Sommaire INTRODUCTION GÉNÉRALE... 5 CHAPITRE I : L ACTIVITÉ ANTICANCÉREUSE DES COMPLEXES DE PLATINE... 8 A Le cisplatine.... 8 A.I Découverte de l activité anti-tumorale du cisplatine... 8 A.II Activité du cisplatine... 9 A.II.1) Mécanisme d action... 9 A.II.2) Mécanismes de résistance au cisplatine.... 11 A.II.3) Effets secondaires du cisplatine... 12 B Les nouveaux complexes de platine... 12 B.I Complexes commercialisés... 13 B.I.1) Carboplatine... 13 B.I.2) Oxaliplatine... 14 B.I.3) Nédaplatine (254-S)... 14 B.II Développement de nouveaux complexes... 15 B.II.1) Administration par voie orale- Complexes de platine IV... 15 B.II.2) Activité sur des cellules résistantes au cisplatine... 16 B.II.3) Elargissement du spectre d action : complexe multinucléaire... 16 B.II.4) Baisse de toxicité : le Pt(ESDT)(Py)Cl... 17 B.II.5) Conclusion sur les nouveaux complexes... 17 C Intérêt d une étude des complexes de platine en présence de nucléophiles... 18 C.I Les halogénures... 18 C.I.1) Les ions chlorure... 18 C.I.2) Les ions iodure... 19 C.II Les nucléophiles soufrés... 19 C.II.1) Cystéine... 19 C.II.2) Méthionine... 20 C.II.3) Glutathion... 20 C.II.4) Thiocyanates... 20 C.II.5) Thiosulfates... 21 C.II.6) Le ddtc... 21 CONCLUSION... 21
CHAPITRE 2 : LA SPECTROSCOPIE D ABSORPTION X... 25 A Principes de la spectroscopie d absorption X... 25 A.I Introduction... 25 A.II Les oscillations EXAFS... 26 A.II.1) Phénomène physique... 26 A.II.2) Formule standard de l EXAFS... 27 A.III Applications de la spectroscopie d absorption X... 29 B Réalisation pratique d une expérience... 29 B.I Mesure du coefficient d absorption... 29 B.II Balayage en énergie... 31 B.II.1) Le rayonnement synchrotron... 31 B.II.2) Le monochromateur... 32 B.III Echantillon... 33 B.IV Détecteurs... 34 C Analyse des spectres expérimentaux... 34 C.I Soustraction du préseuil... 35 C.II Choix de E 0... 35 C.III Soustraction de l absorption atomique... 35 C.IV Calcul de la transformée de Fourier et filtrage... 36 C.V Simulation des spectres expérimentaux... 37 D Conditions d enregistrement et de traitement des spectres... 38 D.I Enregistrements... 38 D.II Extraction du spectre EXAFS... 39 D.III Etude du spectre EXAFS... 39 D.III.1) Transformée de Fourier... 39 D.III.2) Filtrage... 39 E Conclusion... 40 CHAPITRE 3 : ETUDE DE COMPLEXES DE RÉFÉRENCE... 42 A Complexes modèles... 42 A.I Le tétrachloroplatine (II)... 42 A.II Le tétraaminoplatine (II)... 44 B Etude du cisplatine solide... 46 C Etude du Platine(oxalate) 2... 47
CHAPITRE 4 : ETUDE DE SOLUTIONS DE CARBOPLATINE... 53 A Le carboplatine... 53 A.I Le carboplatine solide... 53 A.II Le carboplatine en solution... 56 B Comportement du carboplatine en présence d espèces nucléophiles.... 57 B.I En présence d ions halogénure... 57 B.I.1) Ions chlorure... 57 a. En présence de chlorure de Sodium... 58 Précipité obtenu avec une concentration 3M en chlorure de sodium... 58 Evolution du carboplatine en présence de chlorure de sodium 0,3M... 60 b. En présence d acide chlorhydrique... 61 Cinétique de carboplatine en présence d acide chlorhydrique... 61 Influence de la concentration en acide chlorhydrique... 64 B.I.2) Ions iodure... 64 B.II En présence d ions soufrés... 67 B.II.1) Cystéine... 67 Modélisation avec quatre atomes d azote... 69 Modélisation avec trois azotes et un soufre... 70 Modélisation avec deux azotes et deux soufres... 71 Modélisation avec un azote et trois soufres... 71 Modélisation avec quatre atomes de soufre... 72 B.II.2) Méthionine... 73 B.II.3) Glutathion... 75 B.II.4) Thiocyanates... 76 B.II.5) Thiosulfates... 78 B.II.6) Diéthyldithiocarbamate... 80 Modélisation de la première couche de coordination... 80 Modélisation du signal après 2,5Å... 82 Conclusion sur les réactions avec le carboplatine... 84 CHAPITRE 5 : ETUDE DE SOLUTIONS D OXALIPLATINE... 87 A L oxaliplatine... 87 A.I L oxaliplatine solide... 87 Participation des différents ligands au signal expérimental.... 88 Modélisation du signal expérimental... 90 A.II L oxaliplatine en solution... 92 B Comportement de l oxaliplatine en présence d espèces nucléophiles... 93 B.I En présence d ions halogénure... 93
B.I.1) Ions chlorure... 93 a.evolution de l oxaliplatine en présence d acide chlorhydrique... 93 Cas d un excès d acide chlorhydrique... 93 Cinétique d oxaliplatine en présence d HCl... 97 b.evolution de l oxaliplatine en présence de chlorure de sodium... 99 B.I.2) Ions iodure... 100 B.II En présence d ions soufrés... 102 B.II.1) Cystéine... 102 B.II.2) Méthionine... 105 B.II.3) Glutathion... 107 B.II.4) Thiocyanate de potassium... 109 B.II.5) Thiosulfates... 111 B.II.6) Diéthyldithiocarbamate de sodium.... 113 Modélisation de la première couche de coordination... 114 Etude complète de la structure du produit de dégradation... 115 Etude infrarouge... 116 Modèle bidentate pontant : étude EXAFS... 117 Modèle bidentate mononucléaire : étude EXAFS... 119 discussion... 121 Conclusion sur les réactions avec l oxaliplatine.... 122 DISCUSSION ET CONCLUSION... 125 Synthèse des résultats... 125 Perspectives... 128 ANNEXES... 129
Introduction Générale Les dérivés du platine sont largement utilisés en thérapeutique humaine dans de nombreux protocoles anticancéreux. Trois organoplatines sont actuellement disponibles en France : le cisplatine, le carboplatine et l oxaliplatine. De fortes collaborations avec le laboratoire de pharmacie galénique de la Faculté Paris V et la pharmacie centrale de l hôpital de Poissy- Saint Germain en Laye, nous ont permis d orienter notre étude vers les problématiques intéressant les thérapeutes, à savoir le problème de la stabilité des deux complexes de seconde et troisième génération autorisés en France : le carboplatine et l oxaliplatine. Ces dérivés anticancéreux semblent présenter une haute réactivité aux nucléophiles en solution. Leur dégradation a deux conséquences. D une part in vitro, elle peut compromettre la stabilité de l anticancéreux en solution avant administration. D autre part in vivo, la modification de la structure de ces molécules peut induire des changements notables dans leurs modes d action. Ce travail consiste à caractériser la structure moléculaire des composés formés en solution. S agissant de composés non- cristallisés, la diffraction des rayons X est inopérante, c est pourquoi l utilisation de la spectroscopie d absorption des rayons X (EXAFS) devient nécessaire. Notre travail a été centré sur l étude des produits de dégradation des deux complexes de platine, carboplatine et oxaliplatine, en présence d espèces nucléophiles en solution. Parmi les nucléophiles présents, soit en solution injectable, soit dans la cellule avant réaction avec l ADN ; nous avons étudié les plus fréquemment invoqués : Les ions halogénures : surtout le Cl -, et I -, Les nucléophiles soufrés : cystéine, méthionine, glutathion (présent à forte concentration dans les cellules cancéreuses), les ions thiosulfate (utilisés comme modérateurs de la toxicité du cisplatine en solution injectable), les ions thiocyanate, et le diéthyldithiocarbamate (utilisé pour la décontamination vis-à-vis du cisplatine). 5
La dégradation du cisplatine en présence de nucléophiles a été abondamment étudiée. Par contre, les études similaires concernant le carboplatine et l oxaliplatine demandaient à être développées. Notre travail apporte de nouveaux éléments structuraux. Les complexes de platine réagissent et se dégradent soit en restant en solution, soit sous forme de précipités de structure inconnue. Dans tous les cas, nous avons enregistré les spectres de ces composés au LURE (centre français de rayonnement synchrotron). Nous présentons dans ce travail l interprétation de ces spectres et les modèles structuraux qui en découlent. Nous avons réalisé ces études EXAFS en utilisant les programmes de calcul ab-initio des spectres incluant l analyse fine de tous les chemins de diffusion électroniques y compris les chemins de diffusions multiples. Pour cela, notre choix s est porté sur le programme FEFF de l Université de l état de Washington. Les modélisations ont été réalisées avec l aide des méthodes de minimisations de l énergie stérique moléculaire. Dans le chapitre I, nous décrivons la famille des complexes de platine anticancéreux, leurs structures, leurs modes d action. Nous verrons également dans cette partie sur quels critères nous nous sommes appuyés pour choisir les nucléophiles cités plus haut. Le chapitre II décrit la méthode structurale utilisée : la spectroscopie d absorption des rayons X, en particulier l EXAFS. Nous détaillerons également les conditions expérimentales d enregistrement, de traitement des données. Le chapitre III est consacré à l étude EXAFS de complexes modèles. En effet, l étude par EXAFS de composés de structures inconnues nécessite la mise au point d une méthodologie comparative à partir de composés de structures cristallographiques connues. Ces quatre complexes sont le tétrachloroplatine(ii), le tétraaminoplatine (II), le cisplatine, et le platine(oxalate) 2. Les chapitres IV et V étudient respectivement les solutions de carboplatine et d oxaliplatine. Dans un premier temps, nous avons caractérisé le médicament seul, sous forme solide puis en solution aqueuse. La deuxième partie, concernant le comportement du médicament en présence de réactifs, est scindée en deux. Nous avons étudié l effet des ions halogénure Cl - et I -, puis celui des nucléophiles soufrés. En conclusion, nous faisons la synthèse des résultats obtenus, tant en ce qui concerne la réactivité des complexes de platine vis-à-vis des nucléophiles, que pour la 6
structure des produits de réaction. Cette synthèse des résultats est menée selon deux points de vue i) La série des nucléophiles a-t-elle un comportement systématique explicable parleurs structures? ii) Les deux complexes de platine ont-ils un comportement semblable vis-à-vis du même nucléophile? Sinon, cette différence est-elle explicable par la nature du complexe? 7