Nano-vecteurs activables par un stimulus 46, 47

Grâce aux ciblages passif et actif, les nano-vecteurs peuvent véhiculer de manière plus efficace les principes actifs au niveau des tissus et cellules malades. Cependant, afin d’améliorer encore l’efficacité thérapeutique, ces objets peuvent être construits de sorte à ce qu’ils répondent à certains stimuli,

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permettant ainsi une libération contrôlée du médicament au niveau de la cible. Cette approche est d’autant plus intéressante que le stimulus est propre à la maladie. L’idée de créer des nano-vecteurs répondant à des stimuli date des années 1970 avec l’utilisation de liposomes thermosensibles.48 Il existe deux catégories de stimuli : les stimuli internes et externes.

a) Les stimuli internes

Dans le cas du cancer, certaines propriétés sont propres aux tissus et cellules malades. Il est donc possible d’utiliser ces stimuli biologiques pour procéder à une libération ciblée et contrôlée du principe actif par les nano-vecteurs. Le pH, la température et le microenvironnement redox ont des valeurs différentes au niveau des tissus tumoraux par rapport aux tissus sains.

Dans les tumeurs solides, le pH extracellulaire est plus acide (environ 6,5) que le pH du sang (7,4 à 37 °C). De plus, le pH au niveau des endosomes et des lysosomes à l’intérieur des cellules est plus bas que celui du cytosol. Il est donc possible, en choisissant une structure appropriée de nano-vecteur, d’exploiter ces variations de pH afin de libérer le principe actif au niveau de sites intracellulaires et extracellulaires spécifiques. Cette valeur plus faible de pH au niveau de la masse tumorale est liée au processus de formation de la tumeur. En effet, comme les tumeurs prolifèrent rapidement, la vascularisation au niveau de ces dernières est souvent insuffisante pour apporter assez de nutriments et d’oxygène pour l’ensemble des cellules tumorales. Cela entraîne une différence dans l’environnement métabolique entre les tumeurs et les tissus normaux. En effet, le manque d’oxygène (hypoxie) induit la production d’acide lactique et, par ailleurs, l’hydrolyse de l’ATP dans un environnement faible en énergie donne naissance à un microenvironnement acide.46 Différents nano-vecteurs présentant des liens sensibles aux conditions de pH ont ainsi été préparés. Parmi les liens utilisés on trouve des groupes cis-aconityl, des hydrazones, des oximes, des acétals ou encore des éthers silylés (Figure 11).47

Figure 11 : Structure de quelques liens sensibles aux conditions acides47

Fréchet a développé des micelles sensibles au pH qui peuvent libérer une molécule active encapsulée à pH 5. Le copolymère amphiphile possède un bloc hydrophobe labile (lien acétal) qui va, en conditions acides, s’hydrolyser et entraîner la rupture de la micelle pour libérer la substance encapsulée.49

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Les propriétés redox des cellules tumorales sont également différentes de celles des cellules saines. C’est le taux de glutathion présent à l’intérieur des cellules cancéreuses, 100 à 1000 fois plus élevé que dans le milieu extracellulaire, qui est responsable de ce phénomène. Cette concentration induit une différence de potentiel entre le milieu intracellulaire (qui a des propriétés réductrices) et le milieu extracellulaire (qui a des propriétés oxydantes). Des nano-vecteurs possédant des liens disulfures réductibles peuvent ainsi être utilisés pour libérer une molécule active à l’intérieur de la cellule. L’équipe de Cheng a ainsi préparé des micelles contenant des polymères conjugués à la camptothécine par un lien disulfure. Le polymère contenant la camptothécine est nanoprécipité avec du mPEG-b-Tyr-OCA et le cœur hydrophobe est réticulé avec un linker bis-azido par chimie click. Après clivage réducteur du linker et du lien camptothécine, les micelles sont déstabilisées et la camptothécine est libérée (Figure 12).50

Figure 12 : Préparation de micelles réticulées sensibles aux conditions redox50

b) Les stimuli externes

L’utilisation de stimuli externes est une autre stratégie pour perturber physiquement les nano-vecteurs. L’emploi de champs magnétiques, d’ultrasons ou de la lumière sont différents types de stimuli envisageables.51

L’utilisation d’un champ magnétique permanent peut permettre de guider les nano-vecteurs magnétiques vers un tissu malade. Pour diriger le vecteur, un champ magnétique externe est appliqué à la cible biologique (par exemple une tumeur) lors de l’administration d’une nanoparticule magnétique. Cela permet d’augmenter l’accumulation locale au niveau des tumeurs. Pour cette application, ce sont des nanoparticules possédant un cœur de magnétite (Fe3O4) ou de maghémite (Fe2O3) qui sont utilisées. L’application d’un champ magnétique permanent peut aussi entraîner la libération de principes actifs. Lorsque ces nanoparticules sont soumises à un champ alternatif, il se

Agent de réticulation Sensible aux conditions red-ox Réticulation par chimie click DMF/eau (1:1, v/v)

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produit un échauffement des particules qui se comportent alors comme des transducteurs. Ce type d’approche a été mis à profit pour le développement de thérapies par hyperthermie. L’utilisation du champ magnétique est cependant limitée aux nodules tumoraux accessibles.51 Les cellules tumorales semblent être plus sensibles au dommage causé par la chaleur que les cellules saines. La plupart des études cliniques sur l’hyperthermie utilisent des liposomes ou des nanoparticules contenant des oxydes de fer super-paramagnétiques. Les liposomes et les nanoparticules permettent de véhiculer les particules d’oxyde de fer au niveau des tissus souhaités. Lorsqu’un champ magnétique alternatif est appliqué in vivo (100–120 kHz) des températures locales comprises entre 40 et 45 °C sont atteintes. La chaleur peut également aider à accumuler plus de nanoparticules au niveau de la tumeur.52 Cela est possible en ajustant la transition LCST (Lower Critical Solution Temperature) des polymères utilisés pour assembler les vecteurs nanométriques. En effet, des polymères ayant une LCST légèrement supérieure à la température physiologique deviennent insolubles quand la température augmente. C’est ce phénomène qui leur permet de s’accumuler au niveau des tumeurs traitées par hyperthermie. Cela est possible pour une LCST de 40 °C par exemple. Les nano-vecteurs peuvent donc s’accumuler préférentiellement au niveau des tumeurs grâce au stimulus créant de la chaleur.52

Les ultrasons sont efficaces pour réaliser un contrôle spatio-temporel de la libération des PA au niveau du site d’action souhaité. Il s’agit d’une technique non-invasive, et en ajustant la fréquence, il est facile d’ajuster la pénétration dans les tissus. Les ultrasons peuvent entraîner la libération de PA par des effets thermiques ou mécaniques causés par un phénomène de cavitation. Il a été montré que les forces physiques associées à la cavitation déstabilisent le nano-vecteur et entraînent la libération du PA. Cette cavitation permet en outre l’augmentation de la perméabilité au niveau des tissus tumoraux. Le seuil de cavitation est atteint avec des basses fréquences d’ultrasons (kHz).

Des systèmes sensibles à la lumière ont également été étudiés ces dernières années car ils sont non-invasifs et permettent de contrôler dans le temps et l’espace la libération des PA. Ces systèmes sont conçus pour se dégrader à la lumière (UV, visible ou proche infra-rouge) afin de libérer la molécule encapsulée. Ils peuvent aussi être utilisés pour produire de la chaleur par conversion de l’énergie lumineuse. C’est par exemple le cas des nano-bâtonnets d’or qui peuvent par irradiation dans le proche infrarouge générer une forte augmentation de température locale. Celle-ci a été mise à profit pour la déshybridation de brins d’ADN à la surface des nanoparticules et la libération de la doxorubicine qui était associée à l’ADN (Figure 13).51, 53

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Figure 13 : Libération de doxorubicine par la déshybridation de l’ADN conjugué à la surface de nanotubes d’or induite par le

proche-infrarouge53