Façonnage de la surface de nanoparticules pour la délivrance de gènes

La vectorisation de gènes est devenue un outil incontournable dans les nouvelles biotechnologies. Elle est également au coeur de la recherche et du développement de thérapies géniques, qui visent à introduire du matériel génétique dans le noyau de cellules ciblées. L'ADN à transporter étant fragile, la plupart des techniques de vectorisation se fondent sur l'emploi de nanoobjets capables d'encapsuler et de protéger cet ADN. Ils permettent également le transport du gène jusqu'au noyau des cellules visées pour en permettre l'expression. Ces nanovecteurs sont formés à partir de divers matériaux, incluant des polymères. En particulier, les polyplexes sont des nanovecteurs issus de la complexation entre de l'ADN et un polymère chargé positivement. Les travaux présentés ici consistent à approfondir le rôle de l'interface entre un modèle de polyplexe et l'environnement physiologique et cellulaire avec lesquels il va interagir lors du processus de délivrance de gènes ou transfection. En particulier, dans le cadre de la lutte contre le cancer, la délivrance systémique est envisagée afin de permettre aux polyplexes de s'accumuler dans le tissu tumoral, ainsi que ses éventuelles métastases. L'enjeu est donc double : Il s'agit de doter les polyplexes de ligands leur permettant de cibler les cellules cancéreuses afin de livrer le gène au bon endroit ; et également d'un revêtement de surface les rendant capables de circuler sans encombre dans le sang tout en limitant leur élimination par le système des phagocytes mononucléés. Dans une première étude, nous avons mis en place un système d'accroche de ligands à la surface de polyplexes. Nous nous sommes basés sur le tandem de peptides E/Kcoil : deux peptides permettent un attachement stable, orienté et spécifique entre deux entités par auto-assemblage en solution. D'un côté, nous avons choisi un ligand : le facteur de croissance épidermique étiqueté avec le peptide Ecoil par ingénierie moléculaire (Ecoil-EGF) ; et de l'autre côté, un polyplexe décoré avec le peptide complémentaire Kcoil a été mis au point. Pour ce faire, un polymère cationique – le polyéthylènimine branché (bPEI) – a été fonctionnalisé avec une petite molécule réactive vers le peptide Kcoil. Les polyplexes formés avec ce PEI activé ont pu être décorés en surface en y greffant le peptide Kcoil. Ce système nous a permis d'étudier finement l'influence de la densité de ligand en surface du polyplexe par rapport à leur absorption par des cellules cancéreuses A431 sur-exprimant le récepteur de l'EGF (EGFR). Nous avons ainsi mis en évidence un effet de palier reliant le taux d'internalisation des polyplexes par les cellules A431 via l'interaction EGF/EGFR et la quantité de ligands sur les polyplexes. Ensuite, une deuxième étude a été menée au sujet de l'enrobage électrostatique de polyplexes au moyen de dextrane carboxyméthylé (CMD). Ici l'objectif était de dégager des relations entre la structure du revêtement – la densité de charge et le poids moléculaire du CMD utilisé – et sa fonction vis-à-vis de l'environnement physiologique. Nous avons préparé et caractérisé une chimiothèque de 26 CMD en opérant la carboxyméthylation contrôlée de 4 dextranes de poids moléculaires différents. Un protocole de revêtement électrostatique simple et robuste a été mis en place afin de mener une étude systématique de l'ensemble de la chimiothèque. Chaque formulation de polyplexes enrobés a été testée vis-à-vis de constituants du milieu physiologique découplés les uns des autres : petits ions, DNases, protéines du plasma, globules rouges, et cellules ciblées. Nous avons observé des tendances monotones entre chacun des deux paramètres et l'encapsulation de l'ADN. À notre grande surprise, ces observations n'ont pas été corrélées avec la protection de l'ADN contre la dégradation par les DNases, cette dernière se révélant corrélée à l'expression de gènes par les cellules ciblées.