Applications biomédicales des dendrimères

La biomédecine est l’un des secteurs les plus concernés par l’émergence des dendrimères. Parmi les dendrimères qu’on retrouve dans ce secteur, les plus utilisés sont les dendrimères à structure PAMAM, commercialisés avec différentes fonctions de surface et une large variété de générations. La découverte de ces dendrimères au début des années 1980 et leur comparaison avec les systèmes biologiques comme l’ADN, l’insuline, l’hémoglobine ou la bicouche lipidique des membranes a révélé plusieurs analogies notamment en terme de taille et de structure globulaire. Ainsi, l’ingénierie médicale utilisant les dendrimères s’est développée aux débuts des années 1990 et une des premières applications de ces molécules a été la synthèse de dendrimères capables de mimer des anticorps qui vont reconnaître de manière très sélective des régions de l’ADN. Par la suite, les dendrimères ont servi de capteurs qui permettent la détection et la quantification du virus HIV. A partir de là, les applications biomédicales des dendrimères sont devenues de plus en plus prometteuses.

V.3.1 La délivrance d’agents thérapeutiques

L’utilisation des dendrimères dans la délivrance d’agents thérapeutiques a révolutionné la médecine en augmentant de façon spectaculaire l’efficacité des traitements et en diminuant considérablement leurs effets secondaires. Ceci a permis l’apparition d’une nouvelle science appelée « nanomédecine » basée sur l’utilisation de nanostructures en médecine371.

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Plusieurs études ont montré l’efficacité in vitro des dendrimères comme transporteurs d’agents thérapeutiques mais très peu d’études réalisées in vivo existent. Un des exemples les plus démonstratifs est celui du cisplatine. Conjuguée à un dendrimère PAMAM, le cisplatine est 10 fois plus soluble que lorsqu’il est seul. L’injection intraveineuse de ce complexe à la lignée murine B16 ralentit significativement la progression tumorale. De plus, les souris tolèrent une dose de cisplatine de 15mg/kg lorsqu’il est conjugué au dendrimère alors que la dose maximale tolérée pour le cisplatine seule est de 5mg/kg372.

Grâce à leur stabilité, leur structure parfaitement définie ainsi qu’à la nature de leurs groupements de surface, les dendrimères peuvent être aussi d’excellents agents de transfection. En effet, les interactions électrostatiques entre le groupement phosphate de l’ADN et l’amine protonée sous conditions physiologiques du dendrimère résulte en la formation d’un complexe ADN- Dendrimère, appelé « dendriplexe »373. Ce dendriplexe se lie à la membrane cellulaire, également par liaisons électrostatiques, et est internalisé par endocytose dans le cytoplasme où il rejoint le noyau selon un mécanisme non encore identifié374, 375.

V.3.2 L’imagerie médicale

L’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) est une méthode diagnostique non invasive fréquemment utilisée en médecine pour visualiser les organes et les vaisseaux sanguins. Les premières applications des dendrimères in vivo consistaient à les utiliser comme des vecteurs des agents de contraste utilisés dans cette technique376.

Le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) est également une méthode d’imagerie non invasive dans laquelle les dendrimères ont trouvé leur application. En effet, lorsque des molécules de métalloporphyrine, protéine impliquée dans le transport de l’oxygène, sont encapsulées dans des dendrimères fluorescents, l’intensité de fluorescence dégagée dans un tissu donné est inversement proportionnelle à la concentration en oxygène dans ce tissu377. Dans certaines tumeurs, la mesure de la concentration en oxygène indique si le traitement utilisé est efficace ou pas378.

La tomodensitométrie ou CT-scan (Computed Tomography) est une méthode d’imagerie médicale qui permet de visualiser la vascularisation d’un organe. Elle peut utiliser des agents de contraste contenant de l’iode radioactif, ce qui rend cette méthode fortement irradiante. La conjugaison des agents de contraste à des dendrimères contenant un cœur PEG (PolyEthylène Glycol) permet d’augmenter de 7 fois le temps de rétention de l’agent de contraste et de diminuer considérablement l’irradiation provoquée par l’utilisation de l’iode379.

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V.3.3 Les dendrimères bio-capteurs

Au début des années 2000, les dendrimères constitués d’acides nucléiques ont été utilisés dans les micropuces à ADN380. Le principe de ces micropuces consiste à immobiliser par liaisons covalentes des nucléotides couplés à groupement fluorescent sur un support contenant déjà les dendrons afin d’analyser les acides nucléiques. La fluorescence, qui renseigne sur le taux d’hybridation de ces acides nucléiques, est considérablement augmentée et est beaucoup plus stable lorsque le support contient les dendrons381, 382. Dans ce contexte, des dendrimères PAMAM de 3ème génération conjugués à la biotine et greffés sur un support contenant de la streptavidine permettent d’augmenter la sensibilité pour l’ADN cible383.

Les bio-capteurs de glucose basés sur l’utilisation des dendrimères représentent également une application des dendrimères en bio-médecine, notamment pour déterminer la glycémie chez les patients diabétiques. Généralement, les bio-capteurs de glucose utilisent des électrodes contenant la glucose oxydase, une enzyme catalysant l’oxydation de -D-glucose en lactone et H2O2384. Dans des

essais réalisés in vitro, le couplage de la glucose oxydase à des dendrimères greffés sur les électrodes entraîne une réponse plus rapide au rajout de glucose385.

V.3.4 Les thérapies basées sur les dendrimères

Très peu de dendrimères ont été conçus pour servir de thérapeutiques. Il a été montré que les dendrimères PAMAM stimulent l’élimination des cellules infectées par des protéines de prions386. L’architecture branchée des dendrimères paraît importante pour cette application puisque les polyamines linéaires sont inefficaces. De plus, un dendrimère Poly(L-Lysine) de 4ème génération présentant des groupements sulfate à sa périphérie a été évalué pour ses propriétés anti-virales contre le virus de l’herpès387 et le virus HIV388, 389. En se liant à l’enveloppe protéique virale, il bloque l’adsorption et par conséquent l’entrée du virus dans la cellule. Des essais réalisés in vivo sur des femelles macaques ont montré que lorsque le dendrimère est appliqué en gel sur le vagin de ces femelles, il empêche l’infection par le virus HIV388.

Les dendrimères pourraient également être utilisés comme matrice pour la réparation tissulaire. En effet, des expériences réalisées en ex vivo sur des yeux lacérés, humains ou non humains, ont montré que des dendrons contenant des groupements acrylate peuvent former un hydrogel insoluble qui permet de maintenir l’intégrité du tissu oculaire et de stabiliser la pression intraoculaire390, 391.

Il a été également montré que les dendrimères PAMAM conjugués aux glucosamines possèdent des propriétés immuno-modulatrices qui permettent de prévenir les lésions tissulaires post-

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opératoires. Cependant, contrairement aux anticorps anti-TNF- et aux stéroïdes qui agissent sur la sécrétion de cytokines (TNF-, IL-1, IL-6) et de chimiokines (MIP-1, MIP-1 et IL-8), les dendrimères agissent bien en amont en inhibant le recrutement des cellules inflammatoires et l’angiogénèse392

(Figure 29).

Figure 29 : Illustration de l’effet des dendrimères conjugués aux glucosamines392

Plus récemment, des dendrimères PAMAM possédant des groupements de surface amines et hydroxyles ont montré une activité anti-inflammatoire surprenante in vivo. Ceci a été vérifié sur 3 modèles différents à savoir un modèle d’œdème aigu de la patte, un modèle d’arthrite chronique induite à l’adjuvant de Freund et un modèle de granulome. Ces expériences réalisées chez le rat ont également montré que l’activité de ces dendrimères dépend de leurs groupements de surface et de leur génération393.