DS10 - Défi des autres savoirs

Conception, synthèse et étude de polymères dynamiques glycosylés (glyco-dynamers) comme agents antibactériens – DynaSweet

Conception, synthèse et étude de polymères dynamiques glycosylés (glyco-dynamers) comme agents antibactériens

Créer des macromolécules en équilibre dynamique capables de bloquer l’infection bactérienne en agissant au niveau des protéines (interaction glycocluster/lectine) mais aussi à l’échelle de la bactérie (polymères dynamiques glycosylés).

Conception des briques moléculaires et études en polymérisation et microbiologie

DynaSweet a pour objectif de concevoir de nouveaux systèmes moléculaires capables d’inhiber l’adhésion de pathogènes sur des cellules, premier évènement du processus d’infection. Pour cela deux équipes de chimistes sont en charge de concevoir des briques moléculaires qui pourront s’auto-assembler en solution pour former d’une part (1) des macrocycles glycosylés qui auront une affinité élevée pour les lectines bactériennes, mais aussi (2) des polymères qui pourront agir sur une bactérie entière pour l’envelopper et l’isoler du milieu extérieur. Cette nouvelle approche devrait permettre à terme de proposer une nouvelle forme de thérapie antibactérienne basée sur une approche anti-adhésive et non plus antibiotique. <br />Les synthèses des briques moléculaires se font sur la base de molécules relativement simples et leur polymérisation sera ensuite étudiée en synergie entre les partenaires chimistes et microbiologiste. L’enjeu majeur de ce projet est de pouvoir observer une sélection par les lectines ou les bactéries des glycoclusters ou polymères dynamiques glycosylés en équilibre. <br />Les études en microbiologie porteront sur la toxicité des molécules, mais aussi l’effet anti-adhésif sur cellules humaines épithéliales, ou encore l’effet agrégatif bactérien. Cela permettra de définir une formulation optimale des différentes briques moléculaires pour atteindre l’effet anti-adhésif désiré. C’est-à-dire les proportions nécessaires de chaque brique moléculaire pour atteindre l’activité biologique souhaitée.

Les synthèses des briques moléculaires sont basées du laboratoire (ICBMS) qui ont permis de mettre en évidence une sélection de glycoclusters par une lectine. Ces résultats préliminaires ont permis de valider une preuve de concept.
La réaction réversible de polymérisation utilisée est la formation d’une acyl-hydrazone à partir d’un aldéhyde et d’un hydrazide. Cela impose donc d’incorporer dans ces structures macrocycliques une fonction polymérisable aldéhyde ou hydrazide.
Les premières études de polymérisation modèle ont pu être débutes (IMP) pour mieux connaitre et comprendre les paramètres gouvernant cette formation d’acyl-hydrazone.
En parallèle, une série de glycoclusters sera étudiée pour leurs effets anti-adhésifs, sur leur formes non polymérisées.

Les synthèses des briques moléculaires sont avancées pour incorporer une fonction polymérisable. L’introduction d’une lysine dans le bras espaceur entre le saccharide et le dithiophénol (qui permet la macrocyclisation) offre ainsi une ramification qui pourra accueillir la fonction polymérisable. Le couplage entre le saccharide et la lysine a été optimisé et celui avec la fonction polymérisable est en cours.
En parallèle, une série de glycoclusters macrocycliques ont été étudiés pour leurs affinités vis-à-vis des lectines LecA et LecB de Pseudomonas aeruginosa. Les mesures d’affinité par microcalorimétrie (ITC) ont démontré des affinités nanomolaires pour ces lectines ce qui en fait de très bons candidats pour une application en thérapie anti-adhésive.
La synthèse d’un monomère difonctionnalisé par des aldéhydes ou hydrazide est aussi étudiée pour permettre d’atteindre les polymères dynamiques glycosylés. Les premiers composés basés sur un oligoethylèneglycol ne sont pas solubles dans l’eau et une nouvelle version incorporant une fonction amine ionisable a pH physiologique permettra d’obtenir la solubilité souhaitée.
Les premières études de polymérisation ont été réalisées sur des briques modèles de type dihydrazide succinique et glutaraldéhyde. Ces composés ont été choisi pour leur solubilité dans l’eau et nous avons pu démontrer une influence de la concentration, du pH et du temps de réaction sur la taille du polymère. Une difficulté a aussi été rencontrée dans la caractérisation des polymères formés par chromatographie d’exclusion ou spectrométrie de masse, difficulté qui a pu être contournée.
Les études
Des analyses des propriétés des glycoclusters vis-à-vis (1) des interactions avec P. aeruginosa via une mesure des propriétés d’agrégation bactérienne (analyse métasizer MALVERN, et étude de la toxicité via tests live-dead de spectro-fluorimétrie) et (2) de l’inhibition de l’adhésion de P. aeruginosa à des cellules épithéliales pulmonaires (A549) sont en cours.

DynaSweet apportera une nouvelle approche de lutte anti-bactérienne qui utilisera un mélange de briques moléculaires en équilibre qui pourront s’auto-assembler à façon en fonction de la cible bactérienne. Cette stratégie anti-adhésive a déjà porté ses fruits en série glycocluster non dynamiques, sur la base d’un cœur calixarène glycosylé. Ces composés sont actuellement l’objet d’une série de dépôt de brevets pour ensuite évoluer vers la phase pré-clinique. DynaSweet permettra donc de passer d’un modèle statique de type calixarène à un système dynamique basé sur deux séries de réactions réversibles permettant d’atteindre des glycoclusters et polymères dynamiques. Les études en microbiologie permettront d’approcher les mécanismes mis en jeu et aussi de confirmer très tôt dans le processus de la toxicité éventuelle des molécules. La résistance antiobiotique croissante étant un problème majeur de santé publique, DynaSweet apportera ainsi une arme nouvelle t complémentaire de l’arsenal existant.

Fanny Demontrond, Poster à la Journée Scientifique de la SCF Rhône-Alpes, Grenoble, 13 Juin 2019

Coordinateur du projet

Madame Catherine Ladavière (Ingénierie des Matériaux Polymères)

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

EM - UCBL Ecologie Microbienne
IMP - UCBL Ingénierie des Matériaux Polymères
ELICITYL ELICITYL
ICBMS - UCBL Institut de Chimie et de Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires

Aide de l'ANR 618 024 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 48 Mois

Liens utiles

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter