Synthèse et études d'agents antibactériens constitués d'un photosensibilisateur vectorisé par un peptide antimicrobien

The aim of this thesis was to synthesize, characterize and evaluate the activity of new photoactivable agents in the near IR for antibacterial photodynamic therapy (aPDT). These agents are composed of a functionalized porphyrinic photosensitizer (PS) covalently linked to a cationic antimicrobial peptide (AMP) to improve the selectivity of treatments towards bacteria. The association of the PS with the selected AMP, PGLa or a derivative of cateslytin, leads to amphiphilic conjugates soluble in water which can emit fluorescence and produce singlet oxygen. The aPDT tests performed on Gram-positive bacteria (S. aureus) and Gram-negative bacteria (E. coli) showed the strong photoactivity of the conjugates at low concentrations after excitation in the therapeutic window. The porphyrins and peptides alone display no activity in the experimental conditions which demonstrates the interest linking these two molecules. Furthermore, tests carried out on keratinocytes showed an absence of toxicity and phototoxicity of the conjugates at 1 μM towards these eucaryotic cells whereas the Minimal Bactericidal Concentration (MBC) is reached. Finally, cationic PS composed of a porphyrin linked to two imidazolium groups were synthesized and the evaluation of their biological activity has highlighted their photobactericidal activity on S. aureus.L’objectif de cette thèse a été de synthétiser, caractériser et évaluer l’activité de nouveaux agents photoactivables dans le proche-IR pour la thérapie photodynamique antibactérienne (aPDT). Ces agents sont constitués d’un photosensibilisateur (PS) porphyrinique fonctionnalisé lié de façon covalente à un peptide antimicrobien (AMP) cationique dans le but d’obtenir des traitements sélectifs vis-à-vis des bactéries. L’association du PS avec les AMP sélectionnés, le PGLa ou un dérivé de cateslytine, a permis d’obtenir des conjugués amphiphiles solubles dans l’eau fluorescents et produisant de l’oxygène singulet. Les tests aPDT réalisés sur des bactéries à Gram positif (S. aureus) et des bactéries à Gram négatif (E. coli) ont mis en évidence la forte photoactivité des conjugués à de faibles concentrations après excitation dans la fenêtre thérapeutique optique. Les porphyrines et les peptides seuls n’exercent aucune activité dans les conditions expérimentales testées, démontrant ainsi l’intérêt de lier ces deux molécules. Par ailleurs, les tests réalisés sur les kératinocytes ont montré une absence de toxicité et de phototoxicité des conjugués à 1 μM vis-à-vis de ces cellules eucaryotes épidermiques alors que la Concentration Minimale Bactéricide (CMB) est atteinte. Enfin, des PS cationiques constitués d’une porphyrine liée à deux unités imidazolium ont été synthétisés et leur activité photobactéricide sur les bactéries S. aureus a été démontrée

Synthèse et études d'agents antibactériens constitués d'un photosensibilisateur vectorisé par un peptide antimicrobien

The aim of this thesis was to synthesize, characterize and evaluate the activity of new photoactivable agents in the near IR for antibacterial photodynamic therapy (aPDT). These agents are composed of a functionalized porphyrinic photosensitizer (PS) covalently linked to a cationic antimicrobial peptide (AMP) to improve the selectivity of treatments towards bacteria. The association of the PS with the selected AMP, PGLa or a derivative of cateslytin, leads to amphiphilic conjugates soluble in water which can emit fluorescence and produce singlet oxygen. The aPDT tests performed on Gram-positive bacteria (S. aureus) and Gram-negative bacteria (E. coli) showed the strong photoactivity of the conjugates at low concentrations after excitation in the therapeutic window. The porphyrins and peptides alone display no activity in the experimental conditions which demonstrates the interest linking these two molecules. Furthermore, tests carried out on keratinocytes showed an absence of toxicity and phototoxicity of the conjugates at 1 μM towards these eucaryotic cells whereas the Minimal Bactericidal Concentration (MBC) is reached. Finally, cationic PS composed of a porphyrin linked to two imidazolium groups were synthesized and the evaluation of their biological activity has highlighted their photobactericidal activity on S. aureus.L’objectif de cette thèse a été de synthétiser, caractériser et évaluer l’activité de nouveaux agents photoactivables dans le proche-IR pour la thérapie photodynamique antibactérienne (aPDT). Ces agents sont constitués d’un photosensibilisateur (PS) porphyrinique fonctionnalisé lié de façon covalente à un peptide antimicrobien (AMP) cationique dans le but d’obtenir des traitements sélectifs vis-à-vis des bactéries. L’association du PS avec les AMP sélectionnés, le PGLa ou un dérivé de cateslytine, a permis d’obtenir des conjugués amphiphiles solubles dans l’eau fluorescents et produisant de l’oxygène singulet. Les tests aPDT réalisés sur des bactéries à Gram positif (S. aureus) et des bactéries à Gram négatif (E. coli) ont mis en évidence la forte photoactivité des conjugués à de faibles concentrations après excitation dans la fenêtre thérapeutique optique. Les porphyrines et les peptides seuls n’exercent aucune activité dans les conditions expérimentales testées, démontrant ainsi l’intérêt de lier ces deux molécules. Par ailleurs, les tests réalisés sur les kératinocytes ont montré une absence de toxicité et de phototoxicité des conjugués à 1 μM vis-à-vis de ces cellules eucaryotes épidermiques alors que la Concentration Minimale Bactéricide (CMB) est atteinte. Enfin, des PS cationiques constitués d’une porphyrine liée à deux unités imidazolium ont été synthétisés et leur activité photobactéricide sur les bactéries S. aureus a été démontrée

Synthesis and studies of antibacterial agents composed of a photosensitizer vectorized by an antimicrobial peptide

L’objectif de cette thèse a été de synthétiser, caractériser et évaluer l’activité de nouveaux agents photoactivables dans le proche-IR pour la thérapie photodynamique antibactérienne (aPDT). Ces agents sont constitués d’un photosensibilisateur (PS) porphyrinique fonctionnalisé lié de façon covalente à un peptide antimicrobien (AMP) cationique dans le but d’obtenir des traitements sélectifs vis-à-vis des bactéries. L’association du PS avec les AMP sélectionnés, le PGLa ou un dérivé de cateslytine, a permis d’obtenir des conjugués amphiphiles solubles dans l’eau fluorescents et produisant de l’oxygène singulet. Les tests aPDT réalisés sur des bactéries à Gram positif (S. aureus) et des bactéries à Gram négatif (E. coli) ont mis en évidence la forte photoactivité des conjugués à de faibles concentrations après excitation dans la fenêtre thérapeutique optique. Les porphyrines et les peptides seuls n’exercent aucune activité dans les conditions expérimentales testées, démontrant ainsi l’intérêt de lier ces deux molécules. Par ailleurs, les tests réalisés sur les kératinocytes ont montré une absence de toxicité et de phototoxicité des conjugués à 1 μM vis-à-vis de ces cellules eucaryotes épidermiques alors que la Concentration Minimale Bactéricide (CMB) est atteinte. Enfin, des PS cationiques constitués d’une porphyrine liée à deux unités imidazolium ont été synthétisés et leur activité photobactéricide sur les bactéries S. aureus a été démontrée.The aim of this thesis was to synthesize, characterize and evaluate the activity of new photoactivable agents in the near IR for antibacterial photodynamic therapy (aPDT). These agents are composed of a functionalized porphyrinic photosensitizer (PS) covalently linked to a cationic antimicrobial peptide (AMP) to improve the selectivity of treatments towards bacteria. The association of the PS with the selected AMP, PGLa or a derivative of cateslytin, leads to amphiphilic conjugates soluble in water which can emit fluorescence and produce singlet oxygen. The aPDT tests performed on Gram-positive bacteria (S. aureus) and Gram-negative bacteria (E. coli) showed the strong photoactivity of the conjugates at low concentrations after excitation in the therapeutic window. The porphyrins and peptides alone display no activity in the experimental conditions which demonstrates the interest linking these two molecules. Furthermore, tests carried out on keratinocytes showed an absence of toxicity and phototoxicity of the conjugates at 1 μM towards these eucaryotic cells whereas the Minimal Bactericidal Concentration (MBC) is reached. Finally, cationic PS composed of a porphyrin linked to two imidazolium groups were synthesized and the evaluation of their biological activity has highlighted their photobactericidal activity on S. aureus

Antibacterial Photodynamic Therapy in the Near-Infrared Region with a Targeting Antimicrobial Peptide Connected to a π-Extended Porphyrin

The increase of antimicrobial resistance to conventional antibiotics is worldwide a major health problem that requires the development of new bactericidal strategies. Antimicrobial photodynamic therapy (a-PDT) that generates reactive oxygen species acting on multiple cellular targets is unlikely to induce bacterial resistance. This localized treatment requires, for safe and efficient treatment of nonsuperficial infections, a targeting photosensitizer excited in the near IR. To this end, a new conjugate consisting of an antimicrobial peptide linked to a π-extended porphyrin photosensitizer was designed for a-PDT. Upon irradiation at 720 nm, the conjugate has shown at micromolar concentration strong bactericidal action on both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Moreover, this conjugate allows one to reach a low minimum bactericidal concentration with near IR excitation without inducing toxicity to skin cells. Keywords: antimicrobial peptide; antimicrobial photodynamic therapy; bacteria; keratinocyte; near infrared; porphyrin