- Avec un médicament classique, le principe actif est envoyé en masse dans l'organisme en espérant qu'il atteindra un maximum de cellules cancéreuses.

Une première difficulté pour les molécules qui cheminent est qu'elles ont des caractéristiques physico-chimiques, hydrophilie par exemple, peu favorables au franchissement des barrières biologiques.

Un second écueil est que ces molécules vont se heurter à des barrières enzymatiques qui vont rapidement les dégrader.

Il faut pallier ces déperditions ; on comprend dès lors pourquoi ce médicament est envoyé en quantité importante.

Par effet collatéral, des cellules saines voisines des cellules malades sont également détruites et c'est l'effet toxique du remède qui s'avère parfois si important qu'il oblige à arrêter le traitement.

- Les chercheurs mettent au point des méthodes permettant de cibler les cellules à détruire et de leur envoyer des molécules de principe actif qui les détruiront de façon sélective.

C'est la mise au point de vecteurs submicroniques c'est-à-dire de taille inférieure au micromètre (10^-6 m) que l'on appelle des nanovecteurs, permettant d'englober les molécules de principe actif, de les protéger de la dégradation et de contrôler leur libération dans l'espace et dans le temps qui a permis de créer ces nanomédicaments.

Ils sont utilisés pour les traitements anti-tumoraux, comme on vient de le dire, mais aussi pour des traitements antibiotiques, anti-asthmatiques, ….., en thérapie génique ou en vaccination.

2) Un exemple de nanovecteur :

Les nanovecteurs utilisés sont de nature très variée ; on va décrire en détail les liposomes et leur mode d'action.

Les nanoliposomes :

En milieu aqueux les phospholipides naturels (voir annexe 1) s'organisent spontanément en liposomes qui sont des poches sphériques à l'intérieur desquelles on trouve, au centre une zone hydrophile remplie d'eau et dans l'épaisseur une zone lipophile (hydrophobe) qui repousse l'eau.

On sait par des procédés nanotechnologiques fabriquer de tels liposomes dont la taille est de quelques nanomètres.

On peut, à l'intérieur de ces vésicules, dans la phase aqueuse, dissoudre un principe actif hydrophile.

LIPOSOMES5

2-1) Les liposomes conventionnels (ou de 1^ère génération)

Les liposomes tels qu'ils viennent d'être décrits, sont appelés liposomes conventionnels et n'ont qu'une durée de vie très courte une fois passés dans la circulation sanguine ; ils sont en effet captés par les macrophages (des cellules appartenant aux globules blancs, présentes dans les tissus et chargés du nettoyage, en phagocytant un intrus dans l'organisme) et s'accumulent essentiellement dans le foie ou dans la rate.

Dans le cas des tumeurs du foie ces macrophages constituent alors un réservoir de médicament ; une enzyme va détruire la couche superficielle des liposomes et le principe actif va se déverser sur les tumeurs et jouer son rôle de médicament.

Mais si l'on veut atteindre d'autres zones, il va falloir modifier ces nanovecteurs.

2-2) Les liposomes furtifs (ou de 2^ème génération)

Afin d'éviter qu'ils ne soient reconnus par le système immunitaire et phagocytés par les macrophages les liposomes sont entourés d'un polymère hydrophile le P.E.G. -polyéthylène glycol- (annexe 3) sous forme de "filaments" qui, en maintenant par leur encombrement stérique les systèmes de détection à distance du liposome, masquent sa présence.

Les chaînes de polymère sont liées par liaison covalente aux phospholipides du liposome ; on appelle alors ces ensembles des liposomes pégylés.

Les liposomes ainsi protégés sont appelés liposomes furtifs ou de deuxième génération.

Ils continuent leur chemin dans la circulation sanguine (signalons qu'ils sont environ 70 fois plus petits qu'un globule rouge) et arrivent à proximité des tumeurs cancéreuses.

Il faut savoir que dans ces zones se créent des vaisseaux sanguins qui vont déboucher sur les vaisseaux normaux de l'organisme.

La structure épithéliale de ces vaisseaux parasites est lâche, discontinue (contrairement à celle des vaisseaux normaux qui est imperméable) c'est-à-dire qu'elle présente des pores ; les liposomes furtifs s'y engouffrent et vont rejoindre les zones tumorales.

Dans ces zones, le pH est inférieur à 7 (caractère acide) ce qui entraîne une déstructuration des liposomes et une libération du principe actif.

2-3) Liposomes de 3^ème génération

Le mécanisme décrit pour les liposomes de deuxième génération n'est pas parfait ; il arrive en effet que lors d'épisodes inflammatoires, la structure épithéliale de certains vaisseaux sanguins normaux soit poreuse et permette le passage des liposomes pégylés qui vont alors rejoindre des zones non tumorales ; ces zones ont du fait de l'inflammation un pH diminué ; toutes les conditions sont remplies pour que le principe actif soit libéré ; il peut alors agir sur des cellules saines et les détruire.

On modifie le système précédent qui est un système passif et on le transforme en système actif ; c'est-à-dire qu'on modifie le liposome pégylé pour qu'une fois arrivé dans la zone tumorale il se dirige vers les cellules cancéreuses, y pénètre et déverse alors seulement le principe actif du médicament.

Le principe est le suivant :

On fixe à l'extrémité des chaînes de P.E.G. un ligand (par exemple l'acide folique) :

Muni de ces molécules (on dit alors qu'il est décoré c'est le terme consacré), le nanoliposome est capable de reconnaître de manière sélective des récepteurs à la surface des cellules cibles. Dans le cas où on a fixé des molécules d'acide folique comme ligand, les liposomes se fixent sélectivement sur les récepteurs d'acide folique présents à la surface des cellules tumorales, celles-ci en ayant beaucoup plus que les cellules saines.

Ils pénètrent ensuite dans les cellules (phénomène d'endocytose) et libèrent le principe actif qui va détruire ces cellules.

2-4) Les principes actifs et les nanovecteurs :

2-4-1) Des vecteurs de principes actifs hydrophiles :

Le mode d'action des liposomes, qui vient d'être décrit, l'a été sur un principe actif hydrophile qui se place donc dans la partie hydrophile du vecteur c'est-à-dire au centre.

On peut citer comme exemples de principe actif hydrophile :

- La gentamycine, un antibiotique :

- Le céfradoxil, un autre antibiotique :

- Le salbutamol, un bronchodilatateur utilisé pour des traitements anti-asthmatiques (Ventoline ®) :

2-4-2) Des vecteurs de principes actifs lipophiles :

Les liposomes peuvent aussi servir à véhiculer des principes actifs lipophiles qui se placent alors dans la couronne intérieure du liposome c'est-à-dire dans la zone lipophile.

LIPOSOMES10

On peut citer comme exemples de principe actif lipophile :

- La rifampicine, un antibiotique à large spectre généralement utilisé pour lutter contre la tuberculose et la méningite bactérienne :

RIFAMPICINE

- Le diclofénac, un anti-inflammatoire non stéroïdien (AINS) ; antalgique, antipyrétique :

DICLOFENAC

- L'indométacine, un autre anti-inflammatoire non stéroïdien :

INDOMETACINE

- Le triméthoprime, un antibiotique à spectre large :

TRIMETHOPRIME

2-4-3) Des vecteurs de principes actifs amphiphiles :

Les composés amphiphiles (à la fois hydrophiles et lipophiles) se distribuent dans la bicouche lipidique et dans la phase aqueuse ; ils sont les plus difficiles à encapsuler :

On peut citer comme exemples de principe actif amphiphile :

- La doxorubicine :

C'est une molécule de la famille des anthracyclines isolées à partir d'actinobactéries du genre Streptomyces.

On l'a utilisée dans les polychimiothérapies traitant les carcinomes du sein, les sarcomes des os et des parties molles, les cancers du poumon et les leucémies aigües et chroniques.

Dans les chimiothérapies classiques son efficacité est restreinte par le fait qu'elle possède une certaine cardiotoxicité qui en limite l'usage.

En l'encapsulant dans des liposomes pégylés, on a augmenté son efficacité tout en limitant sa toxicité.

- La josamycine, un antibiotique à large spectre qui peut être obtenu par fermentation de Streptomyces narbonensis :

- La doxycycline, que l'on utilise contre la syphilis, la peste, le choléra, la maladie du charbon, la maladie de Lyme, mais aussi contre l'acné :

3) Des polymères nanovecteurs :

De nombreux polymères biodégradables sont utilisés en nanomédecine (voir annexe 2) :

- PLA (le polylactide)

PLAPOLYM

- PGA (le polyglycolide)

- PLGA copolymère lactide glycolide

Poly(lactide-co-glycolide)

- PACA (le polycyanoacrylate d'alkyle)

3-1) Nanovecteurs polymères de première génération :

Comme dans le cas des nanoliposomes, on encapsule le principe actif dans des nanoparticules de PACA ou de PLA ; elles sont transportées jusqu'au foie ou la rate, puis phagocytées par les macrophages qui constituent alors un réservoir de principe actif ; libéré il joue alors son rôle de médicament.

3-2) Nanovecteurs polymères de deuxième génération :

On rend furtifs les nanovecteurs en fixant de manière covalente à la surface des nanoparticules, des chaînes de PEG exactement comme pour les liposomes.

C'est ainsi que dans les années 1990 on a conçu le copolymère amphiphile, dibloc PLA-b-PEG composé d'un bloc hydrophobe de PLA lié de manière covalente à un bloc hydrophile de PEG.

On a ensuite généralisé cette approche à d'autres polymères hydrophobes, PACA par exemple.

3-3) Nanovecteurs polymères de troisième génération :

Comme dans le cas des nanoliposomes, on fixe des ligands à l'extrémité des chaînes de PEG et l'on obtient des systèmes actifs qui vont se fixer sur des récepteurs du ligand correspondant présents à la surface des cellules cibles à détruire.

On a ainsi construit des nanoparticules PLA-b-PEG pégylées ayant des ligands aux extrémités des chaînes de PEG, qui peuvent être :

- de l'acide folique

- de la biotine

mais aussi des peptides, de l'albumine, des lectines (protéines qui se lient spécifiquement et de manière réversible à certains glucides ; elles interviennent dans la reconnaissance entre les cellules), …

3-4) Nanovecteurs polymères de quatrième génération :

Des nanoparticules dites de quatrième génération ont été élaborées ; elles sont faites pour répondre à des stimuli physiques externes comme un champ magnétique, une variation de température, une application de lumière …

Comment construire par exemple une nanoparticule sensible à l'application d'un champ magnétique externe ?

On peut encapsuler au sein d'une matrice polymère des nanocristaux magnétiques de magnétite (Fe₃O₄) ou de maghémite (Fe₂O₃) :

Au moyen d'un aimant externe, on peut alors guider ces nanoparticules au plus près de la tumeur.

Si l'on applique un champ magnétique alternatif les nanoparticules peuvent générer de la chaleur dans le milieu environnant (hyperthermie sélective des tumeurs à éliminer).

On peut aussi combiner les deux.

Remarque : Des essais de ce type ont également été réalisés avec des nanoliposomes.

Annexe 1 Les phospholipides

1) Définitions :

On définira les glycérophospholipides qui sont de loin les constituants des liposomes les plus nombreux.

Une molécule de glycérol

peut être estérifiée par un ou plusieurs acides gras sur ses trois fonctions alcool ; elle devient un lipide :

- Si elle est estérifiée par un ou deux acides gras sur deux de ses fonctions alcool et par l'acide phosphorique sur la troisième elle devient un acide phosphatidique :

- Si un acide phosphatidique a une deuxième fonction acide de l'acide phosphorique estérifiée par :

· la choline :

il devient une phosphatidylcholine (abrégée en PC)

· la sérine :

SERINE2

il devient une phosphatidylsérine (abrégée en PS)

· L'éthanolamine :

il devient une phosphatidyléthanolamine (abrégée en PE)

· l'inositol :

INOSITOL

il devient un phosphatidylinositol (abrégée en PI)

· Le glycérol :

il devient un phosphatidylglycérol (abrégée en PG)

Remarque :

Pour tous les groupements phosphatidyl la dernière fonction acide de l'acide phosphorique est ionisée (O^-) car dans le milieu biologique dans lequel il est plongé (sang) le pH se situe entre 7,35 et 7,45.

- Les groupements R₁ et R₂ correspondent aux chaînes des acides gras ayant estérifié deux des groupements alcool du glycérol ; parmi les nombreux acides gras possibles on trouve les acides :

Ø Palmitique : un acide saturé en C₁₆ (abréviation P)

ou bien

Si les deux fonctions alcool d'une phosphatidylcholine sont estérifiées par l'acide palmitique on obtient

DPPC2

dont le nom est DiPalmitoylPhosphatidylCholine ; son abréviation est DPPC.

Ø Oléique : un acide monoinsaturé en C₁₈ : 1(9) (ou w-9) (abréviation O)

ou bien

Si les deux fonctions alcool d'une phosphatidylcholine sont estérifiées par l'acide oléïque on obtient

dont le nom est DiOléylPhosphatidylCholine ; son abréviation est DOPC.

Ø Si l'une des fonctions alcool est estérifiée par l'acide palmitique et une autre par l'acide oléïque on obtient

dont le nom est 1-Palmitoyl-2-OléylPhosphatidylCholine ou POPC en abrégé.

Ø Parmi les autres acides gras que l'on rencontre couramment dans ces glycérophospholipides citons

L'acide stéarique : un acide saturé en C₁₈ (abréviation S)

L'acide laurique : un acide saturé en C₁₂ (abréviation L)

L'acide myristique : un acide saturé en C₁₄ (abréviation M)

2) Charge globale des phospholipides :

Certains phospholipides sont globalement électriquement neutres, à pH 7,4, c'est le cas par exemple de DPPC ou de DPOC.

D'autres sont globalement négatifs comme par exemple le cas du DPPS (Dipalmitoylphosphatidylsérine) : charge -1

DPPS

L'addition de phospholipides chargés négativement (environ 15%) dans un phospholipide neutre diminue l'agrégation des vésicules entre elles (répulsion électrostatique) et permettent une captation plus grande des substances hydrophiles.

On peut ajouter à un phospholipide neutre de la stéarylamine (C₁₈H₃₉N) en milieu aqueux