Development of theranostic molecules targeted against prostate cancer

Depuis leur découverte en 1987, les peptides RGD ont été largement testés comme agents anti-angiogéniques et comme agents de contraste pour la détection et l’imagerie des tumeurs. En particulier pour l’imagerie optique, plusieurs vecteurs à base de RGD sont testés en préclinique car ils ciblent en même temps les tumeurs et leurs vaisseaux récemment formés.Le premier objectif de ma thèse était de développer un agent de contraste fluorescent dans le proche infra-rouge pour guider la prise de biopsies dans la prostate par imagerie optique. En tant que partenaire d’un programme ANR, notre objectif était de créer une nanoémulsion lipidique conjuguée avec des peptides RGD cycliques, chargée avec un fluorophore proche infra-rouge, et de les tester dans un modèle de cancer de la prostate chez la souris. Comme la plupart des nanoparticules qui présentent un diamètre de 50 nm, les nanoémulsions lipidiques (LNPs) peuvent s’accumuler passivement dans les tumeurs par effet EPR (Enhanced permeability and retention effect). Dans cette étude, nous développons des LNPs PEGylées en surface, chargées avec de l’oleyl-IR780 pour l’imagerie de fluorescence proche infra-rouge et greffées avec des peptides cRGD dans le but de cibler l’intégrine αvβ3. Sur les lignées cellulaires HEK293-β3, HEK293-β3-αvRFP, DU145 et PC3, nous démontrons un ciblage spécifique du récepteur avec les cRGD-LNPs mais pas avec les LNPs-cRAD et LNPs-standards. Nous démontrons aussi que les LNPs-cRGD se lient à l’intégrine αvβ3, interfèrent avec l’adhésion des cellules à la vitronectine et sont co-internalisées avec αvβ3 dans les cellules en moins d’une heure. Nous avons ensuite étudié leur biodistribution et leur capacité de ciblage dans les souris porteuses de tumeurs DU145 ou M21. Nous n’avons observé aucune différence significative au niveau de l’accumulation/rétention entre les LNP-cRGD et les LNP non-ciblées. Ceci suggère que, malgré une bonne formulation des NPs, le ciblage cRGD n’augmente pas la quantité totale de LNPs qui s’accumulent passivement dans les tumeurs sous-cutanées via l’effet EPR. Dans un second temps, nous avons essayé d’augmenter ce ciblage et avons travaillé sur une nanoparticule faite d’une matrice de silice couverte par un peptide cRGD combiné à un autre peptide ATWLPPR qui cible la neuropilin-1 (NRP1). NRP1 est un corécepteur de VEGFR2, aussi impliqué dans la néoangiogenèse et dans la croissance tumorale. Le double-ciblage cRGD/ATWLPPR devrait assurer un meilleur ciblage tumoral ainsi qu’une meilleure activité anti-angiogénique comparé aux NPs présentant uniquement le cRGD. Cependant, nous avons plutôt trouvé un effet antagoniste avec les NP-cRGD mais sans synergie apparente ou effet additionnel lorsque le deuxième ligand était présent. Au contraire, nos résultats préliminaires suggèrent que le double-ciblage déclencherait plutôt la prolifération cellulaire. Ceci mérite une investigation plus poussée pour mieux comprendre les mécanismes mis en jeu. De plus, l’utilisation de telles particules mais qui seraient aussi capables de délivrer des agents cytotoxiques pourrait entrainer une activité anti-tumorale puissante.Since the discovery of RGD peptides in 1987, they have been largely tested as anti-angiogenic agents as well as targeted contrast agents for tumor detection and imaging. In particular, several RGD-based optical contrast agents are currently being tested in preclinical studies because they target tumors and newly formed blood vessels at the same time.The first aim of my thesis work was to develop a near-infrared (NIR) fluorescent contrast agent for optically guided prostate biopsy. As partners of an ANR program, our objective was to provide a cRGD-targeted lipid nanoemulsion labeled with a NIR dye, which would target prostate tumors in a mouse model. Like several 50 nm-large nanocarriers, lipid nanoparticles (LNPs) can passively accumulate in tumors through the Enhanced Permeability and Retention (EPR) effect. In this study, we developed PEGylated LNPs loaded with oleyl-IR780 dye as a contrast agent for NIR fluorescence imaging, and modified them with cyclic RGD peptides in order to target integrin αvβ3. We demonstrate a specific targeting of the receptor with cRGD-LNPs but not with cRAD-LNP and standard LNP, using HEK293-β3, HEK293-β3-αvRFP, DU145 and PC3 cell lines. We also demonstrate that cRGD-LNPs bind to αvβ3, interfere with cell adhesion to vitronectin, and co-internalize with αvβ3 within one hour. We then investigated their biodistribution and tumor targeting in mice bearing DU145 or M21 tumors. We observed no significant differences between cRGD-LNP and non-targeted ones regarding their biodistribution and accumulation/retention in tumors. This suggested that despite an efficient formulation of the cRGD-LNPs, the cRGD-mediated targeting did not increase the total amount of LNP that could already accumulate passively in the subcutaneous tumors via the EPR effect.In a second objective, we tried to improve this targeting and worked on second generation nanoparticles made of a silica matrix covered by a cRGD peptide combined with another peptide, ATWLPPR, which targets Neuropilin-1 (NRP1). NRP1, a co-receptor of VEGFR2, is also involved in neo-angiogenesis and tumor growth. Dual-targeted cRGD/ATWLPPR-SiNPs were thus expected to provide a better tumor targeting as well as an improved anti-angiogenic activity as compared to cRGD-only-SiNPs. However, we found a possible antagonistic effect only with cRGD-SiNPs without synergy or additive effect despite the presence of the two ligands. In contrast, our preliminary results suggest that the dual-targeted SiNPs may trigger a cell proliferation and tumor-promoting effect. This should be further investigated, but one interesting consequence would be that the delivery of selected therapeutic agents using our dual-targeted SiNPs may provide an interesting antitumor activity