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Phénomènes oxydatifs photo-induits et stabilité des membranes biologiques
En biologie comme en médecine, la taille des objets internalisés dans les cellules est un facteur limitant fortement leur utilisation. L’encapsulation de nombreuses molécules dans des systèmes vecteurs comme les vésicules lipidiques ou les nanoparticules permet de réduire leur cytotoxicité et d’améliorer leur pharmacocinétique. Cependant, dans la plupart des cas, leurs cibles sont localisées au niveau intracellulaire. Ces systèmes vecteurs sont incorporés par endocytose, ils aboutissent donc généralement dans des endosomes, où ils sont séquestrés. Pour atteindre sa cible, le médicament doit ainsi être libéré avant d’être dégradé dans les lysosomes. Une approche pour palier ce problème est basée sur la déstabilisation photochimique des membranes endosomales. Cette méthode est appelée Internalisation photo-assistée (PCI). Excité par la lumière, un photosensibilisateur localisé spécifiquement dans la membrane endosomale (Bonneau al. Biochemical Pharmacology, 2004) génère des espèces transitoires qui agissent localement avec des lipides environnants et induisent la déstabilisation des endosomes et la libération de la molécule thérapeutique.
Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’interaction de photosensibilisateurs avec des systèmes biomimétiques de membranes, avec des protéines plasmatiques comme l’albumine et avec des cellules en culture. Une attention particulière a été portée 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.
Sur des systèmes lipidiques modèles, nous avons ensuite étudié les mécanismes impliqués dans la photo-perméabilisation des membranes. Sur des Small Unilamellar Vesicles, nous avons montré que des photosensibilisateurs ayant un pouvoir photo-oxydant tout à fait similaire présentent des efficacités de photo-perméabilisation très différentes. Le rôle majeur de l’architecture membranaire et de la profondeur d’incorporation du phorosensibilisateur au sein de ladite membrane sur leur efficacité est fortement souligné par ces expériences. Sur des Giant Unilamellar Vesicles, nous avons étudié l’effet d’un marquage asymétrique des deux feuillets de la membrane par un même photosensibilisateur. Nous avons ainsi montré que l’existence d’une différence de perturbation des feuillets de la membrane peut être reliée à l’induction de la perméabilisation membranaire. Afin de nous rapprocher un peu de modèles membranaires biologiquement pertinents, l’effet du cholestérol sur l’ensemble de ces phénomènes a été étudié. S’il augmente la rigidité membranaire, le cholesterol - dont la vitesse de flip-flop est de l’ordre de la milliseconde - permet également à la membrane de relaxer les contraintes mécaniques facilement. Nous avons montré que, de ce fait, la perméabilisation membranaire induite est moins importante.
En conclusion, il n’existe pas de corrélation quantitative entre les dommages photo-induits dans la membrane et sa perméabilisation. La structure et la profondeur d’insertion des photosensibilisateurs dans la bicouche membranaire sont des éléments déterminants dans leur efficacité. L’induction d’une asymétrie de la membrane semble être un facteur essentiel de sa perméabilisation.
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