LES LIPOSOMES
David contre Goliath, le combat des liposomes face aux cancers
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"Incroyablement trop complet!" Le Jury
PROLOGUE
Ce TPE (travaux personnels encadrés) vous est proposé par Matthieu Acker, Clément Denis, Antonin Desplanques, et Antoine Desplechin, élèves lycéens de La Croix Blanche à Bondues.
Réalisé en première, promotion 2015-2016.
Encadrés par: Mme Gracia en mathématiques, Mme Laupen en SVT et M Belaziz en physique.
PLAN SUIVI
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Composition
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Hydrophobicité
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Auto-assemblage des phospholipides
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Caractéristiques physico-chimiques
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Encapsulation
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Méthodes de fabrication
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Furtivité des liposomes
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Ciblage des tumeurs
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Interactions cellules / liposomes
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Libération du principe actif
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Imagerie des nanotechnologies
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Limites des nanotechnologies
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INTRODUCTION
Avant de s'attaquer au vaste sujet des liposomes, il convient de préciser en quoi ces nouvelles technologies peuvent être utiles, surtout quand on observe le nombre de décès par cancer, qui a tendance à augmenter au fil des années.
Si la mortalité par cancer a diminué au cours des vingt dernières années, cette maladie reste néanmoins la première cause de mortalité prématurée chez l’homme et la seconde chez la femme après les maladies cardio-vasculaires. En 2015, 149 500 décès par cancer ont été estimés en France : 84 100 chez les hommes et 65 400 chez les femmes. De plus, la fréquence des cancers augmente régulièrement, et, toujours en France et en 2015, 385 000 nouveaux cas ont été estimés, 211 000 chez l’homme et 174 000 chez la femme. L’âge médian au diagnostic étant de 68 ans pour les hommes et 67 pour les femmes.
Face à ce constat toujours aussi alarmant, il convient de s’interroger sur l’avancement et l’efficacité des traitements curatifs de cette maladie aux multiples visages qui tue une personne toutes les trois minutes.
En effet, le terme générique cancer englobe différentes pathologies dont le processus tumoral est identique. Au départ, on trouve toujours une prolifération anormale de cellules qui aboutit à la formation d’un nouveau tissu autonome appelé tumeur. On appelle cancer une tumeur maligne constituée d’une prolifération de cellules anormales dont la division échappe à tout contrôle et ces cellules envahissent les tissus voisins. Une cellule dont l’ADN est abîmé par un agent interne ou externe possède un système de réparation habituellement efficace qui permet de reconstituer un ADN normal. Toute mutation au niveau des gènes réparateurs de l’ADN peut entraîner l’apparition d’un cancer. Il existe à cette fin deux types de gênes impliqués dans le contrôle de la division cellulaire : les gênes activateurs de la division, ou proto-oncogènes, codant pour des facteurs de croissance. Une mutation les transforme en oncogènes, stimulant de façon excessive la prolifération cellulaire. A l’inverse, il existe des gènes inhibiteurs de la division, dits anti-oncogènes, qui codent pour des protéines empêchant la multiplication des cellules. Toute mutation qui empêche l’expression de ces gènes, ou les fait coder pour une protéine non-fonctionnelle, annule le contrôle de la division cellulaire et provoque une prolifération cellulaire anarchique.
Le processus tumoral commence toujours par la mutation d’une cellule à la suite d’une modification de son matériel génétique quelque soit le facteur d’origine de la mutation. Le processus déclenché suit alors les mêmes étapes. Une tumeur bénigne se forme au cours d’un processus lent puis se transforme en tumeur maligne. Celle-ci subit alors un développement anormal au cours duquel les cellules se différencient et se divisent de manière incontrôlée.
Il existe de nombreux facteurs responsables de l’apparition des cancers. Ils sont variés et impliquent donc des moyens de prévention et de traitements adaptés à chacun. Certains facteurs de risque rendent certaines personnes plus vulnérables et plus à même de développer un cancer. Ces facteurs sont dits « endogènes ». Il s’agit de risques génétiques. Des gènes ont des prédispositions au cancer, on dit de ces cas que le cancer a une composante héréditaire. Notamment, on peut citer les cancers du sein et de l’utérus chez la femme, du colon, du sang et de la rétine. Il convient donc pour les sujets à risque de se faire dépister tôt et avoir un suivi régulier de contrôle. D’autres facteurs plus courants sont dits « exogènes », c'est-à -dire qu’ils sont générés par l’environnement. Parmi ceux-ci on peut citer le tabac, l’alcool, la pollution, les produits chimiques, les radiations (plus particulièrement les UV), l’obésité et l’alimentation. Ainsi le tabagisme provoque le déclenchement du cancer du poumon, second cancer le plus fréquent chez l’homme en 2015.
La diminution sensible de la mortalité par cause de cancer est essentiellement due aux progrès effectués conjointement en matière de prévention, de dépistage et de traitements curatifs. En effet, de vastes campagnes de prévention ont été lancées, informant le public des signes des pathologies nécessitant un contrôle médical, et des risques de certains comportements, amenant à une prise de conscience et incitant à davantage de prudence : campagne contre le tabagisme, l’abus de soleil sans protection et la prise d’alcool fréquente et excessive notamment. Par ailleurs, une vigilance quant aux contrôles médicaux en vue de dépister au plus tôt la maladie est préconisée. Au plus une pathologie est détectée tôt, plus les chances de réussite des traitements sont élevées. Ainsi les contrôles gynécologiques annuels pour les femmes sont vivement recommandés. De même, il est préconisé aux femmes de plus de cinquante ans de faire un examen radiologique de type mammographie tous les deux ans afin de dépister au plus tôt le cancer du sein, à l’origine du plus grand nombre de décès par cancer chez la femme. Deuxième cause de décès par cancer chez la femme et troisième chez l'homme, le cancer colo-rectal a fait lui aussi l’objet de grandes campagnes d’information pour le dépistage précoce et la surveillance des sujets ayant des prédispositions héréditaires à ce type de cancer.
Si la prévention et le dépistage précoce ont permis de faire reculer le taux de la mortalité par cancer en France et permis une prise en charge rapide des sujets atteints, les traitements curatifs et leur évolution ont aussi grandement contribué à faire régresser la maladie. Pendant longtemps, les seuls traitements disponibles, et toujours largement utilisés, ont été la chirurgie, la chimiothérapie, et la radiothérapie. En complément pour le traitement de certaines pathologies sont associés l’hormonothérapie (pour le cancer du sein ou de la prostate), l’immunothérapie (pour stimuler les défenses immunitaires), la greffe de moelle osseuse pour guérir certaines leucémies et les inhibiteurs d’angiogénèse pour empêcher la formation de nouveaux vaisseaux sanguins affectés à l’irrigation de la tumeur.
Le principal traitement utilisé est la chimiothérapie, administrée soit de façon « préventive », c'est-à -dire en premier traitement, soit « adjuvante », en complément d’un autre traitement (chirurgie ou radiothérapie). C’est un traitement comportant l’administration de médicaments qui agissent sur les cellules cancéreuses soit en les détruisant, soit en les empêchant de se multiplier. Ces médicaments sont très puissants. Leurs dosages, le rythme de leur administration et leurs associations entre eux sont adaptés en fonction du patient et de sa pathologie. Les limites principales à ce traitement sont les effets secondaires extrêmement lourds en raison de la diffusion à tout l’organisme de ces molécules chimiques. En effet, lors de l’administration d’une chimiothérapie, les médicaments traitent les cellules cancéreuses disséminées dans l’organisme mais, d'un autre côté, de par leur toxicité, agissent sur toutes les cellules en provoquant des effets secondaires pénibles tels que les nausées, vomissements, fatigue intense et alopécie (chute brutale des cheveux, poils, cils, et sourcils). Pour tenter de contrer ces effets indésirables, des traitements adjuvants, tels que les anti-nauséeux ou encore le port d'un casque réfrigérant pour limiter la chute des cheveux, sont donnés aux patients et un soutien psychologique peut être proposé.
Mais depuis quelques années, des innovations prometteuses sont apparues, parmi lesquelles les nanomédicaments, capsules de taille nano-métriques, qui permettent d’amener une molécule active à l’endroit précis où elle sera utile en épargnant les autres parties du corps. En effet, le réel pouvoir thérapeutique d’un médicament réside dans l’efficacité de son principe actif à atteindre sa cible. Or, un médicament de type classique est composé d’un ou plusieurs principes actifs incorporés dans un ou plusieurs excipients. Le principe actif est généralement en faible proportion dans le médicament par rapport aux excipients qui sont des substances qui ne sont pas actives et donnent les caractéristiques spécifiques au produit en terme de consistance, de goût… Ainsi associer le principe actif à un nanovecteur dont le rôle est d’encapsuler et véhiculer efficacement ce principe actif vers sa cible, permettrait d’améliorer considérablement l’efficacité des traitements curatifs. Ils permettent ainsi d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques. Idéalement, ces nanovecteurs seraient capables de protéger la molécule active de la dégradation par les enzymes de l’organisme, de l’adresser sélectivement vers la cellule cible et d’en contrôler la libération.
Le professeur Patrick Couvreur, biopharmacien, pionnier dans la mise au point de ces nanomédicaments, explique : « cela permet d’éviter les effets secondaires souvent importants qu’on observe dans la chimiothérapie classique mais aussi de court-circuiter les phénomènes de résistance à la maladie ». Les recherches du professeur Couvreur concernent principalement la vectorisation des médicaments. Il a été le premier à montrer, dès 1977, que beaucoup de médicaments étaient incapables de diffuser à l’intérieur des cellules pour y exercer leur activité thérapeutique. « Il m’est apparu évident», dit-il «que la formulation miniaturisée de ces agents biologiques devait pouvoir permettre leur transport intracellulaire. » Pour le docteur Gangi, « il s’agit de prendre le chemin le plus court vers la tumeur et de la détruire le plus complètement possible, sans forcément avoir recours à la chirurgie classique ».
Si au départ le tropisme intracellulaire de ces nanocapsules n’avait pas d’avenir en clinique humaine car elles n’étaient pas biodégradables, les recherches du professeur Couvreur se sont orientées vers l’utilisation de nanovecteurs biocompatibles et biodégradables. La forme la plus répandue et efficace de nos jours est le liposome, qui est une vésicule lipidique artificielle dont la membrane est constituée d’une ou plusieurs bicouches de lipides qui possède la capacité à encapsuler et protéger, par exemple, des protéines ou du matériel génétique. Cette propriété fait que les liposomes sont utilisés comme vecteurs ou transporteurs en pharmacologie. A ce jour, une dizaine de nanomédicaments sont d’ores et déjà sur le marché mondial. En France, on trouve essentiellement le Caelyx ou Myocet à base de doxorubicine liposomale pour le traitement du cancer du sein, des ovaires, ou encore des poumons... Une autre molécule est aussi fréquemment utilisée : l'Abraxane, à base de paclitaxel albumine.
On peut donc poser la problématique :
Un acheminement de principes actifs ciblé grâce à des liposomes : la clé pour vaincre le cancer ?
Il conviendra d’étudier dans un premier temps le système de production des liposomes et leur composition (I) pour ensuite s’intéresser à leur acheminement et la destruction ciblée des tumeurs (II).