Amyloidosis : detection with functionalised nanoparticles and original optical properties

Les amyloïdoses sont des maladies caractérisées par l’agrégation structurée de protéines, sous forme de fibres amyloïdes. Le diagnostic précoce de ces maladies représente un enjeu important, pour la prise en charge de nombreuses pathologies associées. Dans ce travail, nous avons montré le ciblage et la détection de plusieurs fibres amyloïdes, de l’in vitro à l’in vivo. Pour cela, nous avons utilisé des nanoparticules multimodales pour l’imagerie médicale (TEP, IRM), greffées avec diverses molécules ciblant les fibres. Trois types de fibres amyloïdes ont été testées, formées à partir du peptide amyloïde β (maladie d’Alzheimer), d’amyline (diabète de type 2), et de la transthyrétine (polyneuropathie familiale). Comme montré par des techniques de spectroscopie et de résonance plasmonique de surface (fluorescence et Biacore), des nanoparticules génériques (dû au greffage du Pittsburgh compound B ou d’un nanocorps) ciblent avec une bonne affinité les trois types de fibres in vitro, tandis que des nanoparticules spécifiques (dû au greffage de peptides) ciblent avec une affinité moindre les fibres d’amyloïde β ou de transthyrétine. Le ciblage et la détection des dépôts amyloïdes par les nanoparticules ont été confirmés par microscopie à fluorescence, sur des tissus de souris présentant chacune des trois maladies. Le suivi par imageries in vivo (par IRM) et post-mortem (par microscopie optique), après injection de nanoparticules génériques chez la souris Alzheimer, supposent un ciblage des dépôts amyloïdes intracérébraux. Par ailleurs, nous avons détecté les fibres amyloïdes sans aucun marquage. Des études spectroscopiques in vitro ont permis de montrer des propriétés luminescentes intrinsèques des fibres amyloïdes, dans l’UV-visible et le proche infrarouge. Ces caractéristiques ont été observées sur des coupes de tissus de cerveau de souris Alzheimer par microscopie à fluorescence, et les études in vivo en cours semblent prometteuses (par imagerie photo-acoustique, et en temps résolu). Que cela soit par l’utilisation de nanoparticules fonctionnalisées multimodales, ou de propriétés intrinsèques des fibres amyloïdes suggérant une détection complètement non-invasive, ces deux stratégies innovantes semblent adaptées pour le diagnostic précoce des amyloïdoses chez l’Homme.Amyloidosis are diseases characterised by self-agregation of misfolded proteins in fibrillary forms, called amyloid fibrils. They are associated with many diseases, and their early diagnosis remains a clinical challenge. In this work, we show the targeting and the detection of amyloid fibrils, from in vitro to in vivo experiments in mice models, useful for early diagnostic of amyloidosis. For that purpose, we use multimodal nanoparticles, further functionalized with specific molecules against amyloid fibrils. This multimodality for imaging (fluorescence, MRI, PET) represent a breakthrough in modern medicine, to add structural and functional informations. After negative toxicity tests on various cell lines, these nanoparticles have been tested on three different amyloid fibrils, formed with amyloid β(1-42) peptide (Alzheimer’s disease), amylin (type II diabetes mellitus), or mutated Val30Met transthyretin (familial polyneuropathy). As it is shown by spectroscopy and surface plasmon resonance experiments, nanoparticles grafted with generic targeters (Pittsburgh compound B or a nanobody) target the three amyloid fibrils, with good affinity, whereas nanoparticles vectorised with peptides show specific targeting for amyloid β(1-42) or Val30Met mutated transthyretin, but with lower affinity. The targeting by nanoparticles have been confirmed ex vivo on pathological tissues with each amyloid burden, thanks to fluorescence microscopy. Generic nanoparticles have been injected in Alzheimer’s mice model, and the monitoring in vivo by IRM and post-mortem by optical microscopy supposed a targeting of amyloid β(1-42) aggregates in brain. Furthermore, we demonstrate the possibility to detect amyloid fibrils without labelling. Spectroscopic measurements show original, and specific optical properties of amyloid fibrils, around the UV-visible and the near infra-red regions. Interestingly, these properties are also observed on pathological tissues by ex vivo fluorescence microscopy, and in vivo ongoing analysis by photoacoustic imagery and real-time imaging seems to be very promising. By multimodality of non-toxic grafted nanoparticles or by intrinsic properties of amyloid fibrils suggesting completely non-invasive tests, these two strategies can be useful for early diagnostic of amyloidoses in humans