Transport transmembranaire contrôlé : vers le ciblage de la toxicité

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse ont eu comme objectif principal d’étudier la capacité de divers composés cationiques à perturber la membrane phospholipidique de liposomes, de bactéries ou de globules rouges. Cette capacité a tout d’abord été exploitée par des systèmes capables de transporter des anions au travers des membranes de phospholipides pour finalement tirer profit en tant qu’agent possédant des propriétés antibactériennes.

Nous avons développé des récepteurs d’anions à base de sels d’imidazolium comme transporteurs transmembranaires. Une nouvelle famille de sels d’imidazolium fonctionnalisés par des groupements adamantyles ont été identifiés comme étant des transporteurs transmembranaires mobiles, les premiers transporteurs de ce type développés dans notre groupe. Au sein de cette nouvelle famille de transporteurs, nous avons optimisé leur efficacité de transport d’anions en faisant varier l’affinité du récepteur envers l’anion transporté et, de façon plus importante, leur lipophilie majoritairement influencée par la nature du contre-anion.

À l’aide du meilleur transporteur de cette famille, nous avons démontré la possibilité de contrôler le processus de transport d’anions en exploitant les interactions compétitives et réversibles du système supramoléculaire hôte:invité. La formation d’un complexe d’inclusion entre le sel d’imidazolium et deux β-CDs a été prouvé par RMN 1H, spectrométrie de masse et diffraction des rayons X. Le complexe d’inclusion possède des propriétés physicochimiques complètement différentes de celles du transporteur, surtout son hydrophilie accrue. Le complexe d’inclusion ne peut donc pas pénétrer la bicouche phosphipidique et inhibe le processus de transport d’anions. La présence d’un invité compétitif, l’adamantaneéthanol, ayant une plus forte affinité avec la β-CD, déplace le sel d’imidazolium du complexe d’inclusion et déclenche le processus de transport d’anion à nouveau, ce qui est induit par le partitionnement du sel d’imidazolium dans la membrane de phospholipides.

La même approche supramoléculaire s’est ensuite montrée comme une stratégie intéressante pour le transport d’un agent toxique dans une cellule. Nous avons démontré la capacité de ce système à moduler la toxicité d’un composé contre des bactéries et des globules

rouges humains. En tant que complexe supramoléculaire, la toxicité d’un sel d’imidazolium est complètement masquée, mais lorsqu’un invité compétitif est ajouté, la toxicité s’en voit restaurée. La suite logique de cette recherche est d’incorporer cette stratégie dans un système d’administration ciblée de médicaments possédant un effet toxique. En chimiothérapie, un des défis est d’augmenter la sélectivité des composés anticancéreux afin de réduire les effets secondaires qui résultent directement de leur toxicité sur les cellules saines. Les récepteurs de folates (RF) sont des protéines peu ou pas exprimées à la surface des cellules saines, toutefois, ils sont surexprimés dans certains types de cellules cancéreuses.1 Par conséquent, la fonctionnalisation d’un composé avec de l’acide folique (AF), le ligand naturel des RF, peut conduire à ce que le composé en question arrive à sélectivement être concentré autour des cellules cancéreuses.

Nous proposons donc de fonctionnaliser la β-CD avec l’AF (figure 6.1) et de l’utiliser pour former des complexes d’inclusion avec des composés connus pour leurs propriétés anticancéreuses, mais qui sont également toxiques. L’acide folique sert dans ce cas de ligand pour cibler les cellules cancéreuses et pour obtenir une accumulation du complexe supramoléculaire autour des cellules surexprimant les RF.

O OH HO OH O O OH HO N O O OH OH OH O O OH OH OH O O OH OH HO O O OH OH HO O O OH HO HO O 6.1 CD N N HO O N H O N H N O NH NH2 N N O   Acide pteroïque H N Acide Glutamique

La stratégie s’illustre de la façon suivante : la toxicité d’un composé anticancéreux, camouflée dans le complexe d’inclusion, peut ensuite être rétablie par l’ajout d’un invité compétitif, non toxique, autour du site d’intérêt (figure 6.2).

Figure 6.2 Représentation schématique illustrant la stratégie d’administration ciblée de médicaments : a) ciblage des cellules cancéreuses par la complexation RF:AF, b) activation de l’agent thérapeutique toxique au site ciblé par l’ajout de l’invité compétitif.

D’un point de vue synthétique, l’acide folique porte deux groupements acide carboxylique : un en position α et l’autre en position γ de l’acide glutamique (Glu). Seul l’acide carboxylique en position γ doit être fonctionnalisé dans le but d’obtenir une meilleure sélectivité de la protéine ciblée.2 _{Nous avons effectué quelques tentatives de synthèse qui sont encore non} concluantes à présent, utilisant des méthodes de couplage peptidique simples décrites dans la littérature.3 Il serait intéressant de tenter la synthèse du conjugué sélectif à l’acide carboxylique en position γ de l’AF en passant par le couplage peptidique entre l’acide pteroïque (AP) et l’acide glutamique protégée et fonctionalisée.4,5 La synthèse du composé 6.1 pourrait procéder

de la façon suivante : l’acide aminé Glu commercialement disponible 6.2, dont l’amine est protégée par un groupement tert-butoxycarbonyle (Boc) et l’acide carboxylique en position α par un ester de méthyle serait tout d’abord soumis à une condensation peptidique avec la propargylamine. Suite à la déprotection du Boc, l’acide glutamique 6.3 fonctionnalisée à la propargylamine peut ensuite être couplée à l’AP pour obtenir l’analogue de l’AF 6.4. Finalement, 6.1 serait obtenu par une cycloaddition azoture-alcyne de type chimie « click » entre 6.4 et la β-CD-N3.

Figure 6.3 Proposition de la synthèse pour le conjugué β-CD-AF 6.1.

Suite à la synthèse de ce composé, il sera nécessaire d’effectuer des études in vitro de ce type de système, dans des cellules saines et les comparer aux cellules cancéreuses surexprimant les RF. Différents sels d’imidazolium ou leurs complexes métalliques pourront être étudiés pour s’assurer de la viabilité de cette stratégie.