Modification de surface de nanoparticules de carboxylates de fer poreux pour la vectorisation. NanoMedecine Flagship

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1 Modification de surface de nanoparticules de carboxylates de fer poreux pour la vectorisation NanoMedecine Flagship

2 NanoSaclay Labex : NanoMedecine Flagship Institut Lavoisier de Versailles: Synthèse de nanoparticules de MFs, dégradation, biodistribution, toxicité P. Horcajada C. Serre Faculté de Pharmacie Châtenay: Encapsulation de PA d intérêts Modification de surface. Gref P. Couvreur CEA Saclay IAMIS/LCSI: Modification de surface, fonctionnalisation, Analyse de surface T. Berthelot P. Viel

3 bjectifs de ce projet phare NanoMedecine : Système composé de : 1- MFs au fer poreux (encapsulation PA) 2- Couronne PEG (furtivité) 3- Vecteur biologique (Vectorisation) PA Couronne PEG MFs poreux Vecteur biologique Compétences requises pour ce projet: - Synthèse de nanoparticules de MFs - Modification de surface de nano-objets - Vectorisation à partir de nano-objets - Analyse de surface des nano-objets - Encapsulation de PA - Etudes In vitro et in vivo 3

4 MFs rigides MIL-100 S L =2800 m 2 /g; V p =1.6 cm 3 /g a=72.9 Å S.G. F d-3m V= Å 3 ctaèdres de fer(iii) 1,3,5 BTC Trimères d octaèdres de fer(iii) 1,4 BDC MIL : Material From Institut Lavoisier Super tétraèdre Hybride MIL-101 S L =5900 m 2 /g; V p =2.0 cm 3 /g a=88.7 Å S.G. F d-3m V= Å 3 P. Horcajada et al, Chem. Commun G. Férey, et al, Science, 2005 ~29 34 Å ~25 29 Å

5 MIL-53 MFs FLEXIBLES Pores 1D C. Serre et al., JACS 2002 Iron chains solvant Séchage Série Iron trimers MIL-88 MIL53-narrow pore V 1000 Å 3 Pores 3D solvant MIL53-large pore V 1500 Å 3 séchage V Å 3 V Å 3 C. Serre et al., Science 2007

6 FNCTINNALISATIN Dérivés térépthalates de fer(iii) apolaire CH 3 H CF 3 H F 3 C BDC polaire BDC-CH 3 BDC-(CF 3 ) 2 MIL-101 MIL-53 H 3 H C 2 H Br Cl NH 2 H H 2 C F MIL-88 BDC-(H) 2 BDC-(C 2 H) 2 BDC-Cl BDC-Br BDC-NH 2 T. Devic, C. Serre, P. Horcajada et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 2011, Dalton Trans 2011

7 SITES METALLIQUES ACCESSIBLES M 3+ Déshydratation T>100 C M 3+ M 3+ Carboxylates de fer trimériques Sites Fer(III) pentaèdrique insaturés Sites forts: centres acides de Lewis Interaction favorisée avec bases de Lewis! A. Vimont et al., J. Am. Chem. Soc., 2006 S. Bourrelly et al., Langmuir 2008

8 SYNTHESE DE NANPATICULES ptimisation des conditions de synthèse: * solvants peu toxiques * < 200nm éviter embolie * protection PA activité 60 nm (PdI 0.21) S L 2600 m 2 /g MW apide (1-60 min) H 2, EtH NPs monodisperses Contrôle de la taille(30-250nm) endement élevé Nano MIL-100 Cristaux Theta 230 nm (PdI 0.09) S L 2050 m 2 /g MIL-101_NH 2 Nano Cristaux Theta

9 BIDEGADABILITE DES NANMFS Biodégradation PBS, (in 37 C vitro) % Degradation MIL100(Fe) Water ph 1,2 Phosphate ph 7, MIL127(Fe) MIL time (h) time (h) Carboxylates de fer plus stables en conditions acides Biodégradable en milieu neutre PBS P. Horcajada et al., Nature Mater., 2010 T. Chalati et al., Nanomedecine, 2011, in press

10 TXICITE AIGUE H 3 C H 3 C CH 3 CH 3 3 types de NPs avec ligands endo ou exogènes, polaires ou apolaires Paramètres sériques (foie) Fonction du foie préservée Pas d inflamation Comportement, croissance animaux Normal Morphologie et histologie organes Pas d inflammation ou nécrose Accumulation Fe dans foie et rate (réversible) T. Baati et al., to be submitted P. Horcajada et al., Nature Mater., 2010 Toxicité Aigue in vivo Stress oxydatif et CYP450 Quantification du fer dans les organes Accumulation mais normal après 7j Détermination Fe et ligand dans urines Excès excrété par urines (endogène recyclé) Faible stress dû au fer Ligand pas métabolisé (polarité)

11 ENCAPSULATIN à partir des MFs SBF, 37 C MIL Molécule modèle (Ibuprofen) Pastilles MFs micrométriques g drug/g material MCM-41 MCM-41 Prop-NH2 MIL Time (days) MFs mésoporeux : large capacité d adsorption MFs microporeux flexibles : capacité plus faible mais libération + lente P. Horcajada et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2006; P. Horcajada et al. JACS 2008

12 NANENCAPSULATIN DE PINCIPES ACTIFS D INTEET Métabolites actifs triphosphatés Formes actives des analogues nucléosidiques Gemcitabine Anticancéreux Traitement de tumeurs solides (pancréas, poumon, sein ) Azidothymidine Traitement du SIDA Antirétroviral Problématique commune Instables dans de milieux biologiques Très hydrophiles, ne pénètrent pas dans les cellules Intérêt de mettre au point des vecteurs appropriés ~5 Ǻ ~ 9 Ǻ 12

13 NANENCAPSULATIN DE PINCIPES ACTIFS D INTEET Méthode douce d encapsulation incubation 15min,1 4 24h centrifugation adioactivité dans le surnageant Excellent rendement d encapsulation (~100%) en < 15 min Les nanomfs agissent comme de véritables «éponges» Libération progressive Charges en principe actif record (~20% pds)

14 NANENCAPSULATIN DE PINCIPES ACTIFS D INTEET L AZT-TP ne pénètre pas dans les cellules mononucléaires extraites du sang de donneurs, contrairement aux nanomfs Effet anti-hiv : inhibition de 90% de la réplication virale AN Virmil :. Gref (PCPB), P. Clayette (CEA), P. Horcajada (ILV), C. Serre (ILV)

15 NANPATICULES CEU CUNNE Encapsuler (protéger) Libérer de manière contrôlée Stabilité Contrôle de la libération Contrôle du devenir in vivo Challenges : Dégradation rapide de certains nanomfs Présence de pores de grande taille Intérêt d une méthode de greffage rapide collaboration LCSI, IAMIS Développement de méthodes de caractérisation appropriées collaboration LINS, IAMIS

16 CAACTEISATIN DE SUFACE : microscopie à force atomique Laser Ptotodetecteur Levier Surface 1. Topographie de la surface Trimésate de Fer 2. Mesure directe de la force d interaction entre la surface et la pointe Propriétés mécaniques de la nanoparticule 3. Modification de la pointe (groupements phosphate, sulfate ou ligand) Influence de la nature chimique de la surface H. Willaime,. Gref (PCPB), P. Guenoun (IAMIS/LINS), Th. Berthelot (IAMIS/LCSI)

17 Procédé GraftFast : Mécanisme ed. x. n n n Substrat Mevellec, V. et al, Chem. Mat., (25), Mevellec, V. et al, Patent W

18 Procédé GraftFast : Modification de Nano bjet Fonctionnalisation de nanotube de carbone: Gohier, A. et al. J. Mat. Chem. 2011, 21(12), Fonctionnalisation de nanoparticule de Ti 2 : Mesnage, A. et al. J. Mat. Sci. 2011, 46(19),

19 Surface Auto Adhésive: Concept NaN 2,HCl -N 2, + e - Surface «Photo-activable» = N 3 Surface «Auto-adhésive» = N 2 + Viel, P. et al. J. Mat. Chem (48), Viel, P. et al Patent W Berthelot, T. et al Patent F Berthelot, T. et al Patent F Berthelot, T. et al. Applied Surface Science ,

20 Surface Auto Adhésive: Concept Greffage covalent de biomolécules natives. éaction en milieu tampon. Viel, P. et al. J. Mat. Chem (48), Viel, P. et al Patent W Berthelot, T. et al Patent F Berthelot, T. et al Patent F Berthelot, T. et al. Applied Surface Science ,

21 Surface Auto-Adhésive: ésultats Greffage de GD: Etude de la relation greffage/activité. 2 H 2 2 Intensity change (a.u.) Time (min) Berthelot, T. et al. Applied Surface Science ,

22 Thanks to : Versailles : D. Heurtaux, T. Baati, D. Paula, I. Colinet, F. Taulelle, J.Eubank, C. Martineau, F. Taulelle, A. Etcheberry Chatenay : T. Chalati, V.Agostoni, H. Willaime, V. odriguez, H. Hillaireau, H. Chacun CEA-Saclay : C. Baudin, J. Polesel-Maris, P. Jegou, J. Crédou, H. Volland CEA-Fontenay : C.Kreutz, P. Clayette Hopital Monastir : Pr. A. Kerkeni, L. Nejim, F. Neffati CNS-Gif/Yvette: C. Sebries, B.Gillet 22