ONCOLOGY NANOMEDICINE: Study of Interactions Between Nanoparticles Activated by External Electromagnetic Energy Sources and Cancer Cells forEnhancement of the Therapeutic Window
NANOMEDECINE EN ONCOLOGIE : Etude des Interactions Entre les Nanoparticules Activables par des Sources d'Energie Electromagnétique Externes et les Cellules Cancéreuses pour Elargir la Fenêtre Thérapeutique
Résumé
The understanding of interactions between nanomaterials and biological entities is fundamental to develop nanoproducts in oncology. NBTXR3 (hafnium oxide inert nanoparticle) and protoporphyrin IX (Pp IX) nanocarrier (silica nanoparticle encapsulating Pp IX, the monomer of Photofrin®) are nanoproducts, issued from Nanobiotix platforms, aim to enlarge the therapeutic window of oncology treatment, using external energy sources to carry out "on" / "off" activation. In the first part of this work, we have studied interaction between NBTXR3 and human colon cancer cells. NBTXR3 penetrates by endocytosis and presents long residence within endo-lysosomal compartment. Significantly enhance of tumour cell radiation response is demonstrated after NBTXR3 activation with ionizing radiation. Compared to controls, irradiated cells having internalized NBTXR3, offer a particular morphology which is described. In the second part, we present the synthesis of a new hybrid nanoproduct for photodynamic therapy (PDT), the Pp IX nanocarrier, and the study of its interaction in vitro on six human cancer cell lines and in vivo on nude mice model xenografted with three different cancer types. In vitro, Pp IX nanocarrier activated at 630 nm is more efficient than free Pp IX. Further, this new hybrid nanoproduct enhances biodistribution of Pp IX, with different kinetic of tumour accumulation between models. Ultimately, based on these new understanding of interactions between nanoparticles and cancer cells, both NBTXR3 nanoparticle and Pp IX nanocarrier, offer a breakthrough approach to create efficient pathways to cancer therapy.
La compréhension des interactions entre les nanomatériaux et les entités biologiques est fondamentale pour développer des nanoproduits en oncologie. NBTXR3 (nanoparticule inerte d'oxyde d'hafnium) et protoporphyrine IX (Pp IX) nanotransporteur (nanoparticule de silice encapsulant le Pp IX, le monomère du Photofrin®) sont des nanoproduits, issus des plateformes Nanobiotix, développés pour élargir la fenêtre thérapeutique des traitements du cancer en utilisant des sources d'activation externe de type " on " / " off ". La première partie de ce travail présente l'étude de l'interaction de NBTXR3 avec des cellules tumorales coliques humaines. NBTXR3 pénètre par endocytose et persiste dans le compartiment endolysosomial. Une augmentation significative de la réponse cellulaire à la radiothérapie est démontrée après activation de NBTXR3 par des radiations ionisantes. L'irradiation des cellules traitées par NBTXR3 entraîne des modifications spécifiques de leur morphologie par rapport aux contrôles; elles sont décrites ici. Une deuxième partie présente la synthèse d'un nouvel hybride pour la thérapie photodynamique, le Pp IX nanotransporteur, et étudie son interaction in vitro avec six lignées de cellules tumorales humaines et in vivo dans un modèle de souris nude xénogreffée avec trois types tumoraux. In vitro, le Pp IX nanotransporteur activé à 630 nm est plus efficace que le Pp IX libre. De plus, ce nouvel hybride favorise la biodistribution du Pp IX, avec une cinétique d'accumulation tumorale différente entre les modèles. La compréhension des interactions entre nanoparticules et cellules cancéreuses, apportée par ce travail, contribue à la création de nanothérapies innovantes.
Mots clés
Therapeutic Window
Pharmacokinetic
Radiotherapy
Hafnium Oxide Nanoparticles
Gold Nanoparticles
Ionizing Radiation
Photodynamic Therapy (PDT)
Protoporphyrin IX (Pp IX) Silica Nanoparticles
Pp IX Nanocarriers
Photosensitizer
Light Excitation
Nanoparticles
Nanomedicine
Tumour Cells
Nanoparticles Interaction
Cell Trafficking
Endosome Residence
Electromagnetic Energy Sources
Nanoparticules
Cancer
Nanomédecine
Cellules Tumorales
Interaction des Nanoparticules
Trafic cellulaire
Persistance dans les Endosomes
Sources d'Energie Electromagnétique
Fenêtre Thérapeutique
Pharmacocinétique
Biodistribution
Radiothérapie
Nanoparticules d'Oxyde d'Hafnium
Nanoparticules d'Or
Radiation Ionisante
Thérapie Photodynamique
Nanoparticules de Silice Encapsulant la Protoporphyrine IX (Pp IX)
Pp IX Nanotransporteur
Photosensibilisant
Photofrin®
Excitation par la Lumière
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