HPMA
CAS No.: 21442-01-3
Synonyms:
N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide); HPMA; N-(2-Hydroxypropyl)-2-methyl-prop-2-enamide; 2-Hydroxypropyl methacrylate; 27813-02-1; 2-Hydroxypropylmethacrylate; 923-26-2; HPMA; beta-Hydroxypropyl methacrylate; Acryester HP; 2-Hydroxypropyl 2-methylacrylate; Poly(2-hydroxypropyl methacrylate); 2-Hydroxypropyl 2-methyl-2-propenoate; 2-Propenoic acid, 2-methyl-, 2-hydroxypropyl ester; Propylene glycol monomethacrylate; 2-HPMA; CHEBI:53440; 2HPMA; METHACRYLIC ACID, 2-HYDROXYPROPYL ESTER; EINECS 213-090-3; 25703-79-1; methacrylic acid 2-hydroxypropyl ester; BRN 1752228; 2-hydroxy-n-propyl methacrylate; 2-hydroxy-3-propyl methacrylate; 2-Propenoic acid, 2-methyl-, 2-hydroxypropyl ester, homopolymer; Methacrylic Acid Hydroxypropyl Ester; MFCD00004536; DSSTox_CID_5934; W-100292; 2-hydroxypropyl 2-methylprop-2-enoate; 2-Hydroxypropyl methacrylate homopolymer; Hydroxypropyl methacrylate, 97+%, mixture of isomers, stabilized; ACMC-20ah6g; Epitope ID:131322; 2-Propenoic acid, 2-methyl-, monoester with 1,2-propanediol, homopolymer; 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HPMA
Ce volume spécial est consacré aux copolymères de N- (2-hydroxypropyl) méthacrylamide (HPMA). C'est l'occasion de passer en revue ce qui a été fait et d'identifier des orientations pour de futures recherches. Le développement de HPMA et les données présentées seront principalement liés au laboratoire des auteurs, pour ne pas chevaucher les contributions d'autres auteurs dans ce volume. Le travail effectué avec les copolymères HPMA en tant que supports de médicaments, protéines et modificateurs de surface, et en tant que composants synthétiques dans la conception de biomatériaux hybrides intelligents a été résumé. Plus de détails et des travaux d'autres laboratoires peuvent être trouvés dans les autres chapitres de ce volume qui couvrent des sujets plus ciblés.
Le choix de la HPMA pour le développement en tant que vecteur de médicament n'était pas aléatoire. Sur la base des études détaillées de la relation entre la structure des polymères hydrophiles et leur biocompatibilité [11-21], nous avons choisi les méthacrylamides N-substitués comme cible car la substitution α-carbone et la liaison amide N-substituée assuraient la stabilité hydrolytique de les chaînes latérales. Nous avons synthétisé une série de composés essayant d'identifier un monomère cristallin pour une purification facile et une synthèse reproductible. Le premier méthacrylamide N-substitué cristallin que nous avons réussi à synthétiser, HPMA, a été choisi pour un développement futur [22,23].
2.2. Premier médicament de copolymère HPMA et / ou conjugués de protéine
Les macromolécules sont internalisées par les cellules via l'endocytose et finalement localisées dans le compartiment lysosomal (riche en enzymes). Par conséquent, nous avons développé des copolymères HPMA contenant des liaisons enzymatiquement dégradables (Fig. 3) [34]. Les chaînes latérales oligopeptidiques ont été conçues comme des sites de fixation / libération de médicaments [35] et se sont avérées dégradables in vivo [36]. Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f3.jpg Ouvrir dans une fenêtre séparée Fig. 3 Copolymères HPMA contenant des liaisons enzymatiquement clivables [30,34,37-45,47-49,55].
Les premiers supports polymères dégradables à base de HPMA ont également été rapportés au Polymers in Medicine Microsymposium à Prague en 1977 [52] et lors de conférences à Varna [53] et Tachkent [54]. Nous avons utilisé la chaîne B de l'insuline oxydée (elle contient deux groupes amino aux positions 1 et 29) pour préparer des copolymères de HPMA ramifiés et hydrosolubles en faisant réagir la chaîne B de l'insuline avec des copolymères de HPMA contenant des chaînes latérales terminées en p-nitrophényl esters. Les polymères étaient clivables (Fig.4), nous avons donc choisi la séquence 23-25 (Gly-Phe-Phe) de la chaîne B de l'insuline (la liaison provenant de l'acide aminé 25 est clivable par la chymotrypsine) et synthétisée ramifiée, soluble à haute copolymères enzymatiquement dégradables de poids moléculaire contenant les segments Gly-Phe-Phe dans des réticulations reliant les chaînes primaires [38]. Ce dernier type de support polymère a été évalué in vivo chez le rat et il a été montré que le support polymère ramifié est dégradable et que sa distribution de poids moléculaire diminue avec le temps après l'administration i.v. administration [36]. Ces expériences ont démontré la possibilité de manipuler la demi-vie intravasculaire des supports polymères à base de HPMA.
Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f4.jpg Fig. 4 Copolymères de HPMA ramifiés contenant la séquence dégradable de GFF dans les réticulations; cette séquence imite les résidus d'acides aminés 23-25 de la chaîne d'insuline B [38,52]. 2.4. Validation de la capacité de ciblage des conjugués copolymère-médicament HPMA Le choix et la conception d'un système de ciblage doivent être basés sur une logique biologique solide. La conception du premier copolymère HPMA ciblable était basée sur l'observation [56] que de petits changements dans la structure des glycoprotéines conduisent à des changements dramatiques dans le devenir de la glycoprotéine modifiée dans l'organisme. Lorsqu'une glycoprotéine (céruloplasmine) a été administrée à des rats, une longue demi-vie intravasculaire a été observée. Cependant, lorsque l'acide sialique terminal a été éliminé de la céruloplasmine, l'asialoglycoprotéine (asialocéruloplasmine) formée contient des chaînes latérales exposant les avant-dernières unités galactose. La demi-vie intravasculaire de ce dernier a été considérablement raccourcie en raison de la bioreconnaissance de la molécule par le récepteur de l'asialoglycoprotéine sur les hépatocytes. Ce récepteur reconnaît les fragments galactose et N-acétylgalactosamine [56]. Pour déterminer si l'on peut imiter ce processus avec une macromolécule synthétique, nous avons synthétisé des copolymères HPMA avec de l'ester p-nitrophénylique de N-méthacryloylglycylglycine et de la galactosamine attachée par aminolyse [57]. Ces copolymères se sont comportés de manière similaire aux glycoprotéines et étaient bioreconnaissables in vivo (Fig. 5). Leur clairance de la circulation sanguine était liée à la teneur en galactosamine N-acylée (1-11 mol%) du copolymère HPMA [57-59]. La séparation du foie de rat en hépatocytes et cellules non parenchymateuses a indiqué que le polymère est largement associé aux hépatocytes, et le fractionnement subcellulaire à gradient de densité du foie a confirmé que les copolymères HPMA étaient internalisés par les cellules hépatiques et transportés, avec le temps, dans le secondaire. lysosomes [59, 60].
Il était très important de trouver que les copolymères HPMA contenant des chaînes latérales terminées en galactosamine et un médicament anticancéreux adriamycine s'accumulaient également préférentiellement dans le foie, c'est-à-dire qu'il semblait que les interactions hydrophobes non spécifiques avec les membranes cellulaires n'interféraient pas avec la bioreconnaissance par les hépatocytes [61 ]. Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f5.jpg Ouvrir dans une fenêtre séparée Fig. 5 Validations de la ciblabilité des copolymères HPMA. La galactosamine N-acylée comme fraction de ciblage a été choisie pour imiter le système glycoprotéine-asialoglycoprotéine [57-59]. En parallèle, des efforts sur la ciblabilité des conjugués de copolymère HPMA-anticorps ont commencé. Les premiers conjugués de copolymère HPMA avec des anticorps polyclonaux et monoclonaux anti-Thy-1.2 et anti-FITC (fluorescéine isothiocyanate) ont été évalués. Des conjugués ciblables contenant de la daunomycine ont été synthétisés et des expériences in vitro ont montré une cytotoxicité augmentée de deux ordres de grandeur du conjugué ciblé (par rapport au conjugué non ciblé) [62]. La capacité de ciblage et l'activité des conjugués anti-Thy1.2 avec les conjugués copolymère HPMA-daunomycine ont été prouvées in vivo sur un modèle murin [63]. Les anticorps anti-Thy1.2 étaient également efficaces pour cibler les conjugués copolymère HPMA-photosensibilisateur (chlore e6) [64].
2.5. Premières collaborations interdisciplinaires
Au début des années quatre-vingt, nous avons commencé des collaborations avec des collègues du domaine biologique: John Lloyd et Ruth Duncan de l'Université de Keele au Royaume-Uni, et Blanka Říhová de l'Institut de microbiologie de Prague. La collaboration avec le groupe Keele a été initiée par Helmuth Ringsdorf qui a donné une conférence au symposium de Prague en 1977 (où Kopecek a présenté les premiers conjugués de copolymère-médicament HPMA et supports biodégradables à base de HPMA). Après la réunion, Ringsdorf a suggéré à Lloyd de contacter Kopecek car il pensait que la collaboration serait bénéfique pour les deux. Kopecek a rencontré Lloyd à Dresde en juillet 1978 et ils se sont mis d'accord sur l'évaluation des conjugués de copolymère HPMA. Les premiers échantillons ont été synthétisés (différentes chaînes latérales terminées en p-nitroanilide comme modèle de médicament) et évalués à Keele pour leur clivabilité par les enzymes lysosomales [42,65] et leur stabilité dans le plasma sanguin et le sérum [46]. Plus de 300 structures polymères différentes contenant des séquences oligopeptidiques ont été synthétisées dans le laboratoire de Prague [24,25,35,47], et les propriétés biologiques d'un certain nombre d'entre elles ont été évaluées à Keele dans un délai de 10 ans [66,67]. La collaboration avec Vladimír Kostka et des collègues de l'Institut de chimie organique et de biochimie de Prague sur la clivabilité des séquences peptidiques dans les copolymères HPMA par la cathepsine B [44, Fig. 4], la cystéine protéinase lysosomale la plus importante, a abouti à l'identification de GFLG séquence, qui est incorporée dans tous les conjugués utilisés dans les essais cliniques. Parmi les deux oligopeptides à clivage le plus rapide, GFLG et GFTA (voir la figure 3, exemple 5), nous avons choisi la séquence GFLG sur le GFTA pour éviter T; à ce moment-là, nous nous inquiétions de l'immunogénicité potentielle. En 1978, Kopecek a donné une conférence à l'Institut de microbiologie de Prague. Après la conférence, il a discuté avec Říhová et la collaboration avec son groupe sur l'immunogénicité / biocompatibilité [69-72] et la bioreconnaissance (ciblage) [62-64] des conjugués HPMA a commencé. Ces collaborations ont abouti au dépôt d'une demande de brevet «Médicaments polymères» en 1985 [68]. Kopecek a inventé le nom des copolymères HPMA évalués dans les essais cliniques comme PK1 et PK2 (P pour Prague, K pour Keele) (Fig. 6). Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f6.jpg
Structures de PK1 et PK2, premiers copolymères HPMA évalués dans des essais cliniques [68]. Le conjugué PK1 contient de la doxorubicine liée au copolymère HPMA via une séquence tétrapeptidique stable dans la circulation sanguine mais sensible à une hydrolyse catalysée par voie enzymatique dans les lysosomes. Le conjugué PK2 contient en outre des chaînes latérales terminées en galactosamine N-acylée complémentaires du récepteur d'asialoglycoprotéine sur les hépatocytes.
3. Conjugués copolymère-médicament HPMA
Les premières expériences ont jeté les bases du développement de copolymères HPMA comme supports de médicaments. Comme dans la plupart des nouveaux domaines scientifiques, la recherche s'est d'abord concentrée sur l'accumulation de données de base sur la relation structure-propriétés. Le résumé de la recherche dans les domaines que nous considérons comme importants pour le développement de conjugués de copolymères HPMA cliniquement pertinents est le suivant:
Les conjugués copolymère-médicament HPMA sont des constructions hydrosolubles de taille nanométrique (5-20 nm). Leurs propriétés structurelles, physico-chimiques et biologiques uniques sont avantageuses par rapport aux médicaments de faible poids moléculaire. Le concept de conjugués polymère-médicament ciblés a été développé pour remédier au manque de spécificité des médicaments de faible poids moléculaire pour les cellules cancéreuses.
L'efficacité de l'extravasation dans les tumeurs solides dépend du gradient de concentration entre le système vasculaire et le tissu tumoral et le temps. Par conséquent, les conjugués de polymère de poids moléculaire élevé (à circulation longue) s'accumulent efficacement dans le tissu tumoral [85] en raison de l'effet EPR [79,100]. Cependant, s'ils possèdent un squelette non dégradable, ils peuvent se déposer et s'accumuler dans divers organes [18]. Nous avons précédemment synthétisé des supports de poids moléculaire élevé en reliant des chaînes HPMA via des séquences oligopeptidiques lysosomiquement dégradables [34] pour former des conjugués ramifiés hydrosolubles [36,38-41,101-103]. Après administration intraveineuse (i.v.) à des rats, les réticulations oligopeptidiques ont été clivées et les chaînes polymères de poids moléculaire inférieur résultantes ont été excrétées dans l'urine [36]. Ces copolymères solubles dans l'eau ont été synthétisés par réticulation (à court de point de gel) de précurseurs de copolymère HPMA (contenant des chaînes latérales oligopeptidiques terminées par un groupe ester réactif) avec des diamines.
Plus tard, nous avons conçu une nouvelle voie synthétique reproductible pour les copolymères HPMA à longue circulation [85,104]. De nouveaux agents de réticulation ont été synthétisés et des copolymères de haut poids moléculaire ont été préparés par copolymérisation de réticulation. Cependant, la composition du mélange de monomères doit être telle qu'à la fin de la polymérisation, le système soit en deçà du point de gel (soluble dans l'eau). Cette méthode [104] convient également à la synthèse de copolymères HPMA, qui contiennent, en plus des réticulations oligopeptidiques, des chaînes latérales oligopeptidiques terminées en doxorubicine (DOX) (ou d'autres médicaments anticancéreux).
L'influence du poids moléculaire de ces conjugués sur leur activité biologique a été évaluée [85]. La copolymérisation de l'HPMA, un dérivé polymérisable de DOX (N-méthacryloylglycylphénylalanylleucylglycyl doxorubicine) et d'un agent de réticulation, N2, N5-bis (N-méthacryloylglycylphénylalanylleucylglycyl) ou un copolymithine à haut poids moléculaire ramifié et hydrosoluble les réticulations ainsi que dans les chaînes latérales terminées par DOX. Quatre conjugués avec Mw de 22, 160, 895, 1230 kDa ont été préparés. Biodistribution des conjugués et leur efficacité de traitement chez les souris nu / nu portant s.c. Des xénogreffes de carcinome ovarien humain OVCAR-3 ont été déterminées (figure 7). La demi-vie des conjugués dans le sang était jusqu'à 5 fois plus longue et le taux d'élimination de la tumeur était jusqu'à 25 fois plus lent à mesure que le Mw des conjugués augmentait de 22 à 1230 kDa. Le traitement avec du DOX lié au copolymère HPMA possédant un Mw supérieur à 160 kDa a inhibé la croissance tumorale plus efficacement que celui de 22 kDa ou de la DOX libre (p <0,02). Les données ont clairement indiqué que plus le poids moléculaire du conjugué était élevé, plus l'efficacité du traitement des xénogreffes ovariennes humaines était élevée chez les souris nu / nu [85].
Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f7.jpg Ouvrir dans une fenêtre séparée Fig. 7 Conjugués copolymère HPMA-DOX (P-DOX) à circulation longue de poids moléculaire différent (Mw). (A) Structure chimique du conjugué de copolymère HPMA-doxorubicine contenant des chaînes latérales de glycylphénylalanylleucylglycine et un agent de réticulation N2, N5-bis (N-méthacryloylglycylphénylalanylleucylglycyl) ornithine [104]; (B) concentration de DOX dans les xénogreffes de carcinome OVCAR-3 chez les souris nu / nu après i.v. bolus de DOX ou P-DOX libres de Mw différents; (C) inhibition de la croissance de s.c. xénogreffes de carcinome ovarien humain OVCAR-3 chez des souris nu / nu par des conjugués P-DOX à longue circulation. Les souris ont reçu i.v. injection de 2,2 mg / kg de dose équivalente de DOX sous forme de P-DOX de Mw différents [85].
Nous avons émis l'hypothèse que la DOX [P (GFLG) - DOX] liée au copolymère HPMA (P est le squelette du copolymère HPMA) se comporterait différemment de la DOX libre pendant une incubation à long terme avec des cellules cancéreuses. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons étudié l'effet de la DOX libre et de la P (GFLG) - DOX sur l'induction de la résistance multidrogue et les modifications du métabolisme dans les cellules A2780 du carcinome ovarien humain lors d'une exposition cyclique (chronique) répétée [111]. De telles expériences ont une pertinence thérapeutique. Le développement d'une multirésistance au cours de l'adaptation de cellules A2780 de carcinome ovarien humain sensible à la DOX libre et au P (GFLG) -DOX a été analysé. L'adaptation des cellules sensibles A2780 à l'action répétée de la DOX libre a augmenté la résistance cellulaire à la DOX et a finalement conduit à la surexpression du gène MDR1. D'autre part, le P (GFLG) -DOX n'a induit ni la résistance multidrogue avec ou sans expression du gène MDR1, ni l'adaptation des cellules sensibles A2780 à la DOX libre [111].
Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f8.jpg Fig. xénogreffes de carcinome ovarien chez les souris femelles nu / nu. Les souris ont été traitées i.p. 6 fois sur 3 semaines (1er et 4e jour de chaque semaine) avec la dose maximale tolérée de DOX libre (5 mg / kg) et de P (GFLG) - DOX (25 mg / kg). Cercles - contrôle la tumeur. Les moyennes ± SE sont indiquées [89].
Enfin, nous avons démontré les avantages de la chimiothérapie combinée ciblée et de la thérapie photodynamique en utilisant des conjugués de copolymère HPMA-DOX et HPMA copolymère-mésochlorine e6. Les anticorps OV-TL16 sont complémentaires de l'antigène OA-3 (CD47) présent sur la majorité des cancers de l'ovaire. Les immunoconjugués (Fig. 9) se sont préférentiellement accumulés dans les xénogreffes de carcinome ovarien humain OVCAR-3 chez la souris nude avec une augmentation concomitante de l'efficacité thérapeutique par rapport aux conjugués non ciblés [83]. Les conjugués ciblés ont supprimé la croissance tumorale pendant toute la durée de l'expérience (> 60 jours; données non publiées).
Un fichier externe contenant une image, une illustration, etc. Le nom de l'objet est nihms159442f9.jpg Ouvrir dans une fenêtre séparée Fig. conjugués de copolymère HPMA ciblés. L'efficacité thérapeutique de la thérapie d'association de Mce6 (P (GFLG) -Mce6) et de DOX (P (GFLG) -DOX) liée au copolymère HPMA ciblée avec des anticorps OV-TL 16 contre les xénogreffes OVCAR-3 a été comparée à des xénogreffes non traitées et non traitées. -chimiothérapie ciblée et thérapie photodynamique. Des doses équivalentes de thérapie combinée ciblée ont amélioré l'effet suppresseur de tumeur par rapport à une thérapie combinée non ciblée. Dose administrée: 2,2 mg / kg d'équivalent DOX et 1,5 mg / kg d'équivalent Mce6. Irradiation pour la thérapie photodynamique: 650 nm, 200 mW / cm2 18 h après administration [83, non publié].
L'analyse de l'indice de combinaison (IC) a été utilisée pour quantifier le synergisme, l'antagonisme et les effets additifs des combinaisons binaires de médicaments anticancéreux libres et liés aux copolymères HPMA, 2,5-bis (5-hydroxyméthyl-2-thiényl) furane (SOS) , DOX et mésochlorine e6 mono-éthylènediamine (Mce6) en effet anticancéreux envers les cellules A498 du carcinome rénal humain. La combinaison SOS + DOX s'est avérée synergique sur tous les niveaux d'inhibition de la croissance cellulaire. Toutes les autres combinaisons ont montré une synergie dans une large gamme de niveaux d'effet médicamenteux [117]. De même, les conjugués de copolymère-médicament HPMA ciblés (utilisant Fab 'de l'anticorps OV-TL16) et non ciblés, P (GFLG) -Mce6 et P (GFLG) -SOS, ont été évalués contre des cellules de carcinome ovarien humain OVCAR-3. Les observations selon lesquelles la plupart des combinaisons ont produit des effets synergiques seront importantes pour la traduction clinique [118].
En collaboration avec le laboratoire de Satchi-Fainaro à l'Université de Tel Aviv, une nouvelle stratégie thérapeutique pour les néoplasmes osseux utilisant des inhibiteurs d'angiogenèse combinés ciblés liés aux polymères a été développée [119]. L'aminobisphosphonate alendronate (ALN) et le puissant agent anti-angiogénique TNP-470 ont été conjugués avec un copolymère HPMA. En utilisant la polymérisation par transfert de chaîne par addition-fragmentation réversible (RAFT), nous avons synthétisé un conjugué de copolymère HPMA-ALN-TNP-470 portant un lieur clivable par cathepsine K, une protéase surexprimée dans les tissus osseux. L'ALNTNP-470 libre et conjugué a démontré son activité synergique anti-angiogénique et antitumorale en inhibant la prolifération, la migration et la formation de tubes de type capillaire des cellules endothéliales et ostéosarcomes. Le conjugué de copolymère HPMA bi-spécifique réduit l'hyperperméabilité vasculaire et inhibe remarquablement la croissance de l'ostéosarcome humain chez la souris de 96%. Ces résultats indiquent que le copolymère HPMA-ALN-TNP-470 est le premier conjugué anti-angiogénique à dispersion étroite synthétisé par polymérisation RAFT qui cible à la fois les compartiments épithélial et endothélial de la tumeur justifiant son utilisation sur les ostéosarcomes et les métastases osseuses (Fig. 10) [119] .
Inhibition de la croissance de l'ostéosarcome humain MG-63-Ras chez la souris par le conjugué copolymère HPMA-ALN-TNP470. (A) Structure du conjugué; (B) effets de l'ALN libre (triangles ouverts) ou conjugués (triangles fermés) ALN et TNP-470 sur la croissance tumorale de l'ostéosarcome humain MG-63-Ras par rapport au groupe traité avec le véhicule (carrés fermés) et aux images de tumeurs disséquées. La barre d'échelle représente 10 mm. Les données représentent la moyenne ± S.E. (n = 5 souris par groupe). Adapté de [119].
3.4. Nouvelles stratégies de ciblage
Comme discuté en 3.1, les conjugués de copolymère HPMA-médicament s'accumulent passivement dans les tumeurs solides en raison de l'effet de perméation et de rétention (EPR) amélioré (en fonction du poids moléculaire) [85].
Un ciblage actif des conjugués de copolymère HPMA-médicament peut être obtenu avec l'incorporation de ligands spécifiques aux cellules cancéreuses, tels que les glucides, les lectines, les anticorps, les fragments d'anticorps et les peptides, ce qui entraîne une absorption accrue des conjugués par les cellules cancéreuses par endocytose médiée par un récepteur avec amélioration concomitante de l'efficacité thérapeutique [120, 121].
Parmi les différentes molécules ciblant le cancer, les peptides présentent un intérêt particulier. Une efficacité de ciblage peptidique améliorée peut être obtenue grâce à des interactions multivalentes [122] entre des cibles et des conjugués HPMA copolymère-peptide contenant de multiples copies de peptides dans une seule chaîne polymère (Fig. 11) [123].
Effet de multivalence dans la bioreconnaissance des conjugués HPMA copolymère-peptide-DOX. Inhibition de la croissance des cellules Raji B par exposition à un conjugué copolymère HPMA-DOX (P (GFLG) -DOX) contenant une quantité variable de peptide de ciblage, EDPGFFN-VEIPEF, par macromolécule. (A) Structure du conjugué; (B) inhibition de la croissance des cellules Raji B par P (GFLG) -DOX (pas de peptide de ciblage), P (GFLG) -DOX contenant 1,9 mol% de peptide de ciblage et P (GFLG) -DOX contenant 3,9 mol% de peptide de ciblage. Adapté de [123].
Les approches combinatoires, telles que la présentation de phages ou les bibliothèques de peptides synthétiques, sont appropriées pour l'identification de peptides de ciblage. Une surexpression du récepteur CD21 a été trouvée sur des lignées cellulaires lymphoblastoïdes telles que les cellules Raji; par conséquent, nous avons utilisé ces techniques pour identifier des fragments de ciblage pour les lymphomes [124, 125]. Avec l'affichage sur phage, cinq peptides distinctifs (RMWPSSTVNLSAGRR, PNLDFSPTCSFRFGC, GRVPSMFGGHFFFSR, RLAYWCFSGLFLLVC et PVAAVSFVPYLVKTY) ont été identifiés comme ligands du récepteur CD21. Les constantes de dissociation des peptides sélectionnés ont été déterminées comme étant dans la gamme micromolaire [124]. En utilisant une technique combinatoire chimique synthétique, méthode à un seul composé (OBOC), nous avons identifié quatre heptapeptides (YILIHRN, PTLDPLP, LVLLTRE et IVFLLVQ) comme ligands pour le récepteur CD21 [125]. Les constantes de dissociation se sont révélées similaires aux peptides sélectionnés par présentation sur phage. Surtout, les peptides ont conservé leur bioreconnaissabilité envers le récepteur CD21 après avoir été conjugués à des copolymères HPMA et ont démontré un effet de multivalence [125]. Plusieurs conjugués copolymère-médicament HPMA ciblés sur un peptide ont présenté une activité anticancéreuse [123, 126, 127]. L'approche de chimie combinatoire (OBOC), lorsqu'elle est combinée à une méthode de criblage à haute stringence, est capable d'identifier des peptides avec une affinité picomolaire [128, 129].
3.4.1. Administration orale de médicaments spécifiques au côlon
Le développement de systèmes d'administration de médicaments capables de libérer sélectivement le médicament dans le côlon a reçu beaucoup d'attention. La délivrance spécifique au site dans le côlon peut être réalisée par l'exploitation des activités enzymatiques microbiennes présentes principalement dans le côlon. Le côlon a une concentration de micro-organismes 5 ordres de grandeur supérieure à celle de l'intestin grêle ou de l'estomac. Une partie de l'activité enzymatique produite par des micro-organismes dans le côlon, par exemple les activités azoréductase et glycosidase ne chevauche pas les activités enzymatiques dans le tractus gastro-intestinal supérieur. Les activités de l'azoréductase ont été étudiées en détail et utilisées pour convertir des promédicaments de bas poids moléculaire en métabolites actifs dans le côlon ainsi que pour libérer des espèces actives à partir de supports polymères hydrosolubles [130]. Pour obtenir une administration spécifique du côlon, un médicament (contenant un groupe amino aromatique) peut être attaché aux chaînes latérales du copolymère HPMA via une liaison azoïque aromatique clivable par les activités azoréductase présentes dans le côlon [51, 131-138]. Par exemple, la libération d'acide 5-aminosalicylique lié aux copolymères de HPMA via une liaison azoïque aromatique a été démontrée en utilisant Streptococcus faecium, une souche isolée de bactérie couramment trouvée dans le côlon [131], le contenu en caecum de rats, de cobayes et de lapins [133] et dans les excréments humains [133].
Récemment, nous nous sommes concentrés sur l'administration orale de 9-aminocamptothécine (9-AC). Premièrement, nous avons attaché des copolymères 9-AC à HPMA via un espaceur contenant une liaison azoïque aromatique et des résidus d'acides aminés [134, 135]. Il a été montré que la liaison azoïque aromatique était d'abord clivée in vitro [134] et in vivo [135], suivie d'un clivage catalysé par la peptidase du dérivé médicamenteux d'acide aminé (dipeptide) entraînant la libération de 9-AC libre. Cependant, le clivage du dérivé médicamenteux peptidique n'était pas assez rapide pour atteindre des concentrations élevées de 9-AC libre dans le côlon. Ces résultats indiquent que les conjugués contenant un espaceur avec une vitesse de libération de 9-AC plus rapide doivent être conçus. À cette fin, un monomère contenant du 9-AC, une liaison azoïque aromatique et un espaceur d'élimination 1,6 a été conçu et synthétisé [51].
La combinaison du clivage de la liaison azoïque aromatique spécifique du côlon et de la réaction d'élimination 1,6 a entraîné une libération rapide et très efficace de 9-AC non modifié du conjugué de copolymère HPMA par le contenu caecal in vitro, avec stabilité concomitante dans le tractus gastro-intestinal supérieur simulé conditions. Le conjugué possédait une pharmacocinétique favorable [136, 137] et était efficace dans les modèles de cancer du côlon (Fig. 12) [138].
Conjugué de copolymère HPMA-9-aminocamptothécine. (A) Structure et schéma de libération du 9-AC non modifié à partir de conjugués de copolymère HPMA-9-AC par un processus en deux étapes - contrôle de la vitesse de clivage de la liaison azoïque aromatique, suivi par une élimination 1,6 rapide [51]; (B) courbes de survie de souris portant des xénogreffes de carcinome du côlon humain traitées par 9-AC et P-9-AC à une dose de 3 mg / kg de 9-AC ou 9-AC équivalent [138].
3.4.1.1. Ciblage dans le tractus gastro-intestinal
Les glycoprotéines de surface cellulaire reflètent le stade de différenciation et de maturité des cellules épithéliales du côlon. Les tissus malades, les carcinomes et les affections précancéreuses telles que les maladies inflammatoires de l'intestin, ont modifié l'expression des glycoprotéines par rapport aux tissus sains. Par conséquent, les lectines peuvent être utilisées comme groupements de ciblage pour des médicaments liés aux polymères [139-141]. Alors que le WGA (agglutinine de germe de blé) se lie aux tissus sains, le PNA (agglutinine d'arachide) se lie aux tissus malades. Nous avons émis l'hypothèse que les conjugués HPMA copolymère-lectine-médicament pourraient délivrer des agents thérapeutiques aux tissus malades en ciblant les glycoprotéines du côlon. Nous avons examiné la bioreconnaissance de la liaison des anticorps anti-antigène WGA et PNA et anti-Thomsen-Friedenreich (TF) libres et conjugués à un copolymère HPMA dans des tissus normaux de rongeurs néonatals, adultes et malades, des échantillons humains d'inflammation et de l'œsophage de Barrett. La liaison néonatale de WGA était comparable à celle de l'adulte, avec une liaison supplémentaire aux cellules colonnaires luminales. La liaison au PNA était plus répandue; la liaison des cellules luminales colonnaires existait pendant les 2 1/2 premières semaines de vie. La liaison de WGA était forte dans les tissus adultes normaux et malades; une légère diminution a été notée dans la maladie. La liaison au PNA était minime dans les tissus normaux; des augmentations ont été observées dans la maladie. Les études d'anticorps antigène anti-TF ont montré que le PNA ne se liait pas à l'antigène. Les résultats suggèrent que les conjugués HPMA copolymère-lectine-médicament peuvent fournir un traitement spécifique au site d'affections telles que la colite ou l'œsophage de Barrett [141].
Une grande variété d'agents thérapeutiques peut bénéficier en les dirigeant spécifiquement vers les mitochondries dans les cellules tumorales. Pour concevoir des systèmes de délivrance qui permettraient une combinaison de ciblage tumoral et mitochondrial, de nouveaux systèmes de délivrance à base de copolymère HPMA qui utilisent des ions triphénylphosphonium comme agents mitochondriotropes [147] ont été développés [142]. Les constructions ont été initialement synthétisées avec des marqueurs fluorescents remplaçant le médicament et ont été utilisées pour des expériences de validation. Des expériences de micro-injection et d'incubation réalisées à l'aide de ces constructions marquées par fluorescence ont confirmé la capacité de ciblage mitochondrial [148]. Par la suite, des conjugués copolymère HPMA-médicament ont été synthétisés en utilisant un photosensibilisateur mésochlorine e6 (Mce6). Le ciblage mitochondrial du Mce6 lié au copolymère HPMA a amélioré la cytotoxicité par rapport aux conjugués copolymère-Mce6 HPMA non ciblés [142]. Des modifications mineures peuvent être nécessaires pour adapter la conception actuelle et permettre le ciblage mitochondrial spécifique au site tumoral d'autres agents thérapeutiques.
De nouveaux systèmes de délivrance à base de copolymère HPMA de ce dérivé ont également été synthétisés [143]. Après internalisation d'un conjugué copolymère HPMA-Cort-Mce6 (via un espaceur GFLG dégradable par voie lysosomale) par endocytose, Cort-Mce6 a été clivé, transloqué vers le cytoplasme, lié au GR et transféré vers le noyau [143]. Pour vérifier que le couplage du cortisol à Mce6 maintient la capacité de former un complexe avec le GR cytosolique résultant en une localisation nucléaire, nous avons étudié le sort subcellulaire du médicament modifié. Cort-Mce6 a été surveillé dans 1471.1 cellules transfectées avec un plasmide qui exprime le récepteur glucocorticoïde marqué par une protéine fluorescente verte (GFP-GR). Le cortisol et le Mce6 ont servi de contrôles positifs et négatifs, respectivement. GR transféré vers le noyau après la fixation d'un analogue de glucocorticoïde (par exemple, le cortisol). Le marqueur fluorescent GFP permet de surveiller le mouvement du GR en temps réel. Les données (Fig. 13) indiquent clairement la localisation nucléaire en fonction du temps et de la concentration du cortisol-Lys-Mce6 et du cortisol. En revanche, les cellules incubées avec Mce6 n'ont montré aucune altération de la localisation des récepteurs après le traitement [143].
Nous avons développé une nouvelle méthode pour la substitution du groupe 17-méthoxy de GDM pour introduire un groupe amino primaire qui est utile pour la conjugaison avec des fractions de ciblage et des supports de médicaments à base de copolymère HPMA [158]. Des copolymères HPMA contenant différents AR-GDM (AR = 3-aminopropyl (AP), 6-aminohexyl (AH) et 3-amino-2-hydroxypropyl (AP (OH)), fixés via un espaceur GFLG dégradable par voie lysosomale, ont été synthétisés et caractérisé [159].
L'efficacité cytotoxique des conjugués copolymère HPMA-AR-GDM dépendait de la structure de l'AR-GDM [160].
Pour vérifier l'hypothèse selon laquelle P (AP-GDM) [conjugué HPMA copolymère-17- (3-aminopropylamino) -17-déméthoxy-geldanamycine] peut modifier les profils d'expression génique des dérivés GDM de faible poids moléculaire, analyse 32P-macroarray (Clonetech) a été utilisé pour évaluer les profils d'expression génique dans des cellules A2780 de carcinome ovarien humain traitées avec GDM, AP-GDM et P (AP-GDM) à 2 fois 50% de concentration d'inhibition de la croissance cellulaire (IC50). Environ 1 200 gènes liés au cancer ont été évalués à 6 h et 12 h et des changements au triple de l'expression ont été considérés comme significatifs. Des similitudes considérables dans les profils d'expression génique ont été trouvées après les traitements AP-GDM et P (AP-GDM) comme le démontre le regroupement hiérarchique des rapports d'expression génique [91]. Cependant, le résultat était différent lorsque les gènes individuels pertinents pour le mécanisme d'action de la geldanamycine étaient analysés. Les cellules traitées P (AP-GDM) ont montré une expression plus faible de HSP70 et HSP27 par rapport à AP-GDM jusqu'à 12 h. Eventuellement, les voies d'internalisation et la localisation subcellulaire du médicament de P (AP-GDM), différentes de l'AP-GDM de faible poids moléculaire, peuvent moduler les réponses au stress cellulaire induites par l'AP-GDM. Les résultats du 32P-macroarray ont été confirmés par RT-PCR et Western blot [91]. Il est possible que l'internalisation du conjugué HPMA copolymère-AP-GDM via l'endocytose puisse contourner les interactions avec les composants externes de la cellule, tels que la membrane plasmique, qui peut être sensible aux facteurs de stress et aux changements environnementaux (Fig.15). De même, nous avons précédemment observé que les cellules A2780 traitées avec le conjugué copolymère HPMA-DOX présentaient une régulation à la baisse du gène HSP70 plus prononcée que celle observée dans les cellules traitées avec la DOX libre [89]. Ces résultats peuvent suggérer que la conjugaison de l'AP-GDM au copolymère HPMA pourrait être capable de moduler les réponses au stress cellulaire induites par l'AP-GDM en raison de différences dans son mécanisme d'internalisation, sa localisation subcellulaire et ses gradients de concentration intracellulaire [91].
3.7. Cancer: essais cliniques
Les thérapies macromoléculaires à base de copolymère HPMA ont été considérablement développées au cours des 20 dernières années - de nombreux conjugués sont entrés dans des essais cliniques pour validation thérapeutique au cours de la dernière décennie. Ceux-ci comprennent le copolymère HPMA-DOX [163-165], le copolymère HPMA-DOX-galactosamine [166], le copolymère HPMA-camptothécine [167], le copolymère HPMA-paclitaxel [168] et les copolymères-platinates HPMA [169]. Les résultats des tests de certains de ces conjugués sont prometteurs; j'espère que l'approbation par la FDA d'une première thérapeutique macromoléculaire aura lieu bientôt. Dans la section 4.1, nous avons résumé nos idées sur les principes de conception des conjugués de deuxième génération avec un potentiel thérapeutique amélioré.
3.8. Conjugués de copolymère HPMA dans le traitement des maladies non cancéreuses
Les conjugués copolymère HPMA-médicament peuvent également être utilisés pour le traitement de maladies autres que le cancer. Nous avons conçu un copolymère HPMA ciblé sur l'os conjugué à un agent anabolisant osseux bien établi (prostaglandine E1; PGE1) pour le traitement de l'ostéoporose et d'autres maladies musculo-squelettiques [50,170-175]. La bioreconnaissance des conjugués par le squelette était médiée par un octapeptide d'acide D-aspartique (D-Asp8) ou d'alendronate [170, 172].
Ce système a le potentiel de délivrer l'agent anabolisant osseux, PGE1, spécifiquement aux tissus durs après administration systémique. Une fois liée à l'os, la PGE1 sera préférentiellement libérée aux sites de taux de renouvellement plus élevé (plus grande activité des ostéoclastes) via l'hydrolyse catalysée par la cathepsine K (spécifique des ostéoclastes) d'un espaceur peptidique spécifique et la 1,6-élimination subséquente [50,176]. Lorsqu'elle est administrée dans une plage de dosage anabolique, la PGE1 libérée activera les récepteurs EP correspondants sur la surface des cellules osseuses pour obtenir une formation osseuse nette. Les principales caractéristiques de la conception sont un squelette de copolymère HPMA contenant des chaînes latérales oligopeptidiques clivables par la cathepsine K (Gly-Gly-Pro-Nle) se terminant soit par D-Asp8, soit par p-aminoben-zyloxycarbonyl-1-prostaglandine E1, un promédicament PGE1 (Fig. 17A).
Structure du conjugué copolymère HPMA-prostaglandine E1-Asp8 et mécanisme de son clivage par la cathepsine K suivi de la 1,6-élimination (A) [50]; Formation osseuse mesurée dans l'os spongieux des corps vertébraux lombaires chez des rats ovariectomisés 4 semaines après une seule injection de 10 mg du conjugué (n = 8) (B) [174].
Ce nouveau système de délivrance présente plusieurs avantages distincts. Tout d'abord, il s'agit d'un système de délivrance à double ciblage, qui contient un fragment de liaison à l'os (D-Asp8) et un mécanisme de libération spécifique de la cathepsine K (enzyme spécifique des ostéoclastes). En dirigeant PGE1 spécifiquement vers le squelette, les effets secondaires de l'administration systémique du médicament seraient considérablement réduits. Deuxièmement, les prostaglandines de la série E (PGE) sont de puissants agents anabolisants dans les os, et ce système de distribution ciblera mieux ces molécules vers des sites du squelette à taux de renouvellement élevé, où la formation de nouveaux os serait plus bénéfique. Troisièmement, le système permet un meilleur contrôle de la concentration du médicament au niveau du site cible (osseux) après une administration systémique [171, 173]. Quatrièmement, le support polymère peut être éliminé des tissus durs et, par la suite, éliminé du corps par filtration glomérulaire rénale. Il offre également une protection adéquate de la PGE1 conjuguée contre le métabolisme avant qu'elle n'atteigne le tissu osseux. Plus récemment, nous avons observé le dépôt préférentiel du système de délivrance proposé sur les sites de résorption osseuse chez les rats ovariectomisés; cela conforte fortement notre hypothèse sur les sites de renouvellement / libération de médicaments plus élevés [172]. Des expériences in vivo sur des rats ovariectomisés ont prouvé le concept. Après une seule i.v. administration du conjugué de copolymère HPMA-Asp8-PGE1 à des rats âgés et ovariectomisés, les taux de formation osseuse étaient considérablement plus élevés que les témoins lorsqu'ils étaient mesurés 28 jours plus tard (figure 17B) [173]. Les conjugués de copolymère HPMA ont également été couronnés de succès dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde [175, 177].
3.9. Méthodes de synthèse des conjugués de copolymère HPMA
Le sujet de la synthèse conjuguée sera largement couvert tout au long de ce volume. Nous avons démontré plusieurs approches dans ce chapitre. Par conséquent, nous mentionnerons simplement certains des points importants qui n'ont pas été abordés.
3.9.1. Liaison hydrolytiquement clivable entre le médicament et le copolymère HPMA
En raison de la diminution du pH dans les endosomes et les lysosomes, les liaisons sensibles au pH conviennent pour l'administration intracellulaire de médicaments. Nous avons synthétisé des conjugués copolymère HPMA-adriamycine (ADR = DOX) où l'ADR était lié via une liaison cis-aconityle [177] (Fig. 18). La détermination de la cytotoxicité du P (aconityl) -ADR vis-à-vis des cellules de carcinome ovarien humain sensibles à A2780 et résistantes à A2780 / AD a indiqué que le polymère conjugué pouvait surmonter la pompe d'efflux de la glycoprotéine P exprimée dans les cellules A2780 / AD [178].
3.9.2. Conjugués de copolymère HPMA-mésochlorine e6 à liaison disulfure
De nouveaux systèmes de délivrance polymères pour le photosensibilisateur mésochlorine e6 (Mce6) ont été synthétisés pour surmonter les problèmes de toxicité systémique. Une liaison disulfure a été incluse pour permettre la libération rapide de Mce6 du squelette du copolymère HPMA une fois internalisé dans le tissu tumoral (Fig. 19). Les conjugués synthétisés ont démontré un clivage réducteur dépendant du temps avec une augmentation d'accompagnement du rendement quantique de la génération d'oxygène singulet lors de l'exposition au dithiothréitol. Une cinétique de libération plus rapide et une cytotoxicité plus élevée dans les cellules de carcinome ovarien humain SKOV-3 ont été obtenues par rapport au conjugué polymère avec un espaceur glycylphénylalanylleucylglycyle clivable protéolytiquement. Ces nouveaux conjugués sont prometteurs en tant que systèmes d'administration de médicaments cliniquement pertinents pour la thérapie photodynamique du cancer [179].
3.9.3. Attachement de groupes de ciblage
La chimie utilisée pour la fixation des groupements de ciblage a un impact sur la bioreconnaissance du conjugué. Nous avons comparé plusieurs méthodes d'attachement d'anticorps (voir ci-dessous), étudié comment l'attachement d'anticorps aux copolymères HPMA impacte le mécanisme d'internalisation et de trafic subcellulaire [180] et conçu des fragments d'anticorps polymérisables [84].
3.9.4. Fragments d'anticorps polymérisables
Une voie innovante pour la synthèse de systèmes de délivrance de médicaments polymériques ciblés utilisant des fragments d'anticorps polymérisables a été conçue [84]. Un nouveau macromonomère, un fragment Fab ′ d'anticorps polymérisable (MA-Fab ′) de l'anticorps OV-TL 16 (IgG1) a été synthétisé et copolymérisé avec HPMA pour produire poly (HPMA-co-MA-Fab ′) (Fig.20 ). Le concept d'utilisation de fragments Fab 'polymérisables comme macromonomères fournit un nouveau paradigme pour la synthèse de systèmes de délivrance de médicaments polymériques ciblés et peut avoir des applications uniques dans d'autres domaines, tels que les dosages immunologiques, la technologie des biocapteurs et la chromatographie d'affinité [84].
3.9.5. Impact de la chimie de la fixation des anticorps aux copolymères HPMA sur l'affinité de liaison des conjugués
L'influence de différentes méthodes de couplage de l'anticorps OV-TL16 et de son fragment Fab ′ aux porteurs de copolymère-médicament HPMA (ADR, Mce6) sur l'affinité de liaison des conjugués à l'antigène CD47 associé aux cellules de carcinome ovarien (OVCAR-3) a été étudié. Trois méthodes différentes de liaison covalente de l'Ab ou du Fab 'aux polymères ont été utilisées [181]. Méthode A: liaison via des liaisons amide formées par aminolyse de groupes ester actifs sur les conjugués copolymère-médicament HPMA (ADR ou Mce6) par des groupes amino sur l'anticorps; Méthode B: liaison via des liaisons hydrazone formées par la réaction de groupes aldéhyde sur l'anticorps oxydé avec des groupes hydrazo sur les conjugués copolymère HPMA-Mce6; Méthode C: liaison via des liaisons thioéther formées par la réaction de groupes sulfhydryle de fragments Fab 'avec des groupes maléimido sur les extrémités de la chaîne latérale du conjugué copolymère HPMA-Mce6. Des différences de Ka ont été observées comme le montre la figure 21.
La synthèse des conjugués de copolymère HPMA, en particulier leur distribution de poids moléculaire, peut être contrôlée par des méthodes de polymérisation radicalaire vivante, des polymérisations RAFT (transfert de chaîne par addition-fragmentation réversible) [182] et ATRP (radical de transfert d'atomes) [183]. Par exemple, des conjugués de copolymère HPMA contenant deux médicaments et un marqueur fluorescent par macromolécule en utilisant la copolymérisation RAFT ont été récemment synthétisés [119; Fig. 10].
3.9.7. Attachement d'oligonucléotides
L'aminolyse des précurseurs de copolymère HPMA peut être utilisée pour la fixation d'oligonucléotides aux copolymères HPMA. Nous avons attaché un oligonucléotide phosphorothioate 21-mère (5'-TTTATAAGGGTCGATGTCCXX-3 ') à des copolymères HPMA contenant des chaînes latérales GG-ONp et GFLG-ONp (ONp est p-nitrophénoxy) [184]. L'oligonucléotide avait une amine primaire à l'extrémité 5 'et une fluorescéine à l'extrémité 3'. Le sort subcellulaire et l'activité d'inhibition du virus de l'hépatite B des oligonucléotides copolymère-phosphorothioate de HPMA ont été étudiés. La fixation covalente des oligonucléotides aux copolymères HPMA via des espaceurs GG dipeptidiques non dégradables a conduit à séquestrer l'oligonucléotide dans des vésicules après internalisation. La conjugaison des oligonucléotides à un copolymère HPMA via un espaceur tétrapeptide GFLG clivable par lysosome a entraîné la libération de l'oligonucléotide dans le lysosome et une translocation ultérieure dans le cytoplasme et le noyau des cellules. Le conjugué de copolymère HPMA-oligonucléotide dégradable possédait une activité antivirale indiquant que les oligonucléotides phosphorothioate libérés du support dans le lysosome étaient capables de s'échapper dans le cytoplasme et le noyau et de rester actifs. Les cellules Hep G2 semblaient internaliser activement les oligonucléotides phosphorothioates car les conjugués de copolymère oligonucléotide -HPMA étaient internalisés dans une plus grande mesure que les polymères non conjugués [184].
3.9.8. Attachement de peptides de pénétration cellulaire (CPP)
Ces peptides, tels que le peptide Tat (48GRKKRRQRRR57) qui provient de la protéine Tat du VIH-1, un puissant activateur de la transcription du VIH-1, ont été fixés en utilisant diverses conceptions chimiques. Une approche consiste à ajouter plusieurs résidus d'acides aminés, par ex. pour produire 48GRKKRRQRRR57YK (FITC) C. Ce dernier peut être attaché à des chaînes latérales de copolymère HPMA terminées en maléimide via des liaisons thioéther [185]. Nous avons récemment passé en revue les implications biologiques de l'attachement au RPC [144], nous n'en discuterons donc pas ici.
4.1. Modification avec poly semi-téléchélique (HPMA)
Le poly (HPMA) [189] présente des propriétés similaires à celles du poly (éthylène glycol) [190] lorsqu'il est utilisé pour la modification d'enzymes ou de supports vésiculaires. Le premier rapport sur le poly semitelechelic (HPMA) (ST-PHPMA) a été publié en 1995 [191]. La modification des nanosphères, basée sur un copolymère de méthacrylate de méthyle, d'anhydride maléique et d'acide méthacrylique, avec ST-PHPMA a entraîné une diminution de l'adsorption des protéines in vitro et une augmentation de la demi-vie intravasculaire, ainsi qu'une diminution de l'accumulation dans le foie, après administration intraveineuse dans les rats. Plus le poids moléculaire de ST-PHPMA est élevé, plus les changements de ces propriétés sont prononcés (Fig. 22). Ces données semblent indiquer l'influence de l'épaisseur hydrodynamique de la couche d'enrobage sur le processus d'opsonisation et de capture par les cellules de Kupffer du foie et les macrophages de la rate [191].
Première synthèse et application de poly semi-éléchélique (HPMA) pour modifier la surface de nanosphères. (Une structure; (B) isothermes d'adsorption d'IgG sur des nanosphères de P (MMA-MA-MAA) modifiées en surface dans une solution saline 1/15 M à 25 ° C pendant 3 h. Chaque point représente la moyenne ± ET (n = 3); (C) profils de distribution corporelle pour les nanosphères de [14C] -P (MMA-MA-MAA) non modifiées et modifiées chez le rat 24 h après i.v. l'administration et la corrélation avec Mn de ST-PHPMA. Chaque point représente la moyenne ± ET (n = 5) [191].
De même, la modification des groupes carboxyle et amino de la chymotrypsine avec ST-PHPMA-CONHNH2 et ST-PHPMA-COOSu (ester N-hydroxysuccinimide) a produit des conjugués [189] avec des propriétés comparables à celles de la chymotrypsine modifiée par PEG [187]. Ulbrich et coll. utilisé ST-PHPMA pour modifier la ribonucléase, la chymotrypsine [192] et la superoxyde dismutase [193]. La stabilité protéolytique des protéines modifiées a augmenté et leur immunogénicité a diminué [192, 193].
4.2. Modification avec des copolymères HPMA contenant plusieurs chaînes latérales réactives
La première protéine modifiée avec des copolymères HPMA a été préparée par la réaction du copolymère de HPMA avec l'ester p-nitrophénylique de N-méthacryloylglycylglycine avec de l'insuline [28]. La protéine n'ayant pas réagi a été séparée sur Sephadex 75; le conjugué de copolymère HPMA-insuline a présenté un début plus lent et une légère prolongation de l'effet hypoglycémiant chez le rat par rapport à l'insuline libre [28]. La chymotrypsine [29,30] et l'acétylcholinestérase de venin de cobra [194] ont suivi.
Pour mieux comprendre l'encombrement stérique des chaînes polymères sur la formation du complexe enzyme-substrat, nous avons étudié l'hydrolyse de substrats polymériques (copolymères HPMA avec des chaînes latérales oligopeptidiques terminées en p-nitroanilide) catalysée par HPMA copolymère lié chymotrypsine. L'analyse cinétique a montré que l'hydrolyse des substrats polymères avec de la chymotrypsine liée au polymère a conduit à une diminution à la fois de kcat et de kcat / KM, mais la relation entre les substrats individuels est restée intacte. Apparemment, les effets stériques de deux chaînes polymères indépendantes (l'une liée au substrat, l'autre à l'enzyme) étaient à peu près additifs [30].
Différentes chimies ont été utilisées pour la modification de l'acétylcholinestérase de venin de cobra [194]. Les groupes OH secondaires de poly (HPMA) (Mw 25-30 kDa) ont été activés avec du chloroformiate de 4-nitrophényle dans du diméthylformamide suivi par la fixation d'acétylcholinestérase dans un tampon borate. L'acétylcholinestérase modifiée par la poly (HPMA) a démontré une prolongation de 70 fois de l'activité enzymatique dans le sang après injection intraveineuse à des souris par rapport à une enzyme non modifiée. Le taux de thermoinactivation du conjugué polyHPMA-acétylcholinestérase était 74 fois inférieur à celui de l'enzyme native (Fig. 23) [194].
Acétylcholinestérase modifiée par un copolymère HPMA. (Une structure; (B) amélioration de la demi-vie intravasculaire chez la souris après administration i.v. administration d'enzyme modifiée par un copolymère HPMA; (C) augmentation de la stabilité thermique de l'enzyme modifiée par un copolymère HPMA [194].
Un copolymère HPMA avec de la N-méthacryloylglycylphénylanylleucylglycine p-nitrophénylester a été utilisé pour la modification de la ribonucléase [195] et de la superoxyde dismutase [193]. Aucune différence d'activité biologique des conjugués préparés en utilisant des copolymères ST-PHPMA et HPMA avec des chaînes latérales réactives n'a été détectée [193].
Il existe une activité considérable dans l'utilisation de copolymères HPMA avec des chaînes latérales réactives pour stabiliser des complexes d'ADN avec des virus. Cette recherche est couverte dans le chapitre de Seymour dans ce volume et dans notre revue [196].
5.1. Hydrogels à base de HPMA
Les premiers hydrogels à base de HPMA ont été synthétisés par copolymérisation réticulée de HPMA et de méthylène-bis-acrylamide ou d'éthylène-bis-méthacrylamide au début des années 70 [197]. L'évolution cinétique de la copolymérisation, le paramètre d'interaction polymère-eau, le module d'élasticité et la concentration de chaînes élastiquement efficaces ont été caractérisés.
Des hydrogels dégradables contenant des réticulations oligopeptidiques sensibles à l'hydrolyse catalysée par la chymotrypsine ont été synthétisés par réticulation de copolymères HPMA contenant des chaînes latérales réactives (terminées par des groupes p-nitrophénoxy) avec des diamines contenant des oligopeptides (GGY, GFY, GLF, AGVY et AGFY) [49] . La dégradabilité des hydrogels dépendait de la longueur et de la structure détaillée de la séquence oligopeptidique et de la densité du réseau, et donc du degré d'équilibre de gonflement (Fig. 24). Plus le degré de gonflement est élevé, plus la vitesse de dégradation est rapide. Le degré de gonflement a également un impact sur la dégradation de la surface par rapport à la dégradation en vrac de l'hydrogel. Si l'enzyme ne peut pas se diffuser dans l'intérieur de l'hydrogel, seule une dégradation de surface a lieu. Ceci a été démontré par une comparaison de la dégradation du copolymère HPMA réticulé avec des séquences contenant AGVY catalysées par la chymotrypsine et la chymotrypsine liée au copolymère HPMA. Seule une dégradation de surface de l'hydrogel a été observée dans ce dernier cas en raison de la plus grande taille de l'enzyme modifiée par un polymère [49].
Les hydrogels à base de HPMA contenant la séquence GFYAA dans les réticulations étaient clivables avec la cathepsine B, une thiol protéinase lysosomale [44]. Dans d'autres expériences, des hydrogels à base de HPMA avec des réticulations dégradables se sont avérés libérer du FITC-dextran et de la daunomycine pendant l'incubation avec un mélange d'enzymes lysosomales (tritosomes) ou de chymotrypsine [198].
La copolymérisation réticulée de HPMA avec la N, O-diméthacryloyl-hydroxylamine a produit des hydrogels hydrolytiquement dégradables [199]. Ces hydrogels ont été utilisés comme dépôt de médicament anticancéreux (DOX); Les résultats d'une thérapie combinée utilisant la libération de DOX à partir d'hydrogels suivie d'une thérapie ciblée sur les anticorps ont été efficaces dans le traitement des stades terminaux de la leucémie Bcl1 chez la souris [200].
Hennink et coll. copolymères triblocs ABA synthétisés, où le bloc A est le poly (lactate HPMA) thermosensible et le bloc B est le PEG. Le chauffage du copolymère conduit à la formation d'un matériau viscoélastique, qui peut être stabilisé (réticulé) par photopolymérisation [202]. Ces matériaux conviennent à la délivrance de protéines [203].
Auto-assemblage de copolymères greffés HPMA, CCK-P et CCE-P, en hydrogels hybrides médiée par la formation de bobines hélicoïdales d'hétérodimères antiparallèles. Deux peptides pentaheptades distincts (CCE et CCK) ont été conçus pour créer un motif de dimérisation et servir d'agents de réticulation physiques (P est le squelette du copolymère HPMA). Les solutions aqueuses de CCE-P ou CCK-P ne formaient pas de gels. En revanche, des matériaux de type gel ont été formés à partir de mélanges équimolaires de CCE-P / CCK-P à de faibles concentrations [211].