RPIB - RECHERCHES PARTENARIALES ET INNOVATION BIOMEDICALE

Structures nanométriques pour détection précoce en imagerie multimodale – MULTIMAGE

Nanoparticules multimodales pour la détection précoce de pathologies médicales.

Développement de nanoparticules présentant plusieurs propriétés d’imagerie complémentaires permettant la détection précoce de pathologies : (i) cancer (cerveau, foie ou colorectal) (ii)dérèglements hépatocellulaires (iii) diabète lié à la formation de plaques amyloïdes.

Détection précoce de pathologies

Le but du projet est de permettre une détection la plus précoce possible des pathologies citées précédemment afin de rendre plus efficace leur traitement. La mise sur le marché récente d’instruments permettant de combiner plusieurs techniques d’imagerie (PET/IRM, PET/CT…) rend urgent le développement d’agents de contraste permettant de tirer parti des avantages de chacune de ces fonctionnalités (résolution pour l’IRM, sensibilité pour la scintigraphie…). Le développement de ces agents de contraste multimodaux sera mené en parallèle de la mise au point d’une sonde capable de détecter les agents actifs en scintigraphie. <br />Les pathologies visées dans cet appel d’offre sont un enjeu majeur pour la société : <br />(i) Le cancer colorectal est le troisième cancer le plus répandu en France et le second en termes de mortalité. <br />(ii) Les données épidémiologiques montrent que les maladies hépatocellulaires et les transplantations de foie sont en augmentation croissante en France. L’hépatite C touche entre 500 et 650000 personnes en France pouvant développer une cirrhose dans 20% des cas. <br />(iii) Le diabète Mellietus de type 2 touche 90% des 3 millions de français souffrant du diabète. Pour 50 à 90 % des patients touchés, des dépôts amyloïdes ont été trouvées dans le pancréas. <br /> <br />Le développement de sondes multimodales adaptées aux nouveaux appareillages sortant sur le marché et permettant une reconnaissance spécifique de ces différentes pathologies devrait amener un meilleur diagnostic et donc une meilleure prise en charge de ces différentes pathologies.

Les partenaires ont choisi de développer deux types de nanoparticules multimodales possédant une taille inférieure à 10 nm afin d’être facilement éliminées par les reins. Les deux architectures étudiées sont d’une part des nanoparticules d’or (UTINAM) entourées de ligands chélatants et d’autre part des nanoparticules de polysiloxane (ILM – Nano-H) entourées également de ligands chélatants. Les ligands développés par l’ICMUB et CheMatech sont adaptés au gadolinium (IRM) ou aux isotopes radioactifs utilisés en scintigraphie. CheMatech et Nano-H sont chargés de développer des procédés de synthèse permettant la synthèse des ligands et des nanoparticules retenues en quantités semi-industrielles.
Des cibleurs moléculaires seront greffés aux différentes architectures (si nécessaire). Des tests d’affinité in vitro valideront l’affinité des nanoparticules pour les cibles visées.
Les différentes équipes de biologistes sont chargées de valider la détection in vivo des différentes pathologies :
(i) Cancer (GIN, IAB, UCPGI, LINA)
(ii) Maladies hépatocellulaires (LINA, UCPGI)
(iii) Diabète et les dépôts amyloïdes (AFFONd)
Le LINA et l’IAB sont chargés de valider les nanoparticules en termes de toxicité.
Enfin une sonde de radioactivité sera spécifiquement développée par la société AXINT pour ce projet.

De nombreux chélatants ont été synthétisés par l’ICMUB et CheMatech et greffés aux nanoparticules AGuIX et d’or. Des procédés de scale-up ont été validés pour la synthèse des nanoparticules AGuIX permettant la synthèse de lots d’une centaine de grammes. La constitution d’un lot de plus de 600 g en conditions cGMP a été réalisé.
Le marquage par des isotopes radioactifs a été réalisé avec succès: 111In, 64Cu, 68Ga, 89Zr.
Des tests d’affinité in vitro ont montré la bonne affinité de nanoparticules greffées par des peptides, des anticorps ou des nanobodies pour les cellules cancéreuses ou encore pour les fibres amyloïdes.
De premiers tests in vivo ont montré un ciblage de tumeurs de type U87MG après fonctionnalisation de nanoparticules par un ligand de type cRGDfK. Le ciblage passif des nanoparticules a été validé pour les modèles CT26, U87, 9L et B16F10 par IRM et spectrofluorescence.
La fonctionnalisation par le lactose a permis les premières évaluations de la fonction hépatique in vivo et a montré que cette application n’était pas la plus adaptée pour ces nanoparticules. En revanche, une évaluation in vivo par IRM des particules non fonctionnalisées pour la détermination de la fonction rénale a montré que les AGuIX pouvaient être de bons marqueurs pour le diagnostic et le suivi thérapeutique de pathologies rénales
Les nanoparticules fonctionnalisées montrent une bonne affinité pour les plaques amyloïdes in vitro et ex vivo sur les tissus pathologiques.
Des tests de toxicité réglementaires ont été effectués sur rongeurs et singes.
Un essai clinique de phase I a démarré au CHU de Grenoble pour le traitement par radiothérapie des patients souffrant de métastases cérébrales. De premières images IRM ont permis de valider l’accumulation des nanoparticules de manière passive dans les métastases cérébrales.

L’acceptation en clinique des nanoparticules AGuIX pour un essai clinique de phase I est extrêmement encourageante pour le développement futur de cette famille de nanoparticules.
Un essai clinique pour un agent PET/IRM issu de cette famille est actuellement envisagé pour la détection et la délinéation des tumeurs.
Le ciblage des pathologies amyloïdes in vivo et ex vivo sera suivi d’études in vivo avec passage de la BHE par ultrasons dans le cas de la maladie d’Alzheimer.
Un projet de développement de l’AGuIX comme agent de diagnostic de la dysfonction rénale par IRM.
Le potentiel prometteur des nanoparticules d’or pour l’imagerie multimodale ciblée est limité par une élimination rénale trop rapide. Différentes stratégies dont une actuellement soutenue par l’ANR sont en cours d’exploration pour retarder cette élimination et augmenter le temps de circulation.

C. Verry et al., Nanomedicine, 2016, 11, 2405-2417: AGuIX pour la radiotéhrapie guidée par imagerie.
G. Laurent et al., Nanoscale, 2016, 8, 12054-65: Nps d’or pour la radiotéhrapie guidée par imagerie.
M. Plissonneau et al., J. Nanobiotechnolo

Les nanoparticules pour diagnostic en médecine sont proposées depuis plus de vingt ans pour les avantages nombreux qu'elles présentent par rapport aux molécules thérapeutiques, en particulier: - leur multimodalité, à savoir la possibilité de regrouper en un seul objet des propriétés très différentes, - leur capacité à s'accumuler à l'intérieur de tumeurs ou au sein de tissus malades soit, passivement par l'accroissement de la perméabilité et de la capacité de rétention de ces tissus, soit, de manière active, par l'utilisation de molécules ciblantes (voire multi-ciblantes) greffées en surface des particules. L'un des enjeux du projet consiste à augmenter la différence de concentration en particules entre les zones saines et lésées de manière à augmenter le contraste en imagerie. Puisque seules les régions lésées sont capables de retenir à long terme les particules, les zones saines doivent au contraire les éliminer le plus rapidement possible. Il est donc préférable que ces particules soient éliminées exclusivement par voie rénale (la plus rapide) ce qui implique que la taille des objets doive être inférieure à 5.5nm. La conception d'un nano-objet de moins de 5nm possédant encore des propriétés multiples est un réel défi. Avec l'aide de MATEIS (Partenaire 1), le LPCML et UTINAM (Partenaires 2 et 3) ont développé deux familles de particules répondant à ces exigences: 1) Des nano-plateformes rigides en polysiloxane contenant des complexes de gadolinium, des fluorophores et/ou des éléments radioactifs permettant à la fois une imagerie scintigraphique, par résonance magnétique (IRM), par fluorescence et par tomographie des rayons X. 2) Une deuxième famille constituée de clusters d'or recouverts de complexes de gadolinium permet de combiner IRM et imagerie X en transmission et en tomographie. L'objectif du projet consiste à optimiser et développer ces familles de nanoparticules de manière qu'elles puissent être produites en grandes quantités par Nano-H SAS (Partenaire 4 ) en respectant les conditions d'un "good manufactoring process" (GMP). Idéalement le projet devrait aboutir au choix concerté d'une seule de ces nanoparticules sur laquelle nous porterons alors tous les efforts pour aboutir d'ici 10 ans à une autorisation de mise sur le marché. L'ICMUB et CheMatech SAS (Partenaires 5 et 6) développent plusieurs types de ligands macrocycliques comme le DOTA qui ont la propriété de chélater efficacement de nombreux cations métalliques. Greffés à la surface des particules, ces ligands permettront (i) d'une part d'accroitre la stabilité colloidale des particules dans les milieux biologiques et le flux sanguin et (ii) d'autre part d'offrir des points d'ancrage stables aux agents de contraste IRM et scintigraphiques. L'IAB et le LINA (Partenaires 8 et 10) travailleront à minimiser la toxicité des particules pour définir l'architecture qui sera soumise aux études de toxicité couteuse imposées par l'AFSSAPS. Enfin, l'efficacité des particules en tant qu'agents pour imageries multiples sera évaluée à travers trois pathologies étudiées in vitro et in vivo : (i) les cancers du cerveau, du colon et du foie avec l'aide du GIN, de l'UPCGI, de l'IAB et du LINA (Partenaires 7, 8, 9 et 10), (ii) les maladies hépatocellulaires avec l'aide de l'UPCGI et du LINA (Partenaires 9 et 10) et (iii) les diabètes de type II avec l'aide d'AFFOND (Partenaire 11). Dans tous les cas, nous nous attendons à ce que ces techniques d'imagerie combinées rendues plus efficaces grâce aux agents imageurs nanoparticulaires permettent des diagnostics plus précoces et plus fiables.

Coordinateur du projet

Monsieur Olivier Tillement (Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents) – olivier.tillement@univ-lyon1.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

AXINT AXINT SAS
CEA/DSV/iRTSV/CBM/AFFOND Insitut de Recherche en Technologies et Sciences pour le Vivant/Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux
LINA - UJM Laboratoire Interdisciplinaires d'étude des Nanoparticules Aérosolisées
UPCGI Unité de Pharmacologie Chimique Génétique et d'imagerie
IAB Institut Albert Bonniot
GIN Grenoble Institut des Neurosciences
CHEMATECH CHEMATECH
ICMUB Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne
Nano-H NANOH
UTINAM Institut Univers Transport, Interfaces Nanostructures Atmosphère et environnement Molécules
LPCML - UCBL Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents
MATEIS-INSA LYON Institut National des Sciences Appliquées de Lyon : Laboratoire MAtériaux: Ingénierie et Science

Aide de l'ANR 1 066 610 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2013 - 48 Mois

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