Incorporation et localisation sub-cellulaire des photosensibilisateurs

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1 Incorporation et localisation sub-cellulaire des photosensibilisateurs Stéphanie Bonneau, Halina Mojzisova, Christine Vever-Bizet, Daniel Brault UMR 7033 Équipe Biophotonique

2 Photosensibilisateurs thérapeutiques HO Photofrin O H H O H O H H O H H O H C O O H C O O H HO H H OH H C O O H C O O HC O O H C O O H H OH Foscan C O O H O C O H H O H O H H H O H O H MeO 2 C MeO 2 C C H 3 C H 3 C H 2 C H H H C H 3 C O O H C O O H C O O H C O O H Visudyne C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C O 2 H( Me) C O 2 Me ( H )

3 Pharmacocinétique et photodynamique Sélectivité de l activité photo-induite irradiation concentration Photosensibilisateur Molécules conventionnelles Temps

4 Mécanismes de destruction tumorale cellulaire (apoptose ou nécrose) Importance de la localisation sub-cellulaire vasculaire Importance du délais avant irradiation et de la pharmacocinétique Ce6 t = 10 et 75 min (Ref.: Hamblin 1999) réponse immunitaire

5 L internalisation photo-assistée (PCI) Endocytose des macromolécules et photo-libération Protéines AD Lysosome oyau X X X X X X X Photosensibilisateur Références: Berg et al. Cancer Res.,1999 Berg et al. Oftalmologia, 2003

6 Pharmacocinétique des photosensibilisateurs et Biodistribution

7 Transport des PS dans l organisme Production endogène Absorption intestinale Injection intraveineuse Métabolisme hépatique Grande circulation Passage transmembranaire (diffusion ou endocytose) Distribution plasmatique Métabolisme hépatique Élimination hépatique Élimination rénale Cible Propriétés locales

8 Transport des PS dans l organisme Modèles de pharmacocinetique Photofrin 3 compartiments : 16h, 7.5j et 155.5j Foscan 3 compartiments : 0.46, 6.91 et 82.5h Tookad 2 compartiments : 2 min, 1.3h Structure PS et répartition plasmatique + Hydrophobe - Ref. : Bellnier, 1996 Jones, 2003 Brun, 2003 ZnPc Lipoprotéines TPPS2a, Ce6 Lipoprotéines + HSA TPPS3, TPPS4 Fixation majoritaire à HSA Rétention préférentielle Ratio 2-4:1 selon les PS Variabilité: Structures, tumeurs, doses, délais après injection variables Implication des LDL

9 Localisation tumorale des PS éovascularisation : PS associé à HSA, HDL, LDL, VLDL Accumulation sélective Rétention sélective Rapide Perméabilité de la néovascularisation tumorale Extravasation du PS Lente Diverses explication : - LDL - Acidification de l environnement - Faible drainage lymphatique - Rôle des macrophages - Propension à accumuler les «lipids droplets» - (association du PS à la HSA)

10 Mécanismes de la rétention préférentielle des photosensibilisateurs par les cellules tumorales

11 Phtalocyanine d'aluminium dissulfonné Chlorine e6 Deutéroporphyrine Chargée Trois charges neutralisables Deux charges neutralisables

12 Association des photosensibilisateurs aux LDL

13 PS amphiphiles AlPcS2a, Ce6, DP P F = A 0 -A 1.exp(-k 1 t)-a 2.exp(-k 2 t) où K 1, 2 = ½{ k±[ ( k) 2-4(k dp.k dl +k al.k dp +k ap.k dl )] ½ } association k = (k ap +k al ).[LDL]+k d P F = A 0 -A 1.exp(-k 1 t)-a 2.exp(-k 2 t) dissociation k 1 = k dp et k 2 = k dl

14 Association aux LDL Deux types de fixation «Classe P» interface lipides/apoprotéine «Classe L» répartition dans les lipides Peu de fixation sur l Apo reconnaissance par les récepteurs «B-E» Fortes affinités MODIFIEES PAR ph Les LDL = bons transporteurs des photosensibilisateurs Rôle du micro-environnement Rapidité relative des évènements Association 10-4 s Dissociation 0,1 s Possibilités d échanges entre les transporteurs potentiels

15 Effets du ph sur l interaction photosensibilisateurs-membranes

16 Interaction avec les membranes k on k in Signal of fluo. k off k ex ère phase d incorporation dans la couche externe : 2nd phase de flip-flop : k 1 = k on obs [DOPC] + k off obs Signal of fluo Temps (s) k 2 =k ti + k to

17 Mécanismes d association à la membrane et espèces mises en jeu 5,3 pk 1 = 4,4 H CH 3 H 3 C H H 6,9 et 7,1 H 3 C H CH 3 pk A1 = 5,4 pk 2 = 2,7 H H + H COOH COOH (Formes dimères) H H pk A2 = 6,0 H H + + H H COOH COOH Entrée défavorisée par les dimères COOH COO H H COOH COOH Sortie facilitée par les charges carboxyliques COO COO

18 Fenêtre d efficacité pk 1 pk A1 pk A2 ph acides flip-flop ph basiques association Azotes centraux chargés association à la membrane eutralisation des azotes Charge des chaînes carbonées Pénétration moins profonde dimérisation Sortie facilitée entrée

19 Interaction avec les membranes 2-flip-flop 3-sortie 1-entrée DP Effet du ph AlPcS2 Ce6 Références: Bonneau et al. BBA, 2004 Mojzisova et al. BBA, 2007 Bonneau et al. Int. j. Pharma., 2007

20 Interaction avec les membranes et les protéines plasmatiques : influence du ph ph 7.4 HSA LDL Membranes ph 6.5 HSA LDL Membranes Références: Bonneau et al. BBA, 2004 Mojzisova et al. BBA, 2007 Bonneau et al. Int. j. Pharma., 2007

21 Internalisation cellulaire des PS

22 Incorporation cellulaire

23 Voies cellulaires d internalisation Endosome Lysosome Vésicule d endocytose ph 6 ph 5 oyau Endocytose on médiée ou LDL dépendante ph 7.4 Diffusion passive Membrane plasmique Mitochondrie Reticulum Appareil de Golgi endoplasmique

24 AlPcS2 Ce6 DP PS PS-LDL - Vitesse de passage transmembranaire + + Importance de l'endocytose - - Influence du ph +

25 Incorporation cellulaire Mécanismes Acidification

26 Implications thérapeutiques Localisation cellulaire voie et mécanisme de mort cellulaire efficacité Efficacité et pharmacocinétique des médicaments Association aux protéines plasmatiques Franchissement des membranes Importance des phénomènes de redistribution et de déplacement d équilibre

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