie, des modèles expérimentaux mimant les FM de la plaque ainsi que des FM présents in situ (tests d’interaction ex vivo sur des biopsies d’aortes murines et humaines) seront mis en œuvre pour évaluer les interactions avec les bioidentités générées. Des expérimentations in vivo seront enfin effectuées dans un modèle murin d’athérosclérose avec les NP-PEG offrant les profils protéomiques les plus favorables pour créer des liaisons avec les récepteurs exprimés sur les FMs, que l’on souhaite cibler à des fins diagnostiques. Puis ces identités biologiques seront appliquées aux NPs fluorescentes afin de vérifier leur ciblage vers les FMs présentes dans les plaques d'athérome par tomographie de fluorescence dans le NIR et aux nanofleurs magnétiques pour une validation par IRM.
En cas de succès de ce projet, il sera possible de cibler les plaques d'athérome vulnérables à partir d’une identité synthétique donnée, sans recourir à la conjugaison d'agents de ciblage.