Thèmes de recherche

[Manuscrit d'habilitation a diriger les recherches]

PHENOMENES OXYDATIFS PHOTO-INDUITS ET STABILITE DES MEMBRANES - Le macrocycle des molécules tétrapyrroliques - porphyrines, chlorines, phtalocyanines... - leur confère des propriétés photo-physiques très particulières. Leur irradiation par la lumière génère, par l’intermédiaire de leur état triplet, des espèces réactives comme l’oxygène singulet ou des oxyradicaux. La durée de vie de ces espèces moléculaires est très courte et leur action est donc très localisée. Ces espèces provoquent, dans la zone à la fois irradiée et marquée par le tétrapyrrole (photosensibilisateur), des altérations moléculaires. Le ciblage précis de photosensibilisateurs vers l’un ou l’autre des compartiments cellulaires est donc à la base de leur potentiel à modifier et à contrôler la physiologie des cellules. Par exemple, l’internalisation photo-assistée (PCI) de macromolécules dans les cellules est basée sur l’altération photo-induite des membranes des endosomes avant leur maturation en lysosomes. Des altérations plus importantes, notamment au niveau des mitochondries, conduisent, elles, à la mort cellulaire par nécrose ou par apoptose. Cette mort cellulaire photo-induite est utilisée dans le cadre d'une thérapie anti-cancéreuse appelée PDT. Les effets biologiques des photosensibilisateurs tiennent donc tant à leurs propriétés intrinsèques qu'à leurs interactions avec les biomolécules et leur localisation subcellulaire. Cette dualité d'action est à la base de notre démarche qui concerne à la fois l'étude de processus "au noir" et ceux sous excitation lumineuse.   - Interaction photosensibilisateurs-membranes et incorporation cellulaire - L'objectif est d'établir des corrélations entre certains paramètres structuraux des photosensibilisateurs et leur prise en charge cellulaire - notamment dans les tissus cancéreux. Nos études portent sur des photosensibilisateurs en solution, notamment sur leurs propriétés de dimérisation ou d'agrégation, leurs interactions avec des systèmes biomimétiques de membranes ainsi qu'avec des protéines plasmatiques comme l'albumine ou les lipoprotéines de faible densité, dont on connaît le rôle important dans l'incorporation des photosensibilisateurs dans les cellules. Nous nous intéressons particulièrement à la dynamique des systèmes, notamment aux vitesses d'échange des photosensibilisateurs entre les différents transporteurs. Nous avons montré une corrélation remarquable entre la localisation subcellulaire de photosensibilisateurs tétrapyrroliques amphiphiles et leur vitesse de passage transmembranaire. Dans le cas des photosensibilisateurs portant des groupes carboxyliques, la diminution du pH extracellulaire, une caractéristique de beaucoup de tumeurs, modifie la distribution des photosensibilisateurs entre les transporteurs plasmatiques et les membranes cellulaires ainsi que le mécanisme d'entrée dans la cellule. [Large] Collaborations - Celine Frochot  - DR CNRS, LGPR, Universite de Lorraine, Nancy. Philippe Maillard - DR CNRS, Institut Curie - UMR176 Conception, synthèse et vectorisation de biomolécules, Paris. - Biophysique et photoperturbation des membranes - Les membranes lipidiques sont des cibles biologiques majeures des photosensibilisateurs. Nous étudions l’effet de l'oxydation de membranes sur leurs propriétés physiques (forme, courbure, perméabilité...). Les phénomènes oxydatifs sont déclenchés de façon contrôlée par l’intermédiaire d’un photosensibilisateur. Sur le plan biologique, la perméabilisation des membranes est généralement envisagée au regard de l’internalisation des macromolécules dans les cellules. La photo-perméabilisation est l’une des approches techniques utilisées pour vectoriser des macromolécules (PCI). D’un point de vue plus fondamental, au cours de l’apoptose, la mitochondrie subit des modifications de la perméabilité de ses deux membranes. L’apoptose étant liée à l’oxydation des lipides (qui sont même parfois utilisés comme marqueurs apoptotiques), notre approche liant peroxydation lipidique et perméabilisation membranaire semble donc pertinente au regard de cette problématique. L’effet photochimique étant très localisé, nous pouvons ainsi induire des modifications de la membrane de façon symétrique ou asymétrique entre les deux feuillets. Ces études nous ont permis d’explorer les effets de la symétrie membranaire sur les propriétés de courbure et de forme de vésicules géantes et de lier ces phénomènes à la perméabilisation membranaire. Outre leur intérêt en biophysique des membranes, ces résultats, étendus à des bicouches d’amphiphiles plus simples, s’insèrent dans le champ des recherches sur les origines de la vie. [Large] Collaborations - Julien Heuvingh - Maître de conférence, Université Denis Diderot / ESPCI, UMR7636 Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes, Paris. Nicolas Puff et Miglena Angelova, Equipe Biophysique, Laboratoire MSC, CNRS - Paris 7, Paris. - Applications : vectorisation et photo-modulation du trafic intracellulaire - Les photosensibilisateurs utilisés cliniquement sont des molécules hydrophobes et relativement peu solubles. Il est donc nécessaire de les formuler. De plus, leur ciblage vers les cellules cancéreuses peut être grandement amélioré, soit par des méthodes de ciblage actif, soit par l’utilisation de vecteurs appropriés. Un meilleur ciblage des cellules pathologiques est nécessaire pour limiter les effets secondaires. C’est d’ailleurs dans ce contexte que se situent les travaux sur les complexes LDL-photosensibilisateurs réalisés. Dans le cadre de l’utilisation des photosensibilisateurs en thérapie photodynamique, l’un des enjeux important de la vectorisation est également de limiter leur niveau d’agrégation, seules les formes monomériques étant actives. En collaboration avec une équipe de chimistes à Toulouse (IMRCP - CNRS UMR2599), nous avons étudié l’internalisation d’un photosensibilisateur carboxylique asymétrique, le phéophorbide-a (Phéo-a), via des nanoparticules micellaires de block-polymère. Outre les aspects cytopharmacocinétiques, nous nous sommes particulièrement attachés à comprendre les mécanismes de l’internalisation du médicament dans les cellules. Parallèlement, en collaboration avec l’équipe Biofluidique du Laboratoire MSC de Paris 7, un travail sur l’utilisation de micro-vésicules cellulaires comme vecteurs "fantômes" du mTHPC a été mené, dans le cadre d’une utilisation théranostique anticancéreuse. Par ailleurs, les photosensibilisateurs sont également utilisés comme agents d’internalisation cytoplasmique de macromolécules dans le cadre de la PCI (PhotoChemical Internalization). Notre groupe a effectué, en collaboration avec Christian Berg - inventeur de la PCI - des études sur l’interaction de certains photosensibilisateurs avec des membrane ainsi que sur la photoperméabilisation membranaire dans le cadre de la compréhension et de l’amélioration de cette méthode, nous bénéficions d’une bonne implantation dans ce domaine. L’une des limitations importantes de la PCI est que l’irradiation des cellules conduisant à la photo-libération de la macromolécule active dans le cytoplasme provoque également un niveau non négligeable de stress oxydant. Ceci limite l’utilisation de la PCI à l’internalisation de molécules dont le but est de conduire à la mort cellulaire (il est alors observé un effet spécifique à ces drogues, cumulé à un effet PDT). En collaboration avec un groupe de biologistes du Laboratoire de Biophysique du Muséum National d’Histoire Naturelle, nous avons donc travaillé sur la possibilité de réaliser une "Soft-PCI", générant moins de stress cellulaire. Pour cela, nous avons d’une part ciblé plus précisément les membranes soumises au stress photodynamique et, d’autre part, utilisé des composés moins agressifs que les photosensibilisateurs classiquement utilisés en thérapie photodynamique (chlorines, porphyrines, phtalocyanines...). [Large] [Large] Collaborations - Florence Gazeau et Claire Wilhem, Equipe Bionanomagnetisme, Laboratoire MSC, CNRS - Paris 7, Paris Pactricia Vicendo - CNRS, Université Paul Sabatier, Laboratoire des IMRCP - UMR5623, Toulouse. Carine Giovannangeli et Tula Saison - UMR7196 MNHN/CNRS - INSERM U565, Paris Kristian Berg - Professor, Department of Radiation Biology, Institute for Cancer Research, The Norwegian Radium Hospital, Oslo, Norvège Marcos Salvador, Instituto de Biologia, UNICAMP, Brésil. Nos collaborations au niveau national sont essentiellement structurées autour du GDR 3049 – PHOTOMED. Notre collaboration avec P. Vicendo se déroule dans le cadre du projet COPOPDT financé par l'ANR. Au niveau international, notre collaboration avec K. Berg du Radium institut d’Oslo (Norvège) a été mise en place dans le cadre de l’étude de l’internalisation photo-assistée, dont il est l’inventeur. Elle est soutenue par un partenariat Hubert Curien « AURORA » d’EGIDE. Mots clés - Membranes modèles (GUV, SUV) – Trafic intracellulaire – Photosensibilisateurs – PCI – Mécanique membranaire – Courbure, asymétrie de membrane photo-contrôlées - Interaction Membrane-molécules -Transport transmembranaire des fluorophores amphiphiles - Dommages photo-induits au niveau de systemes biologiques - . Activités de recherche antérieures Retour à l'accueil