Nanodimension artificial cells containing a nanobiotechnological complex of polyhemoglobin-tyrosinase for enzyme therapy of tyrosine-depending tumours

Artificial cells bioencapsulated enzymes have been developed for different medical applications. Research in this thesis is to further extend this using a novel combination of two nanobiotechnological methods. Biodegradable nanodimension artificial cells are used to enclose a nanobiotechnological complex of polyhemoglobin-tyrosinase. We then investigated this in melanoma and prostate cancer since both of these require higher level of tyrosine for growth and metastasis. Biodegradable nanodimension artificial cell containing nanobiotechnological complex of polyhemoglobin-tyrosinase was first characterized including its ability to remove tyrosine. Then, we first analyzed its effect on melanoma using B16F10 murine cell line. Results indicated that it was effective in inhibiting tumor proliferation, attachment and colonization. To further understand the therapeutic mechanism, we studied and determined its effects on cell cycle, apoptosis and ROS generation. Furthermore, we developed a 3D cell culture system that is closer to the in vivo system, thus allowing us to confirm the effects and verify the suitable dose for the animal study. In the following in vivo research, the tumor-bearing mice model was established based on B16F10 cells injection, and results showed the artificial cell’ effectiveness in suppressing the growth of melanoma. Besides, we analyzed the effects of the different components of this system. By itself the soluble nanobiotechnological polyhemoglobin-tyrosinase was not effective because it could not be retained to stay longer locally. Similarly, the vehicle, biodegradable nanodimension artificial cell without any content, also did not show effect since its function is to act as a carrier to retain the complex locally. Another component, biodegradable nanodimension artificial cell containing only polyhemoglobin without tyrosinase, has some but less effect as shown in both in vitro and in vivo studies. Biodegradable nanodimension artificial cell with all its components was the most effective. Finally, we also verified its effect on the prostate cancer PC3 cell culture with similar results as for melanoma.Les enzymes encapsulées dans les cellules artificielles furent initialement développées pour différentes applications médicales. Le travail effectué au cours de cette thèse a pour but d’élargir les connaissances actuelles, afin d’utiliser une nouvelle combinaison de deux méthodes de nano-biotechnologie. Les cellules artificielles biodégradables de taille nano sont d’abord utilisées pour se rapprocher d’un complexe nano-biotechnologique de poly-hémoglobine-tyrosinase. Ensuite, nous appliquerons cette méthode dans un modèle de cancer de la prostate et de mélanome, étant donné que ces deux cancers requièrent de haut niveau de tyrosine pour la croissance des tumeurs et la formation de métastases.Les cellules artificielles biodégradable de taille nano contenant un complexe de poly-hémoglobine-tyrosinase ont d’abord été caractérisée pour leur capacité à ôter les résidus tyrosine. Ensuite, nous avons analysé leur effet sur le mélanome en utilisant la lignée cellulaire murine B16F10. Les résultats indiquent que ce complexe est efficace dans l’inhibition de la prolifération tumorale, l’adhésion et la colonisation. Afin de comprendre en détail le mécanisme thérapeutique sous-jacent, nous avons également étudié son effet sur le cycle cellulaire, l’apoptose et la formation de ROS. Par ailleurs, nous avons développé un modèle 3D de culture cellulaire, très proche du système in vivo, et permettant de confirmer l’efficacité du complexe ainsi que d’établir le dosage pour l’étude chez l’animal. Ensuite, dans ce modèle d’étude in vivo, nous avons établi un modèle murin basé sur l’injection de cellules B16F10 de mélanome murin, et le résultat a permis la mise en évidence de l’efficacité des cellules artificielles dans la suppression de la croissance tumorale. Nous avons ensuite analysé les effets des différents composants du système. Utilisée seule, la nano-biotechnologie de poly-hémoglobine-tyrosinase n’est pas suffisante pour être efficace, de par le fait qu’elle ne peut être retenue localement. De plus, le transporteur, c’est à dire les cellules artificielles biodégradable de taille nano, n’ont aucun effet utilisées seules, puisque leur fonction est d’agir en tant que transporteur afin que le complexe soit retenu et maintenu au niveau ciblé. De plus, si le complexe est utilisé seulement avec la poly-hémoglobine sans la tyrosinase, on observe un effet moindre comme montré à la fois in vivo et in vitro. Le complexe de nano-biotechnologie de poly-hémoglobine-tyrosinase utilisée avec tous ses composants est le plus efficace. Finalement, nous avons également vérifié ses effets sur la lignée cellulaire de cancer de la prostate PC3, et nous avons observé les mêmes résultats que pour le mélanome.