Protective effect of intravitreal injection of vasoactive intestinal peptide-loaded liposomes on experimental autoimmune uveoretinitis.

PURPOSE: The aim of this study was to investigate the effect of a single intravitreal (i.v.t.) injection of vasoactive intestinal peptide (VIP) loaded in rhodamine-conjugated liposomes (VIP-Rh-Lip) on experimental autoimmune uveoretinitis (EAU). METHODS: An i.v.t. injection of VIP-Rh-Lip, saline, VIP, or empty-(E)-Rh-Lip was performed simultaneously, either 6 or 12 days after footpad immunization with retinal S-antigen in Lewis rats. Clinical and histologic scores were determined. Immunohistochemistry and cytokine quantification by multiplex enzyme-linked immunosorbent assay were performed in ocular tissues. Systemic immune response was determined at day 20 postimmunization by measuring proliferation and cytokine secretion of cells from inguinal lymph nodes (ILNs) draining the immunization site, specific delayed-type hypersensitivity (DTH), and the serum concentration of cytokines. Ocular and systemic biodistribution of VIP-Rh-Lip was studied in normal and EAU rats by immunofluorescence. RESULTS: The i.v.t. injection of VIP-Rh-Lip performed during the afferent, but not the efferent, phase of the disease reduced clinical EAU and protected against retinal damage. No effect was observed after saline, E-Rh-Lip, or VIP injection. VIP-Rh-Lip and VIP were detected in intraocular macrophages and in lymphoid organs. In VIP-Rh-Lip-treated eyes, macrophages expressed transforming growth factor-beta2, low levels of major histocompatibility complex class II, and nitric oxide synthase-2. T-cells showed activated caspase-3 with the preservation of photoreceptors. Intraocular levels of interleukin (IL)-2, interferon-gamma (IFN-gamma), IL-17, IL-4, GRO/KC, and CCL5 were reduced with increased IL-13. At the systemic level, treatment reduced retinal soluble autoantigen lymphocyte proliferation, decreased IL-2, and increased IL-10 in ILN cells, and diminished specific DTH and serum concentration of IL-12 and IFN-gamma. CONCLUSIONS: An i.v.t. injection of VIP-Rh-Lip, performed during the afferent stage of immune response, reduced EAU pathology through the immunomodulation of intraocular macrophages and deviant stimulation of T-cells in ILN. Thus, the encapsulation of VIP within liposomes appears as an effective strategy to deliver VIP into the eye and is an efficient means of the prevention of EAU severity.

Downregulation of endotoxin-induced uveitis by intravitreal injection of vasoactive intestinal Peptide encapsulated in liposomes.

PURPOSE: To reestablish the immunosuppressive microenvironment of the eye, disrupted by ocular inflammation during endotoxin-induced uveitis (EIU), by means of intravitreal injection of vasoactive intestinal peptide (VIP) in saline or encapsulated in liposomes, to increase its bioavailability and efficiency. METHODS: EIU was induced in Lewis rats by subcutaneous injection of lipopolysaccharide (LPS). Simultaneously, animals were intravitreally injected with saline, saline/VIP, VIP-loaded liposomes (VIP-Lip), or unloaded liposomes. EIU severity and cellular infiltration were assessed by clinical examination and specific immunostaining. VIP concentration was determined in ocular fluids by ELISA. Ocular expression of inflammatory cytokine and chemokine mRNAs was detected by semiquantitative RT-PCR. Biodistribution of rhodamine-conjugated liposomes (Rh-Lip) was analyzed by immunohistochemistry in eyes and regional cervical lymph nodes (LNs). RESULTS: Twenty-four hours after intravitreal injection of VIP-Lip, VIP concentration in ocular fluids was 15 times higher than after saline/VIP injection. At that time, EIU clinical severity, ocular infiltrating polymorphonuclear leukocytes (PMNs), and, to a lesser extent, ED1(+) macrophages, as well as inflammatory cytokine and chemokine mRNA expression, were significantly reduced in VIP-Lip-injected rats compared with rats injected with saline/VIP, unloaded liposomes, or saline. Rh-Lip was distributed in vitreous, ciliary body, conjunctiva, retina, and sclera. It was internalized by macrophages and PMNs, and VIP colocalized with liposomes at least up to 14 days after injection. In cervical LNs, resident macrophages internalized VIP-Rh-Lip, and some adjacent lymphocytes showed VIP expression. CONCLUSIONS: VIP was efficient at reducing EIU only when formulated in liposomes, which enhanced its immunosuppressive effect and controlled its delivery to all tissues affected by or involved in ocular inflammation.

Imaging of the Vulnerable Atherosclerotic Plaque. Pre-Clinical Evaluation of PET Tracers for Vascular Inflammation

Atherosclerosis is a vascular inflammatory disease causing coronary artery disease, myocardial infarct and stroke, the leading causes of death in Finland and in many other countries. The development of atherosclerotic plaques starts already in childhood and is an ongoing process throughout life. Rupture of a plaque and the following occlusion of the vessel is the main reason for myocardial infarct and stroke, but despite extensive research, the prediction of rupture remains a major clinical problem. Inflammation is considered a key factor in the vulnerability of plaques to rupture. Measuring the inflammation in plaques non-invasively is one potential approach for identification of vulnerable plaques. The aim of this study was to evaluate tracers for positron emission tomography (PET) imaging of vascular inflammation. The studies were performed with a mouse model of atherosclerosis by using ex vivo biodistribution, autoradiography and in vivo PET and computed tomography (CT). Several tracers for inflammation activity were tested and compared with the morphology of the plaques. Inflammation in the atherosclerotic plaques was evaluated as expression of active macrophages. Systematic analysis revealed that the uptake of 18F-FDG and 11C-choline, tracers for metabolic activity in inflammatory cells, was more prominent in the atherosclerotic plaques than in the surrounding healthy vessel wall. The tracer for αvβ3 integrin, 18Fgalacto- RGD, was also found to have high potential for imaging inflammation in the plaques. While 11C-PK11195, a tracer targeted to receptors in active macrophages, was shown to accumulate in active plaques, the target-to-background ratio was not found to be ideal for in vivo imaging purposes. In conclusion, tracers for the imaging of inflammation in atherosclerotic plaques can be tested in experimental pre-clinical settings to select potential imaging agents for further clinical testing. 18F-FDG, 18F-galacto-RGD and 11C-choline choline have good properties, and further studies to clarify their applicability for atherosclerosis imaging in humans are warranted.

Early Detection of Alzheimer's Disease Beta-amyloid Pathology -Applicability of Positron Emission Tomography with the Amyloid Radioligand 11C-PIB

Early Detection of Alzheimer's Disease Beta-amyloid Pathology -Applicability of Positron Emission Tomography with the Amyloid Radioligand ¹¹C-PIB Accumulation of beta amyloid (Abeta) in the brain is characteristic for Alzheimer’s disease (AD). Carbon-11 labeled 2-(4’-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole (¹¹C-PIB) is a novel positron emission tomography (PET) amyloid imaging agent that appears to be applicable for in vivo Abeta plaque detection and quantitation. The biodistribution and radiation dosimetry of ¹¹C-PIB were investigated in 16 healthy subjects. The reproducibility of a simplified ¹¹C-PIB quantitation method was evaluated with a test-retest study on 6 AD patients and 4 healthy control subjects. Brain ¹¹C-PIB uptake and its possible association with brain atrophy rates were studied over a two-year follow-up in 14 AD patients and 13 healthy controls. Nine monozygotic and 8 dizygotic twin pairs discordant for cognitive impairment and 9 unrelated controls were examined to determine whether brain Abeta accumulation could be detected with ¹¹C-PIB PET in cognitively intact persons who are at increased genetic risk for AD. The highest absorbed radiation dose was received by the gallbladder wall (41.5 mjuGy/MBq). About 20 % of the injected radioactivity was excreted into urine, and the effective whole-body radiation dose was 4.7 mjuSv/MBq. Such a dose allows repeated scans of individual subjects. The reproducibility of the simplified ¹¹C-PIB quantitation was good or excellent both at the regional level (VAR 0.9-5.5 %) and at the voxel level (VAR 4.2-6.4 %). ¹¹C-PIB uptake did not increase during 24 months’ follow-up of subjects with mild or moderate AD, even though brain atrophy and cognitive decline progressed. Baseline neocortical ¹¹C-PIB uptake predicted subsequent volumetric brain changes in healthy control subjects (r = 0.725, p = 0.005). Cognitively intact monozygotic co-twins – but not dizygotic co-twins – of memory-impaired subjects exhibited increased ¹¹C-PIB uptake (117-121 % of control mean) in their temporal and parietal cortices and the posterior cingulate (p<0.05), when compared with unrelated controls. This increased uptake may be representative of an early AD process, and genetic factors seem to play an important role in the development of AD-like Abeta plaque pathology. ¹¹C-PIB PET may be a useful method for patient selection and follow-up for early-phase intervention trials of novel therapeutic agents. AD might be detectable in high-risk individuals in its presymptomatic stage with ¹¹C-PIB PET, which would have important consequences both for future diagnostics and for research on disease-modifying treatments.

Evaluation of an anti-carcinoembryonic monoclonal antibody suitable for immunoscintigraphy

An anti-carcinoembryonic antigen (CEA) monoclonal antibody (mAb 6D1.1) was evaluated in vitro and in vivo to determine its suitability as a tracer for immunoscintigraphy of colorectal carcinomas. Determination of mAb affinity for CEA showed a constant of association of 0.63 ± 0.11 x 109 M-1. Binding of technetium-99m (99mTc)-6D1.1, labeled by a direct method, to human cultured lineages was highly specific. Binding to only CEA-positive LS-174T cells resulted in a saturable curve inhibited by pre-incubation with unlabeled mAb. No binding at all was observed for the human lineages MeWo (melanoma) or ZR75-30 (breast carcinoma), neither of them expressing CEA cells. Intravenous injection of 99mTc-6D1.1 into nude mice xenografted with human LS-174T tumors resulted in planar images of excellent quality. Localization of an irrelevant mAb labeled with either 99mTc or iodine-125 was never observed in tumor masses. Biodistribution studies on excised tumoral tissue showed retention of 28.48% of the injected dose per gram of LS-174T tumor. The tumor-to-blood ratio was 3.46. The same analysis performed on the other three human xenografted tumors studied demonstrated that only the CEA-producing HT-29 (colorectal adenocarcinoma) retained 99mTc-6D1.1 while the other two (ZR75-30 and MeWo) did not. These data demonstrate that this mAb is an adequate tool for targeting CEA-expressing tumors in experimental models.

Distribution of liposome-encapsulated antimony in dogs

The achievement of complete cure in dogs with visceral leishmaniasis is currently a great challenge, since dogs are the main reservoir for the transmission of visceral leishmaniasis to humans and they respond poorly to conventional treatment with pentavalent antimonials. In order to improve the efficacy of treatment, we developed a novel formulation for meglumine antimoniate based on the encapsulation of this drug in freeze-dried liposomes (LMA). The aim of the present study was to evaluate the biodistribution of antimony (Sb) in dogs following a single intravenous bolus injection of LMA. Four healthy male mongrel dogs received LMA at 3.8 mg Sb/kg body weight and were sacrificed 3, 48 and 96 h and 7 days later. Antimony was determined in the blood, liver, spleen and bone marrow. In the bone marrow, the highest Sb concentration was observed at 3 h (2.8 µg/g wet weight) whereas in the liver and spleen it was demonstrated at 48 h (43.6 and 102.4 µg/g, respectively). In these organs, Sb concentrations decreased gradually and reached levels of 19.1 µg/g (liver), 28.1 µg/g (spleen) and 0.2 µg/g (bone marrow) after 7 days. Our data suggest that the critical organ for the treatment with LMA could be the bone marrow, since it has low Sb levels and, presumably, high rates of Sb elimination. A multiple dose treatment with LMA seems to be necessary for complete elimination of parasites from bone marrow in dogs with visceral leishmaniasis.

Evaluation of 99mTc-HYNIC-βAla-Bombesin(7-14) as an agent for pancreas tumor detection in mice

Pancreatic adenocarcinoma is important in oncology because of its high mortality rate. Deaths may be avoided if an early diagnosis could be achieved. Several types of tumors overexpress gastrin-releasing peptide receptors (GRPr), including pancreatic cancer cells. Thus, a radiolabeled peptide derivative of gastrin-releasing peptide (GRP) may be useful as a specific imaging probe. The purpose of the present study was to evaluate the feasibility of using99mTc-HYNIC-βAla-Bombesin(7-14)as an imaging probe for Capan-1 pancreatic adenocarcinoma. Xenographic pancreatic tumor was developed in nude mice and characterized by histopathological analysis. Biodistribution studies and scintigraphic images were carried out in tumor-bearing nude mice. The two methods showed higher uptake by pancreatic tumor when compared to muscle (used as control), and the tumor-to-muscle ratio indicated that99mTc-HYNIC-βAla-Bombesin(7-14)uptake was four-fold higher in tumor cells than in other tissues. Scintigraphic images also showed a clear signal at the tumor site. The present data indicate that99mTc-HYNIC-βAla-Bombesin(7-14)may be useful for the detection of pancreatic adenocarcinoma.

Systèmes vésiculaires colloïdaux pour la vectorisation de la 1-β-D-arabinofuranosylcytosine

La 1-β-D-arabinofuranosylcytosine (ara-C) demeure l’agent anticancéreux principalement utilisé dans le traitement de la leucémie myéloblastique aiguë (LMA), malgré sa dégradation et son élimination rapide après une administration parentérale. Son encapsulation dans des vecteurs pharmaceutiques, majoritairement des liposomes, a permis de surmonter ces inconvénients. L’objectif général de ce projet de doctorat était de développer deux systèmes à libération prolongée, à base de phospholipides, de cholestérol et de poly(éthylène glycol) (PEG) afin d’encapsuler l’ara-C et ultimement, d’améliorer son efficacité dans le traitement de la LMA. Des Sphérulites® (vésicules multilamellaires d’un type particulier) ont d’abord été étudiées pour leur forte capacité d’encapsulation, due à leur mode de préparation. Par la suite, une formulation liposomale capable, d’une part de cibler spécifiquement les cellules leucémiques et, d’autre part, de promouvoir la libération intracellulaire de l’ara-C grâce à sa sensibilité au pH, a été mise au point. Les deux formulations se devaient d’avoir un faible diamètre, une stabilité en présence de fluides biologiques et des temps de circulation prolongés chez l’animal. Une préparation de Sphérulites®, composée de Phospholipon 90G, de Solutol HS15 et de cholestérol, a permis d’obtenir des vésicules de 300 nm de diamètre. Un dérivé lipidique de PEG a pu être fixé à leur surface, sans modifier la disposition concentrique des lamelles, ni changer leur stabilité. Les Sphérulites® PEGylées ont été chargées d’ara-C et injectées chez le rat par la voie intraveineuse. Elles ont démontré des temps de circulation significativement prolongés comparativement aux Sphérulites® sans PEG. Cependant, l’ara-C s’est retrouvée éliminée de la circulation sanguine très rapidement, révélant une libération précoce du principe actif à partir de ces vésicules. Les liposomes sensibles au pH (~150 nm) ont été obtenus suite à l’insertion d’un copolymère à base de dioctadécyle, de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique. L’anticorps anti-CD33, soit complet soit son fragment Fab’, a été fixé à la surface des liposomes afin de cibler les cellules leucémiques. Les essais in vitro ont démontré la spécificité de la formulation pour différentes cellules leucémiques (CD33+), sa stabilité en présence de protéines plasmatiques et la libération intracellulaire d’un marqueur fluorescent et de l’ara-C. Enfin, des études menées chez la souris saine et immunodéprimée inoculée de cellules HL60 ont montré que la formulation exposant le fragment Fab’ possédait un profil pharmacocinétique et une biodistribution semblables à ceux des liposomes contrôles non-ciblés. L’encapsulation de l’ara-C a permis d’améliorer grandement ses temps de circulation après une administration intraveineuse. Cependant, bien que les immunoliposomes ont permis de prolonger la survie des souris leucémiques comparativement à l’ara-C libre, l’addition du polymère sensible au pH n’a pas permis d’apporter de réel avantage à la formulation lorsque administrée in vivo. Les résultats obtenus dans ce travail de thèse ont, dans un premier temps, mis en évidence que les Sphérulites® pourraient s’avérer utiles dans la vectorisation d’agents anticancéreux si leur capacité à retenir le principe actif in vivo était améliorée. Dans un second temps, les données présentées avec les immunoliposomes suggèrent qu’ils pourraient apporter un bénéfice notable dans le traitement de la LMA.

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

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.

Caractérisation de la pharmacocinétique de formulations sensibles au pH et de formulations destinées au traitement des intoxications médicamenteuses

La préparation de formulations à libération contrôlée est le domaine des sciences pharmaceutiques qui vise à modifier l’environnement immédiat des principes actifs pour en améliorer l’efficacité et l’innocuité. Cet objectif peut être atteint en modifiant la cinétique de circulation dans le sang ou la distribution dans l’organisme. Le but de ce projet de recherche était d’étudier le profil pharmacocinétique (PK) de différentes formulations liposomales. L’analyse PK, généralement employée pour représenter et prédire les concentrations plasmatiques des médicaments et de leurs métabolites, a été utilisée ici pour caractériser in vivo des formulations sensibles au pH servant à modifier la distribution intracellulaire de principes actifs ainsi que des liposomes destinés au traitement des intoxications médicamenteuses. Dans un premier temps, la PK d’un copolymère sensible au pH, à base de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique (MAA) a été étudiée. Ce dernier, le p(NIPAM-co-MAA) est utilisé dans notre laboratoire pour la fabrication de liposomes sensibles au pH. L’étude de PK conduite sur les profils de concentrations sanguines de différents polymères a défini les caractéristiques influençant la circulation des macromolécules dans l’organisme. La taille des molécules, leur point de trouble ainsi que la présence d’un segment hydrophobe à l’extrémité des chaînes se sont avérés déterminants. Le seuil de filtration glomérulaire du polymère a été évalué à 32 000 g/mol. Finalement, l’analyse PK a permis de s’assurer que les complexes formés par la fixation du polymère à la surface des liposomes restaient stables dans le sang, après injection par voie intraveineuse. Ces données ont établi qu’il était possible de synthétiser un polymère pouvant être adéquatement éliminé par filtration rénale et que les liposomes sensibles au pH préparés avec celui-ci demeuraient intacts dans l’organisme. En second lieu, l’analyse PK a été utilisée dans le développement de liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pour le traitement des intoxications médicamenteuses. Une formulation a été développée et optimisée in vitro pour capturer un médicament modèle, le diltiazem (DTZ). La formulation liposomale s’est avérée 40 fois plus performante que les émulsions lipidiques utilisées en clinique. L’analyse PK des liposomes a permis de confirmer la stabilité de la formulation in vivo et d’analyser l’influence des liposomes sur la circulation plasmatique du DTZ et de son principal métabolite, le desacétyldiltiazem (DAD). Il a été démontré que les liposomes étaient capables de capturer et de séquestrer le principe actif dans la circulation sanguine lorsque celui-ci était administré, par la voie intraveineuse. L’injection des liposomes 2 minutes avant l’administration du DTZ augmentait significativement l’aire sous la courbe du DTZ et du DAD tout en diminuant leur clairance plasmatique et leur volume de distribution. L’effet de ces modifications PK sur l’activité pharmacologique du médicament a ensuite été évalué. Les liposomes ont diminué l’effet hypotenseur du principe actif administré en bolus ou en perfusion sur une période d’une heure. Au cours de ces travaux, l’analyse PK a servi à établir la preuve de concept que des liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pouvaient modifier la PK d’un médicament cardiovasculaire et en diminuer l’activité pharmacologique. Ces résultats serviront de base pour le développement de la formulation destinée au traitement des intoxications médicamenteuses. Ce travail souligne la pertinence d’utiliser l’analyse PK dans la mise au point de vecteurs pharmaceutiques destinés à des applications variées. À ce stade de développement, l’aspect prédictif de l’analyse n’a pas été exploité, mais le côté descriptif a permis de comparer adéquatement diverses formulations et de tirer des conclusions pertinentes quant à leur devenir dans l’organisme.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

The ileum as a determinant organ of the functional liver cell mass in rats

PURPOSE: To evaluate if the ileum resection changes the functioning liver cell mass, the hepatic metabolism and the biodistribution of radiopharmaceutical in rats. METHODS: Twelve Wistar rats weighing 285g±34g were randomly divided into the ileum resection group (n = 6) and sham group rats (n = 6). After 30 days, they were anesthetized and 0.1mL of 99m-Tc-phytate(0.66MBq) was injected via femoral vein. After 30 minutes, blood samples were collected for red blood cells radioactive labeling and serum ALT, AST and gammaGT. Liver samples were used for 99m-Tc-phytatepercentage of radioactivity/gram of tissue and histopathology. Student’s t test was used with significance 0.05. RESULTS: There was a higher uptake of 99m-Tc-phytate in the liver of sham rats, compared to the ileum resection group (p<0.05). GammaGT, ALT and AST were increased in ileum resection rats compared to sham (p<0.05). The he patocytes count was significantly lower in ileum resection group than in sham (p<0.05). Liver: body mass ratio was lower in experimental animals than in sham group (p<0.05). CONCLUSION: These data support that the ileum has important role in liver function and liver mass regulation, and they have potential clinical implications regarding the pathogenesis of liver injury following lower bowel resection.

Metabolic and hematologic consequences of colectomy associated to hepatectomy in rats

To investigate the influence of partial colectomy associated with hepatectomy on the biodistribution of the 99mTc-phytate, on metabolic parameters, as well as labeling and morphology of red blood cells. METHODS: Wistar rats were distributed into three groups (each with six), nominated as colectomy, colectomy+hepatectomy and sham. In the 30th postoperative day all rats were injected with 99mTc-phytate 0.1mL i.v. (radioactivity 0.66 MBq). After 15 minutes, liver sample was harvested and weighed. Percentage radioactivity per gram of tissue (%ATI/g) was determined using an automatic gammacounter. Serum AST, ALT, alkaline phosphatase and red blood cells labeling were determined. RESULTS: The liver %ATI/g and red blood cells labeling were lower in colectomy and colectomy+hepatectomy rats than in sham rats (p <0.05), and no difference was detected comparing the colectomy and colectomy+hepatectomy groups. Red blood cells morphology did not differ among groups. Serum levels of AST, ALT and alkaline fosfatase were significantly higher in colectomy+hepatectomy than in colectomy rats (p<0.001). CONCLUSION: Hepatectomy associated with colectomy lowered the uptake of radiopharmaceutical in liver and in red blood cells in rats, coinciding with changes in liver enzymatic activity.

Desenvolvimento de nanosistemas farmacêuticos para terapia gênica

Gene therapy is one of the major challenges of the post-genomic research and it is based on the transfer of genetic material into a cell, tissue or organ in order to cure or improve the patient s clinical status. In general, gene therapy consists in the insertion of functional genes aiming substitute, complement or inhibit defective genes. The achievement of a foreigner DNA expression into a population of cells requires its transfer to the target. Therefore, a key issue is to create systems, vectors, able to transfer and protect the DNA until it reaches the target. The disadvantages related to the use of viral vectors have encouraged efforts to develop emulsions as non-viral vectors. In fact, they are easy to produce, present suitable stability and enable transfection. The aim of this work was to evaluate two different non-viral vectors, cationic liposomes and nanoemulsions, and the possibility of their use in gene therapy. For the two systems, cationic lipids and helper lipids were used. Nanoemulsions were prepared using sonication method and were composed of Captex® 355; Tween® 80; Spam® 80; cationic lipid, Stearylamine (SA) or 1,2-dioleoyl-3-trimethylammoniumpropane (DOTAP) and water (Milli-Q®). These systems were characterized by average droplet size, Polidispersion Index (PI) and Zeta Potential. The stability of the systems; as well as the DNA compaction capacity; their cytotoxicity and the cytotoxicity of the isolated components; and their transfection capacity; were also evaluated. Liposomes were made by hydration film method and were composed of DOTAP; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), containing or not Rhodaminephosphatidylethanolamine (PE- Rhodamine) and the conjugate Hyaluronic Acid DOPE (HA-DOPE). These systems were also characterized as nanoemulsions. Stability of the systems and the influence of time, size of plasmid and presence or absence of endotoxin in the formation of lipoplexes were also analyzed. Besides, the ophthalmic biodistribution of PE-Rhodamine containing liposomes was studied after intravitreal injection. The obtained results show that these systems are promising non-viral vector for further utilization in gene therapy and that this field seems to be very important in the clinical practice in this century. However, from the possibility to the practice, there is still a long way