Partenaires

Logo du CNRS
Logo de l'Université de Strasbourg
Logo faculté de Pharmacie


Rechercher

Sur ce site

Sur le Web du CNRS


Accueil du site > Équipes > Équipe "Biovectorologie" > Thématiques

Thematique 1

La vaccination entièrement synthétique liposomique

La vaccination est un défi permanent de l’humanité. Les succès remportés par les vaccins conventionnels notamment le recul des maladies infectieuses (poliomyélite, diphtérie) et l’éradication de la variole ont été très importants. Cependant, certains vaccins ne sont pas dépourvus d’inconvénients : conservation difficile, effets secondaires et incapacité à faire face à la variabilité antigénique d’agents infectieux comme par exemple les rétrovirus ou le virus de la grippe. De nouvelles générations de vaccins se sont développées parmi lesquelles les vaccins dits « sous-unitaires » qui reposent sur l’utilisation d’antigènes ou de fragments d’antigènes (polysaccharides, protéines, glycolipides...) isolés à partir d’agents pathogènes ou produits par génie génétique. L’approche peptidique repose sur la détermination de la structure moléculaire des épitopes de l’agent pathogène et l’utilisation directe de ces séquences peptidiques représentatives de ces épitopes. Enfin, ils permettent l’induction d’une réponse immunitaire bien définie (épitope B, épitope Th, épitope Tc). Etant donné le faible pouvoir immunogène de ces peptides, il faut les greffer sur des systèmes porteurs comme les liposomes. D’une manière générale, les liposomes sont non toxiques et peu immunogènes. Ils permettent la réalisation de couplages chimiques univoques ; ils sont capables d’encapsuler des molécules hydrosolubles et d’incorporer des molécules hydrophobes, comme certains adjuvants (MPLA, lipopeptides…), dans leurs bicouches. Nous nous sommes donc intéressés à la mise au point d’un modèle de vaccination entièrement synthétique à visée antibactérienne, antivirale et antitumorale. Chaque composante du vaccin va, individuellement, pouvoir être synthétisée, développée, optimisée et testée. Les différents facteurs qui ont été évalués sont : i) de nouveaux réactifs hétérobifonctionnels de couplage, ii) de nouvelles familles d’adjuvants, iii) des agents de ciblage spécifique des cellules dendritiques et iv) de nouveaux nanovecteurs. Ces différents éléments ont été validés dans différents modèles in vivo : i) vaccin peptidique liposomique contre le virus de la grippe (Influenza), ii) un vaccin peptidique liposomique contre des bactéries et iii ) un vaccin synthétique peptidique antitumoral. Nous disposons d’un modèle de vaccination liposomique entièrement synthétique, extrêmement puissant, modulable et efficace dans une approche prophylactique et thérapeutique. Cette étude a pour finalité un vaccin contre le cancer mais nous permet également d’étudier, au niveau moléculaire les mécanismes de la réponse immunitaire. Cette approche "universelle" de la vaccination nous permet également de tester ce système entièrement synthétique contre d’autres maladies pour lesquelles un vaccin n’est pas encore disponible. De nombreuses collaborations sont en cours pour valider notre approche et pour obtenir des vaccins d’intérêts. Récapitulatif des différentes optimisations effectuées sur le vaccin liposomique entièrement synthétique

Films à base de polyélectrolytes auto-assemblés

La mise en place d’implants endo-osseux et de prothèses ostéo-articulaires nécessite la restauration après ostéo-intégration des propriétés biomécaniques du site d’implantation, notamment au niveau de l’élasticité et de la résistance à la compression. Le problème de l’adhérence cellulaire aux surfaces métalliques est également un problème majeur. La démarche que nous suivons, pour essayer de résoudre ces problèmes, repose sur le concept de dépôt de multicouches de polyélectrolytes (polyanions et polycations) sur l’implant métallique. L’objectif scientifique majeur du projet consiste donc à préparer des films bioactifs nouveaux destinés au recouvrement de biomatériaux et basés sur une architecture de polyélectrolytes permettant à la fois une promotion de l’adhérence de certaines cellules (ostéoblastes, fibroblastes,…), ainsi qu’une inhibition de l’adhésion bactérienne. La voie suivie pour la réalisation des assemblages correspond à celle décrite par le professeur Gero Decher. Elle est obtenue par trempage du support (biomatériau) alternativement dans une solution de polycations et de polyanions. La bioactivité par fonctionnalisation du film déposé est réalisée par insertion dans l’architecture d’un polyélectrolyte modifié par couplage d’un polypeptide approprié. Les films fonctionnalisés que nous souhaitons réaliser, et qui pourraient particulièrement être ciblés pour le recouvrement de biomatériaux rigides, concernent différentes applications potentielles, parmi lesquelles on notera les prothèses en titane utilisées notamment en chirurgie articulaire (prothèses de hanche) et en implantologie dentaire. Les travaux que nous avons entrepris ont pour ambition essentielle de développer de nouveaux films bioactifs multifonctionnels possédant des propriétés d’interactions attractives ou répulsives vis-à-vis de protéines (récepteurs cellulaires ou bactériens). Les travaux effectués au laboratoire sur ce sujet ont consisté à : i) fonctionnaliser les polymères (exemple : l’acide polyglutamique), ii) analyser les films ainsi modifiés, iii) insérer de peptides d’intérêts dans les biofilms : peptides anti-inflammatoire : l’α-MSH et d’adhésion cellulaire de type RGD, iv) insérer un motif polyéthylène glycol de grande taille pour un effet "furtif" et ainsi obtenir un effet antibactérien ou en transfection, v) obtenir un film multicouches à activité anti-tumorale, vi) construire un film de polyélectrolytes à base d’un squelette de hyaluronane, vii) construire un film à base de multicouches résorbables, viii) modifier la technique de construction des multicouches par un potentiel électrique et ix) Modifier les implants de type silicone (PDMS) pour les fonctionnaliser. Les biofilms modifiés ont démontré leur efficacité et nous avons ainsi pu développer des séries de polymères capable de conférer de nouvelles activités biologiques aux différents implants ainsi recouverts. Cette approche, entièrement nouvelle au laboratoire constitue un changement thématique important. Elle nécessite la mise en œuvre d’une multitude d’outils allant des réactifs hétérobifonctionnels de bio-conjugaison, aux différents ligands responsables de la reconnaissance cellulaire (peptides, glucides…) en passant par les macromolécules de type polymérique.

Exemple de modification : système d’accrochage et décrochage de la streptavidine par étirement et relâchement du support en PDMS de manière tout à fait réversible et reproductible.

Biomatériaux à base de polyélectrolytes ultracentrifugés en présence de sel

L’utilisation de matériaux biologiques et bioactifs pour remplacer des tissus défectueux est considérée comme un grand pas en avant dans la médecine moderne. Afin d’obtenir des matériaux biologiques, on cultive des cellules sur des supports pour obtenir la forme souhaitée. Les caractéristiques du support ont un rôle primordial pour obtenir une bonne organisation, des bonnes cellules et donc des matériaux adéquats. Il faut donc simuler l’environnement naturel des cellules, la matrice extracellulaire notamment en vue d’obtenir des propriétés biochimiques, principalement au niveau des sites d’adhésion, des propriétés mécaniques et des propriétés dynamiques (mobilité des composants, dégradation et délivrance de principes actifs). Une approche pour obtenir ces propriétés est d’assembler des matériaux poreux dont la matrice est composée de biomacromolécules qui gardent une certaine mobilité. L’objectif de ce travail est de développer une nouvelle classe de biomatériaux qui correspondent exactement à ces attentes et d’évaluer la réponse biologique qu’ils suscitent ainsi que leur potentiel en tant que supports pour la culture cellulaire et pour la délivrance de principes actifs. Afin d’obtenir ces matériaux nous allons utiliser une nouvelle technique introduite par l’équipe du professeur J. B. Schlenoff pour la compactation de complexes de polyélectrolytes de type poly(styrene sulfonate)/poly(diallyl diméthyl ammonium) et qui donne lieu à des matériaux macroscopiques poreux : l’ultracentrifugation en présence de sel. Cette technique permet d’obtenir un matériau aux propriétés mécaniques remarquables. Nous focalisons notre projet sur cette nouvelle méthode de fabrication de matériaux obtenus par ultracentrifugation de complexes de polyanions et de polycations mais en utilisant essentiellement des polyélectrolytes d’origine naturelle et/ou biocompatibles. De cette manière nous avons créé une nouvelle classe de biomatériaux capable de délivrer des principes actifs et mimant la matrice extracellulaire avec un fort potentiel en tant que support tridimensionnel pour l’ingénierie tissulaire. Les matériaux obtenus sont caractérisés en fonction de leurs compositions, de leurs propriétés : i) d’encapsulation de principes actifs, ii) mécaniques, iii) physico-chimiques et iv) d’interaction avec le vivant. Ce sujet extrêmement porteur est en devenir et devrait permettre le développement de nouveaux vecteurs de délivrance de principe actif. Ces vecteurs pourront prendre la forme d’implant, de microparticules et voir pourquoi pas de nanoparticules. Les premiers essais dans ce sens semblent prometteurs. Nous sommes au tout début de l’histoire et nous pourrions être les pionniers.

Exemple de la propriété d’élasticité et d’assemblage obtenu avec ces nouveaux biomatériaux

Toxicologie des vecteurs et nanoparticules manufacturées

La vectorisation des médicaments à l’aide de nanoparticules est un domaine de recherche en plein essor. Cependant, les effets nocifs de la pollution atmosphérique particulaire, largement décrits au cours des dernières décénnies, font craindre des effets indésirables des nanoparticules sur la santé. Ces craintes concernent les nanoparticules manufacturées à visée industrielle, mais également les vecteurs de médicaments. Ainsi, la définition et la compréhension des risques toxicologiques liés aux nano-objets sont désormais devenues indispensables dans les stratégies de conception de nanoparticules à visée thérapeutique. Les travaux que nous menons dans ce domaine portent sur des nanoparticules manufacturées modèles, tel le nanotube de carbone, et des vecteurs thérapeutiques développés au sein de l’unité. Ces recherches sont axées sur le tractus respiratoire, une voie d’avenir pour l’administration de médicaments, mais également une cible privilégiée de la toxicité des nanoparticules. Nos travaux sur les nanotubes de carbone bruts ont montré que ces nano-objets s’accumulent dans les voies respiratoires de la souris après administration par voie pulmonaire, qu’ils sont internalisés par différents types cellulaires et induisent une inflammation et un remodelage tissulaires. Nos recherches ont désormais pour objectif d’approfondir notre compréhension des mécanismes mis en jeu dans ces effets. Nous nous intéressons notamment au rôle des caractéristiques physico-chimiques des particules (composition chimique, taille et état de surface, notamment) dans la survenue des réponses toxiques, aux mécanismes conduisant à l’internalisation des particules dans les cellules, et au lien existant entre cette internalisation et les réponses toxiques induites. L’objectif global de ce travail est de mieux comprendre les déterminants de la toxicité, et par la même de la sécurité, des nanoparticules. Les connaissances acquises et les outils développés au cours de cette recherche sont mis à profit pour réaliser l’évaluation toxicologique de dispositifs thérapeutiques nanoparticulaires développés au sein de l’équipe, de l’unité ou des laboratoires avec qui nous collaborons. Ainsi, il s’agit de contribuer à l’élaboration de nanoparticules optimisées en termes de sécurité.