Une nouvelle stratégie de traitement de la maladie cœliaque basée sur les polymères séquestrants

La maladie cœliaque ou sprue cœliaque est une intolérance au gluten. Il s’agit d’une maladie inflammatoire de l’intestin liée à l’ingestion de gluten chez des personnes génétiquement susceptibles. Ce désordre présente une forte prévalence puisqu’il touche 1 % de la population mondiale. En l’état actuel des choses, il n’existe aucun outil pharmacologique pour traiter ou pallier à cette maladie. Cependant, grâce aux avancées dans la compréhension de sa pathogenèse, de nouvelles cibles thérapeutiques ont été identifiées. À l’heure actuelle, le seul traitement efficace consiste à suspendre la consommation de l’agent pathogène, à savoir le gluten. Le gluten est un ensemble de protéines de stockage des céréales contenu dans le blé, l’orge et le seigle. Le gluten du blé se subdivise en gluténines et gliadines. Ce sont ces dernières qui semblent les plus impliquées dans la maladie cœliaque. Les gliadines et ses protéines apparentées (i.e. sécalines et hordéines, respectivement dans le seigle et l’orge) sont riches en prolines et en glutamines, les rendant résistantes à la dégradation par les enzymes digestives et celles de la bordure en brosse. Les peptides résultant de cette digestion incomplète peuvent induire des réponses immunitaires acquises et innées. L’objectif principal de cette thèse était de tester un nouveau traitement d’appoint de la maladie cœliaque utile lors de voyages ou d’évènements ponctuels. Dans les années 80, une observation italienne montra l’inhibition de certains effets induits par des gliadines digérées sur des cultures cellulaires grâce à la co-incubation en présence de mannane: un polyoside naturel composé de mannoses. Malheureusement, ce traitement n’était pas applicable in vivo à cause de la dégradation par les enzymes du tractus gastro-intestinales du polymère, de par sa nature osidique. Les polymères de synthèse, grâce à la diversité et au contrôle de leurs propriétés physico-chimiques, se révèlent être une alternative attrayante à ce polymère naturel. L’objectif de cette recherche était d’obtenir un polymère liant la gliadine, capable d’interférer dans la genèse de la maladie au niveau du tube digestif, afin d’abolir les effets délétères induits par la protéine. Tout d’abord, des copolymères de type poly (hydroxyéthylméthacrylate)-co-(styrène sulfonate) (P(HEMA-co-SS)) ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP). Une petite bibliothèque de polymères a été préparée en faisant varier la masse molaire, ainsi que les proportions de chacun des monomères. Ces polymères ont ensuite été testés quant à leur capacité de complexer la gliadine aux pH stomacal et intestinal et les meilleurs candidats ont été retenus pour des essais cellulaires. Les travaux ont permis de montrer que le copolymère P(HEMA-co-SS) (45:55 mol%, 40 kDa) permettait une séquestration sélective de la gliadine et qu’il abolissait les effets induits par la gliadine sur différents types cellulaires. De plus, ce composé interférait avec la digestion de la gliadine, suggérant une diminution de peptides immunogènes impliqués dans la maladie. Ce candidat a été testé in vivo, sur un modèle murin sensible au gluten, quant à son efficacité vis-à-vis de la gliadine pure et d’un mélange contenant du gluten avec d’autres composants alimentaires. Le P(HEMA-co-SS) a permis de diminuer les effets sur les paramètres de perméabilité et d’inflammation, ainsi que de moduler la réponse immunitaire engendrée par l’administration de gliadine et celle du gluten. Des études de toxicité et de biodistribution en administration aigüe et chronique ont été réalisées afin de démontrer que ce dernier était bien toléré et peu absorbé suite à son administration par la voie orale. Enfin des études sur des échantillons de tissus de patients souffrants de maladie cœliaque ont montré un bénéfice therapeutique du polymère. L’ensemble des travaux présentés dans cette thèse a permis de mettre en évidence le potentiel thérapeutique du P(HEMA-co-SS) pour prévenir les désordres reliés à l’ingestion de gluten, indiquant que ce type de polymère pourrait être exploité dans un avenir proche.

Celiac Disease or celiac sprue is identified as a gluten intolerance. It is an inflammatory disorder of the intestine triggered by the ingestion of gluten in genetically susceptible individuals. This condition is highly prevalent because it affects up to 1% of the worldwide population. Nowadays, there is no pharmacological treatment available to treat or off set to the disease. Due to the huge progress in the understanding of the pathogenesis, new therapeutic targets have been discovered. At the present time, the only effective treatment remains the strict lifelong abandonment of the pathogen agent, gluten. Gluten encompasses the storage proteins in wheat, rye and barley. The wheat gluten is divided into glutenins and gliadins. The latter seem to be the most important trigger in the celiac disease. Gliadins and the related proteins (i.e. secalins and hordeins, respectively in rye and barley) are rich in prolin and glutamin residues, conferring them to be resistant by enzymatic digestion. The resulting peptides of the incomplete process may set off the inflammatory reaction. The main objective of this thesis was to test a new supportive therapy in treating celiac disease, useful in punctual occasion (i.e. during travel or social event when the gluten-free property cannot be ascertained). In the 1980’s, inhibition of some gliadin-induced effects on cell cultures were observed owing to mannan co-incubation. However, this compound, due to his osidic nature, may be cleaved by digestive enzymes in vivo. Synthetic polymers prove to be an attracting alternative owing to the tunability of their physical and chemical properties. The goal of this study was to obtain a polymeric gliadin-binder, interferring with the pathogenesis of the celiac disease in the gastro-intestinal tract, to abrogate the gliadin induced effects. Atom transfer radical polymerization was used to synthesize copolymers of the type poly (hydroxyethylméthacrylate)-co-(styren sulfonate) (P(HEMA-co-SS)). A small library of polymers varying in their molecular weight and in their constituting monomers ratio was prepared. The ability of these polymers to sequester gliadin was assessed at stomacal and intestinal pH. The best candidates were further evaluated in cell cultures. Our results revealed that a selective binding was obtained with the P(HEMA-co-SS) (45:55 mol%, 40 kDa). This compound abolished gliadin-induced effects on various cell lines. In addition, gliadin digestion was hindered, suggesting a decrease in the formation of immunogenic peptides known to trigger the diseases. In vivo experiments were additionally carried out on a murine model of gluten-sensitivity with this polymeric candidate. Its efficacy towards pure gliadin and gluten containing food was tested. P(HEMA-co-SS decreased gliadin–induced effect on permeability and inflammatory parameters and modulated the immune response due to gliadin/gluten gavage. Toxicity and biodistribution studies following acute and chronic administration were performed on murine to demonstrate that the polymer was well tolerated and not absorbed after oral administration. Finally, biopsies of patients suffering from CD disease exhibited therapeutic benefit of the polymer. Altogether, the results presented in this thesis evidenced the potential of P(HEMA-co-SS) to prevent the gluten-induced disorder, indicating that this type of polymer may be useful in a near future.