Etude in vitro

4.1.1. Caractéristiques de nanoparticules

a) Electrophorèse sur gel d’agarose

L’électrophorèse sur gel d’agarose confirme l’attachement de l’ADN avec le Ch et le Ch- PEG-FA. La synthèse de nanoparticules se fait suite à l’attraction du groupe amine du polymère cationique avec le groupe phosphate de l’ADN chargé négativement [100]. Les bandes sombres et non migrantes expliquent la formation de complexes Ch-GFP, Ch-PEG- FA-GFP, Ch-β-gal et Ch-PEG-FA-β-gal. L’interaction de l’ADN et du chitosane est électrostatique [7] et n’a pas été affectée en présence du FA. Des études précédentes ont montré que suite à une digestion avec la chitosanase et le lysozyme, l’ADN est libéré du complexe tout en restant stable et intact. [101]

En général, l’ADN devrait maintenir sa forme circulaire super-enroulée pour une efficacité de transfection, évitant ainsi de le rendre linéaire ou fragmenté et préservant sa stabilité [102].

b) Taille de nanoparticules

La combinaison de différents PM, l’absence ou présence de FA et différents plasmides permet d’obtenir des nanoparticules de différents diamètres (nm).

Suite aux résultats, nous suggérons que la taille des douze différentes nanoparticules dépend de la taille de la molécule d’ADN et du PEG-FA conjugué. Pour les nanoparticules Ch-PEG-FA on s’attendait à avoir des tailles supérieures comparées à celles des nanoparticules Ch-ADN. Par contre le PM du chitosane n’a pas affecté significativement la taille des nanoparticules. Les mesures de zeta potentiel (charge de la nanoparticule) ont donné une valeur stable de 15 mV pour toutes les nanoparticules avec un ratio N:P= 3:1 et un degré de désacétylation (DDA)= 89% constants. La polydiversité du chitosane a un effet sur la taille du complexe [102].

L’unicité de cette étude repose sur la distribution normale de la taille des nanoparticules de chitosane puisque rares sont les études qui évoquent cette distribution Gaussienne [103]. La taille et le zeta potentiel sont deux facteurs essentiels qui déterminent l’internalisation du complexe. Des études confirment que le DDA, le PM, ratio N:P et PH n’influencent pas la taille du complexe [104].

Les nanoparticules de petites tailles (préférablement inferieures à 100 nm [100]) ont l’avantage de pénétrer plus facilement dans les cellules par endocytose ou pinocytose, augmentant ainsi le taux de transfection [57].

Un équilibre doit avoir lieu entre un chitosane de PM élevé pour une protection maximale de l’ADN et un chitosane de faible PM pour une internalisation et puis libération de l’ADN au sein de la cellule. Le chitosane de PM élevé peut être dépolymérisé selon les méthodes utilisées tels que les ultrasons, la chaleur, les hydrolyses enzymatiques et chimiques. La dépolymérisation du chitosane avec l’acide nitrique devient de plus en plus utilisée grâce à son coût abordable, sa rapidité et le pouvoir de contrôler la taille du polymère [104].

c) La cytotoxicité

La viabilité des cellules KB incubées avec du chitosane, nanoparticules Ch-ADN et Ch- PEG-FA-ADN a été comparée à celle des cellules incubées avec la LF. Aucune différence significative n’a été observée entre les cellules KB non incubées et celles incubées avec les solutions de chitosane seules et nanoparticules de chitosane.

Les cellules KB incubées avec les nanoparticules Ch25-PEG-FA-β-gal ont montré une viabilité de 100%. De même, les cellules incubées avec le Ch25-PEG-FA et Ch-50-PEG- FA ont montré qu’elles ont une viabilité variant entre 90 et 100%. En général, les cellules incubées avec les différentes solutions de chitosane (Ch5, Ch25 et Ch50) et différentes nanoparticules de chitosane ont montré une différence significative et des valeurs de cytotoxicité beaucoup plus inferieures que celle de la LF.

Les résultats obtenus dans cette étude reconfirment les hypothèses proposées dans des études précédentes indiquant que les nanoparticules de chitosane sont non toxiques in vitro [100 ; 101] et in vivo [105].

4.1.2. Efficacité de transfection des nanoparticules de chitosane in vitro dans les cellules KB

La relation entre le PM du chitosane, la présence ou absence de FA avec le taux de transfection des cellules KB a été étudiée. Différents faibles PM ont été utilisés (5, 25, 50 kDa) puisqu’il a été déjà prouvé que l’ADN se dissocie plus facilement du chitosane à faible PM [106].

Le choix de plasmides (que se soit la VR1412 codant pour la β-galactosidase ou la GFP émettant une fluorescence verte quand exprimée) a été basé sur la taille et les méthodes d’évaluations et d’identifications fiables et disponibles. Les cellules KB ont été utilisées puisqu’elles sur-expriment les récepteurs FA [66].

Plusieurs études de transfection avec des nanoparticules de chitosane ont été réalisées avec des cellules Cos-1, HeLa, Hep-G2 et autres [105].

a) Effet du poids moléculaire (PM) du chitosane sur l’efficacité de transfection

L’expression génique a été significativement plus élevée avec les nanoparticules Ch25- PEG-FA-DNA. Aucune différence significative n’a été observée en comparant le taux de transfection des nanoparticules Ch25-PEG-FA-ADN avec le contrôle positif LF.

En général, les facteurs qui affectent l’efficacité de transfection sont le PM, le ratio N:P, le DDA, le ratio Chitosane/ADN et le PH. Dans cette étude nous avons ciblé l’influence du PM de chitosane alors que les autres facteurs restent constants.

L’efficacité de transfection avec des vecteurs non viraux dépend aussi de la structure chimique du polycation, la taille et la composition des complexes, l’interaction complexe- cellule et du type cellulaire [57 ; 101].

Dans la littérature, il a été affirmé que le taux de transfection est étroitement lié au PM du polymère utilisé. Il est important de noter qu’avec un PM élevé de chitosane on forme un complexe Chitosane-ADN stable mais difficile à être dissocié, alors qu’avec un faible PM de chitosane, on facilite l’internalisation mais n’ayant pas une bonne condensation Chitosane-ADN dès le départ [104].

Le meilleur taux de transfection de certaines nanoparticules par rapport à l’ADN nu est expliqué par la charge positive des complexes facilitant l’association avec la membrane cellulaire chargée négativement et puis l’internalisation cellulaire [102].

b) Effet de la présence de PEG-FA dans la formulation chimique de nanoparticules sur l’efficacité de transfection

La conjugaison du PEG-FA au chitosane a permis aux nanoparticules (Ch-PEG-FA-ADN) une internalisation de l’ADN dans les cellules, facilitée par le FA se liant aux récepteurs FRs surexprimé dans les cellules KB.

La présence de récepteurs FRs dans certaines maladies facilite un ciblage spécifique des nanoparticules dans les cellules infectées, évitant ainsi les cellules normales. C’est une bonne stratégie pour transfecter différents types de cellules cancéreuses (ex. cancer de l’ovaire et du sein) [61]. De même les macrophages actifs sur-exprimant les récepteurs FRs sont responsables de la progression de plusieurs maladies auto-immunes telles que l’arthrite rhumatoïde, le psoriasis, la colite ulcéreuse, et le lupus [107 ; 108] C’était donc une opportunité de pouvoir acheminer un gène thérapeutique à l’aide de nanoparticules Ch- PEG-FA-ADN, tout en ciblant spécifiquement les FRs.

Compte tenu des études portées à notre connaissance, celle-ci est la première à confirmer que des nanoparticules de chitosane avec un Ch25 et en présence de PEG-FA permettent d’obtenir une meilleure efficacité de transfection dans les cellules surexprimants les FRs. La surexpression des FRs dans les macrophages de l’arthrite rhumatoïde [107 ; 109] a

permis l’élaboration d’une nouvelle partie d’étude consistant à appliquer des nanoparticules de chitosane dans un modèle expérimental de la maladie et d’en évaluer les conséquences.

4.1.3. Limitations

Les plus grandes difficultés auxquelles on a fait face dans cette première partie de l’étude, étaient essentiellement la précipitation rapide lors de la préparation des nanoparticules de chitosane et le volume nécessaire pour effectuer certaines manipulations (tel que la mesure de taille qui nécessite un volume de 1mL pour chaque échantillon de nanoparticules, donc un volume considérable d’ADN à purifier).