69 décorer la surface de structures vésiculaires (liposomes) et provoquer une fusion avec la

membrane de cellules à leur contact. Leur mode d’action se décomposerait en trois étapes distinctes [286] (cf Figure I- 11) :

1. La particule décorée de protéines fusogènes (en vert) s’approche à une distance de 10 à 20nm de la membrane cellulaire. Les protéines entrent en contact avec celle-ci. 2. Les protéines fusogènes induisent un repliement local de la membrane cellulaire et

établissent un contact rapproché entre les membranes. La génération d’une large courbure de la membrane cellulaire peut faire intervenir l’insertion de domaines protéiniques amphiphiles dans cette région de la membrane (en rouge).

3. Les protéines de fusion présentes à la surface des cellules (en violet) sont activées. Elles génèrent le contact entre le renflement de membrane cellulaire et la membrane de la particule, jusqu’à l’apparition puis l’expansion d’un pore de fusion, à travers lequel le contenu intraparticulaire est déversé.

Figure I- 11 : Mécanisme hypothétique d’action de protéines fusogènes, intervenant dans la fusion membranaire entre des particules décorées de ces protéines et la membrane cellulaire.

(Adapté de [286])

Par exemple, Kunisawa et al. [290] ont utilisé des virus Sendai inactivés pour mettre au point des liposomes décorés permettant d’encapsuler des nanoparticules renfermant elles-mêmes des principes actifs. Ces nanoparticules sont délivrées directement dans le cytoplasme grâce à une fusion directe avec la membrane cellulaire. Ils ont montré que les nanoparticules n’ont pas été séquestrées dans des endosomes, ceci a évité toute dégradation endolysosomale. Le principal inconvénient de cette technique est que le ciblage des liposomes dépend directement de la nature de la protéine virale greffée. Afin d’obtenir, par exemple, un ciblage spécifique des cellules tumorales, une solution peut être de greffer à la surface des particules une couche polymérique pour l’adressage, sur laquelle les protéines fusogènes pourront ensuite être insérées [291].

3.2.2.3. Vectorisation biophysique

La vectorisation biophysique résulte d’une perturbation mécanique ou physique de la membrane plasmique entraînant sa déstabilisation et permettant un transfert consécutif de molécules thérapeutiques dans le compartiment intracellulaire. Ce phénomène peut être engendré par diverses sources d’énergie externe permettant d’augmenter la perméabilité membranaire [292], par exemple de nature ultrasonore, magnétique ou électrique.

Sonoporation. L’application d’un champ ultrasonore entraîne une perturbation de l’organisation membranaire qui induit sa perméabilité. Cet état perméable transitoire a été à plusieurs reprises exploité pour la délivrance de principes actifs et de gènes [293-295]. Des

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études mécanistiques récentes ont permis d’établir une corrélation entre la cavitation de microbulles et la sonoperméabilisation induite au niveau membranaire [296, 297].

Application d’un champ magnétique. L’application d’un champ magnétique local permet de déstabiliser les membranes cellulaires et de créér une perméabilisation locale et transitoire exploitable pour la délivrance intracellulaire de molécules [298]. De plus, lorsque l’on utilise des nanovecteurs magnétiques, comme des magnétoliposomes, l’application d’un champ magnétique permet un adressage local, ciblé et spécifique des vecteurs au niveau des tissus visés, pour une application thérapeutique ou diagnostique [299-302].

Electroperméabilisation et électrofusion. Neumann et al. [303] ont montré que l’application d’un champ électrique sur un système membranaire provoque la déstabilisation de son organisation lipidique, rendant possible l’échange de molécules entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule : il s’agit de l’électroperméabilisation. Par la suite [304], un phénomène de fusion a été mis en évidence lorsque deux systèmes membranaires sont mis en contact sous l’action d’un champ électrique : on parle alors d’électrofusion.

L’application d’un champ électrique sur une membrane lipidique, naturelle (cellule) ou artificielle (liposome), provoque une redistribution des charges de surface. Il se créé alors un potentiel transmembranaire, qui, au delà d’une valeur seuil, induit une perméabilisation de la membrane [305]. Si des macromolécules (de type plasmide, par exemple) étaient préalablement adsorbées à la surface des cellules, elles forment alors un complexe stable avec la zone électroperméabilisée de la membrane, qui est ensuite internalisé dans le cytoplasme par un processus cellule-dépendant [306, 307].

Cette propriété offre de nombreuses perspectives dans le cadre de thérapies géniques et cellulaire. Un exemple récemment développé par l’équipe de Teissié [308, 309] concerne le transfert de gènes par électroperméabilisation. Ils ont étudié en détails les mécanismes biophysiques intervenant lors de l’électrotransfert d’ADN et ont détaillé les développements effectués in vivo ainsi que les applications cliniques d’une telle technique.

L’état perméable de membranes lipidiques est un état fusogène. En effet, lorsque deux membranes lipidiques sont à proximité, l’application d’un champ électrique conduit à leur fusion, de même qu’une mise en contact de deux membranes cellulaires préalablement électroperméabilisées [310, 311]. Dans le cas de membranes artificielles, une mise en contact initiale est requise pour l’électrofusion [284]. Dimova et al. ont largement étudié les aspects biophysiques de l’électrofusion de modèles membranaires [312-314]. Chloé Mauroy y a aussi consacré une partie de ces travaux de thèse sous la direction de J. Teissié et M.P. Rols [284], au cours de laquelle elle a caractérisé la déstabilisation d’édifices membranaires par application d’un champ électrique exogène concourant à l’électro-homofusion de vésicules unilamellaires géantes. A long terme, l’objectif d’une telle investigation mécanistique sera de transférer des molécules au sein de cellules par vectorisation.

3.2.2.4. Fusion membranaire « spontanée »

Comme nous l’avons vu, la fusion membranaire est un événement nécessitant de franchir d’importantes barrières d’énergies, il n’intervient donc pas de façon spontanée. Toutefois, lorsque deux membranes sont en présence, notamment la membrane d’un vecteur et celle d’une cellule, il arrive que leur fusion ait lieu sans aide chimique (protéine fusogène) ou physique (apport d’énergie électrique) exogène. Ce phénomène, dont la force motrice est endogène, a lieu dans des conditions physico-chimiques bien précises, en termes de charge

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