Inactivation of Malaria Parasites in Blood: PDT vs Inhibition of Hemozoin Formation

Malaria causes hundreds of thousands of human deaths every year, and the World Health Assembly has made it a priority. To help eliminate this disease, there is a pressing need for the development and implementation of new strategies to improve the prevention and treatment, due in part to antimalarial drug resistances. This chapter focuses on two strategies to inactivate the malaria parasite in blood, which are photodynamic therapy (PDT) and inhibition of hemozoin formation. The PDT strategy permits either a control of the proliferation of mosquito larvae to develop some photolarvicides for the prevention or a photoinactivation of the malaria parasite in red blood cells (RBCs) to minimize infection transmission by transfusion. The inhibition of hemozoin formation strategy is used for the development of new antimalarial drug by understanding its formation mechanism

Boc-AzAla-Ala-OMe

The title compound (systematic name: tert-butyl 3-{[1-(methoxy­carbon­yl)eth­yl]amino­carbon­yl}-3-methyl­carbazate), C11H21N3O5, is a precursor for the study of a new class of foldamer based on aza/α-dipeptide oligomerization [Abbas et al. (2009 ▶). Tetra­hedron Lett. 50, 4158–4160]. The asymmetric unit consists of one mol­ecule in an extended conformation which is stabilized by inter­molecular N—H⋯O and C—H⋯O hydrogen bonding

Approche pseudopeptidique du mécanisme d'action et d'inhibition de l'élastase leucocytaire humaine et du protéasome

Nous avons synthétisé des inhibiteurs d'enzyme en vue de mieux comprendre leur mécanisme d'action d'inhibition afin de disposer à l'avenir de nouveaux agents thérapeutiques. Notre étude de l'élastase leucocytaire humaine (ELH) a porté sur les modifications pseudopeptidiques carbonylhydrazone [Psi][CO-NH-N=], cétométhylène [Psi][CO-CH2], cétométhylèneimino [Psi][CO-CH=N] et cétométhylèneamino [Psi][CO-CH2-NH]. Les carbonylhydrazone-peptides ne sont pas reconnus par l'ELH au même titre que les cétométhylèneimino-peptides car ce sont des molécules contraintes stériquement. Les cétométhylèneamino-peptides, plus mobiles, s'adaptent mieux au site catalytique de l'ELH. Nous avons entrepris une étude structurale par RMN sur le peptide inhibiteur. Il est nécessaire de disposer de molécules libres et donc adaptables au site de reconnaissance de l'ELH pour pouvoir l'étudier plus profondément. Différentes molécules originales ont été synthétisées lors de notre étude du protéasome. Les profils d'inhibition de lipopeptides, issus de séquence peptidique mimant les fragments de dégradation du protéasome, montrent que la partie lipidique interagit avec un de(s) site(s) non catalytique(s) hydrophobe(s) et que la partie peptidique interagit avec le site catalytique de l'enzyme. Nous avons synthétisé des peptides comportant un groupement photoactivable qui, par liaison au protéasome après irradiation, permettront de localiser les sites non catalytiques. Enfin, les premiers pseudopeptides ciblant le protéasome ont été synthétisés par introduction d'un lien réduit [Psi][CH2-NH] dans une séquence issue d'une protéine virale. Ils présentent une inhibition spécifique de l'activité chymotrysine du protéasomeWe have synthesized enzyme inhibitors to better understand their mechanism of recognition and inhibition, and further to dispose of new therapeutical agents. Our study of human leucocyte elastase (HLE) was about carbonylhydrazone [Psi][CO-NH-N=], ketomethylene [Psi][CO-CH2], ketomethyleneimino [Psi][CO-CH=N] and ketomethyleneamino [Psi][CO-CH2-NH] pseudopeptides. The carbonylhydrazone-peptides and the ketomethyleneimino-peptides are not recognized by the HLE because they are sterically constrained. The ketomethyleneamino are flexible and bind better to the catalytic site of the HLE. We began NMR studies of the inhibitor in the presence of elastase. It is necessary to dispose of flexible molecules to fit to the catalytic site of the HLE and study it better. Different original molecules have been synthesized for the proteasome. Inhibition profiles of some lipopeptides, synthesized from peptidic sequences that mimic degradation product of the proteasome, showed that the lipidic part interacts with one or several hydrophobic non catalytic sites, and that the peptidic part interacts with the catalytic site. We have designed and synthesized peptides including a photoactive group. By linkage to the proteasome after irradiation, it will be possible to locate the non catalytic site(s). At last, the first pseudopeptides targeting the proteasome have been prepared by introduction of a reduced moiety [Psi][CH2-NH] in a viral peptidic sequence. They present a specific inhibition of the chymotrypsic activity of the proteasomeNANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Nanoparticules polymères de deuxième et troisième générations pour des applications thérapeutiques anti-cancer et anti-HIV

Les travaux portent sur l'élaboration de nanoparticules dont le coeur polyester (PLA) est recouvert d'une couche polysaccharide hydrophile à base de dextrane. Des composés amphiphiles polysaccharidiques (DexC6, DexN3, Dex-g-PLA-g-N3) ont été synthétisés et leur comportement tensioactif a été évalué. Cette capacité à stabiliser les interfaces a été mise à contribution pour élaborer les nanoparticules via deux procédés: émulsion/évaporation de solvant organique et nanoprécipitation. Un peptide inhibiteur de la dimérisation de la protéase du VIH-1 (Pam-LEY), a alors été encapsulé au sein de nanoparticules PLA recouvertes de DexC6. Bien que stable en milieu aqueux de haute force ionique (4M), la désorption de la couronne physiquement adsorbée est observée en présence de SDS. La Chimie-click a été une alternative pour fixer cette couronne polysaccharidique hydrophile de façon irréversible à la surface des nanoparticules selon 2 stratégies. D'une part, des copolymères organosolubles Dex-g-PLA-g-N3 ont été présynthétisés par Chimie-click puis nanoprécipités dans l'eau. L'autre méthode consiste à émulsionner une solution aqueuse de DexN3 et une solution organique de PLA alpha-alcyne en présence de CuBr. Une chimie-click se produit alors in situ à l'interface liquide/liquide, et assure le lien covalent entre le coeur et la couronne de la nanoparticule. La Chimie-click nous a également permis d'obtenir des nanoparticules possédant des fonctions azide résiduelles à leur surface. Une post-fonctionnalisation de ces dernières à été réalisée avec un dérivé d'ATWLPPR, un peptide ciblant les co-récepteurs NRP-1 de VEGF surexprimés au niveau des néo-vaissaux irriguant les tumeurs cancéreusesThis work deals with biodegradable/biocompatible polymeric nanoparticles based on PLA and covered by a polysccharidic shell (dextran). First of all, amphiphilic dextran derivatives (DexC6, DexN3, Dex-g-PLA-g-N3) have been produced and their surfactive properties have been evaluated depending on their architecture and substitution degree. Then we took advantages of their ability to stabilize interfaces to formulate nanoparticles via two processes: emulsion/organic solvent evaporation and nanoprecipitation. Pam-LEY, peptide used as HIV-1 protease dimerisation inhibitor, was encapsulated with 40% efficiency into PLA nanoparticules covered by DexC6. Because this DexC6 surface is just physically adsorbed on the PLA core, a desorption is observed in presence of SDS. The use of Click-chemistry was judged interesting to solve that issue and to covalently link the hydrophilic polysaccharidic shell to the PLA core. Two strategies could be opposed. One one hand, oil-soluble Dex-g-PLA-g-N3 copolymers have been synthesized by click chemistry in homogeneous media and then nanoprecipitated in water. On other hand, an hydrophilic DexN3 has been emulsified with a alpha-alkyne PLA organic solution, in the presence of CuBr. By this way, click-chemistry occured in situ, at liquid/liquid interface during the emulsification step. Produced triazole rings link the core to the shell.Moreover, the use of the Huisgen cycloaddition reaction allowed us to produce nanoparticles having some residual azide functions on their surface. The nanoparticles have been post-fonctionnalized by a peptide used to target NRP-1, co-receptor of Vascular Endothelial Growth Factor over-exprimed on the cancer tumors areaMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Optimisation de nanoparticules multifonctionnelles pour une amélioration de l'efficacité photodynamique, de la sélectivité tumorale et de la détection par IRM

La thérapie photodynamique (PDT pour Photodynamic Therapy) met en jeu des molécules nommées photosensibilisateurs (PS), de l'oxygène et de la lumière. Les PS, non cytotoxiques à l'obscurité, produisent des espèces réactives de l'oxygène (ROS) lorsqu'ils sont excités avec une longueur d'onde appropriée en présence d'oxygène. Les ROS regroupent les radicaux de l'oxygène et l'oxygène singulet (1O2), qui est la principale forme de ROS formés lors du processus de PDT. En présence de tissus vivants, l'1O2 va conduire à la mort cellulaire par apoptose ou par nécrose. Pour améliorer l'efficacité photodynamique, une des pistes étudiées par la communauté scientifique consiste à améliorer la sélectivité du traitement. Le traitement des tumeurs primaires malignes du cerveau, dont le glioblastome multiforme (GBM ou astrocytome de grade IV) est la forme la plus agressive, reste un challenge. Lorsqu'elle est possible, la chirurgie occupe une place prépondérante. L'exérèse ne concerne que la partie volumineuse centrale de la tumeur, tandis que la zone périphérique infiltrante est, quant à elle ciblée par des traitements supplémentaires. Malgré les progrès de la neurochirurgie et de la radiothérapie, l'espérance de vie à 5 ans ne dépasse pas 10%. La thérapie photodynamique se présente comme une alternative thérapeutique grâce aux améliorations apportées par le contrôle local. Pour traiter le gliobastome par PDT, une première approche a consisté à coupler un peptide, à un photosensibilisateur (la chlorine) via un bras espaceur Ahx (acide aminohexanoïque). Le peptide utilisé (ATWLPPR) est un ligand spécifique du récepteur neuropiline 1 (NRP-1). NRP-1 est lui-même un co-récepteur au récepteur du facteur vasculaire de croissance endothéliale (VEGFR) qui est surexprimé au niveau des néovaisseaux et qui favorise la néoangiogenèse au cours du développement des tumeurs solides. L'assemblage PS-Ahx-ATWLPPR a montré une stabilité peptidique in vivo et in vitro avec une bonne pharmacocinétique et une bonne biodistribution. Ses efficacités anti-tumorales et anti-vasculaires ont notamment été prouvées. Cependant, in vivo, le peptide ATWLPPR montrait une dégradation par le système réticulo-endothélial et l'assemblage présentait une affinité moindre pour NRP-1 par rapport au peptide seul. Afin de résoudre ces problèmes, une nouvelle stratégie décrite dans cette thèse a consisté à développer des nanoparticules multifonctionnelles. Ces nanoparticules sont constituées d'un coeur d'oxyde de gadolinium (Gd2O3) pour permettant un réhaussement de contraste positif en IRM, enrobé d'une couche de polysiloxane biocompatible dans laquelle est greffé le photosensibilisateur par liaison amide. La nanoparticule est ensuite fonctionnalisée en surface avec des agents chélatants (DOTA, DTPA) par l'intermédiaire de fonctions amines libres de la couche de polysiloxane. Les peptides de type ATWLPPR sont greffés sur les agents chélatants, ce qui permet un ciblage spécifique de NRP-1. De cette façon, on obtient des nanoparticules qui offrent à la fois une possibilité de ciblage actif des néovaisseaux tumoraux, de visualisation par IRM et un effet PDT. Dans l'objectif d'obtenir un effet PDT optimal, une augmentation du contraste en imagerie IRM et une sélectivité maximale pour les cellules endothéliales, un plan d'expérience a été élaboré. Chaque lot du plan d'expérience a été synthétisé en faisant varier la composition chimique du coeur, l'épaisseur de la couche de polysiloxane, le nombre de photosensibilisateurs, le type de surfactant, le nombre et le type de peptides. Une fois la synthèse et la purification de ces nanoparticules effectuées, chaque lot a été caractérisé pour vérifier la conservation des propriétés photophysiques, en particulier la formation d'oxygène singulet. Des études biologiques sur des cellules tumorales de type MDA-MB-231 et U87 ont été réalisées, pour étudier la cytototoxicité, la phototoxicité et le réhaussement de contraste IRM de ces nanoparticulesPhotodynamic therapy (PDT) involves molecules called photosensitizers (PS), molecular oxygen and light. PS are non-cytotoxic in the dark but produce reactive oxygen species (ROS) when they are excited with light of an appropriate wavelength in the presence of oxygen. ROS include oxygen radicals and singlet oxygen (1O2), which is the main form of ROS formed during PDT processes. In the presence of living tissue, 1O2 leads to cell death by apoptosis or necrosis. To improve photodynamic efficiency, a strategy developed by scientists consists in improving the selectivity of the treatment. The treatment of primary malignant brain tumors, including glioblastoma multiforme (GBM or astrocytoma level IV) which is the most aggressive form, remains a challenge. When it is possible, surgery is performed by removing the central volume of the tumor, while infiltrating peripheral zone is treated by additional treatments. Despite advances in neurosurgery and radiotherapy, the life expectancy at 5 years after the tumor detection does not exceed 10 %. PDT appears as an alternative treatment. In preliminary study a photosensitizer (chlorin) coupled to a peptide (ATWLPPR) through an Ahx linker (aminohexanoic acid) has been designed. The peptide is a specific ligand of neuropilin-1 receptor (NRP-1). NRP-1 is a co-receptor of vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR) overexpressed in neovessels and which promotes the formation of new vessels during the development of solid tumors. This targeted photosensitizer presented a peptidic stability in vivo and in vitro with good pharmacokinetic and biodistribution. Its anti-tumor and anti-vascular efficiencies have been proven. However, the ATWLPPR peptide showed degradation in the reticuloendothelial system (RES) and a reduced affinity for NRP-1 compared with peptide alone. To solve these problems, a new strategy using multifunctional nanoparticles has been developed in this thesis. The nanoparticles consist of a core of gadolinium oxide (Gd2O3) for MRI contrast, coated with a layer of biocompatible polysiloxane wherein the photosensitizer is covalenty grafted. The nanoparticle surface is functionalized by chelating agents (DOTA, DTPA) via free amine functions of the polysiloxane layer. ATWLPPR peptides are grafted on chelating agents, which allows specific targeting of NRP-1. Nanoparticles allow a MRI visualization, a PDT effect and an active targeting of the tumor neovasculature. With the aim to obtain an optimal PDT effect, an enhancement of contrast in MRI imaging and a high selectivity for endothelial cells, an experimental design has been developed. Each batch of the experimental design was synthesized with various chemical compositions of the core, the size of the polysiloxane layer, the number of photosensitizers, the number and the type of peptides and the type of surfactant. Once the synthesis and purification of these nanoparticles done, each batch was characterized to ensure the conservation of the photophysical properties, in particular the formation of the singlet oxygen. Biological studies on tumor cell type MDA- MB-231 and U87 were carried out, especially their cytototoxicity and phototoxicityMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Synthèse et études structurales de nouveaux 2 (1-[[alpha]/aza]-oligomères, vers de nouveaux foldamères)

Les foldamères sont considérés comme étant des oligomères capables de s auto-structurer en solution par le biais de liaisons non covalentes. Ces composés peuvent présenter un grand intérêt biologique dans la mesure où l on peut en attendre une meilleure résistance aux peptidases, la possibilité de se conjuguer aux ARN et ADN, etc Au sein des oligomères azapseudopeptidiques, le point d ancrage de la chaîne latérale est affecté car le CHa de l acide aminé originel est remplacé par un atome d azote. Cette substitution engendre la perte du centre chiral CHa et la perturbation des caractéristiques électroniques et structurales des deux liaisons amides adjacentes. Ce travail concerne l élaboration de nouvelles voies de synthèse de 2:1-[a/aza]-oligomères en solution. Nous avons mis au point un protocole de synthèse généralisable des précurseurs azadipeptidiques Boc-azaAA-AA-OMe orthogonalement protégés. Les 2:1-[a/aza]-trimères, obtenus à partir des précurseurs azadipeptidiques, ont ensuite été engagés dans des réactions d oligomérisation par couplage peptidique, ce qui nous a permis d isoler les tous premiers 2:1-[a/aza]-oligomères avec de très bons rendements. La structure des composés préparés a été analysée par spectroscopies RMN, IR, diffraction des RX et par modélisation moléculaire. L examen des 2:1-[a/aza]-trimères a révélé la formation d un coude ßII. Les 2:1-[a/aza]-hexamères ont la capacité à s auto-structurer. D une manière générale, grâce aux études réalisées par RMN et par IR, nous pouvons fortement envisager que nos 2:1-[a/aza]-oligomères se structurent en solution pour former des foldamèresFoldamers are described as any oligomers with a strong tendency to adopt a specific compact conformation in solution through non covalent interactions. These compounds can make duplexes with RNA and DNA and are more resistant to peptidases. Thus foldamers can have a biological activity. Among azapseudopeptide oligomers, substitution of a nitrogen for the CHa group is a way to preserve the side chains of analogous peptides. This substitution entails the lost of chiral center and the overall conformational and local electronic states might be affected. We have synthesized 2:1-[a/aza]-oligomers on liquid phase. We have developed a new general protocol for obtaining various Boc-azaAA-AA-OMe. Then, 2:1-[a/aza]-trimers, obtained from the precursors, were used in oligomerization reaction by peptidic coupling. By this way, we obtained the first 2:1-[a/aza]-oligomers in very good yields. The structure of the obtained oligomers was analysed by NMR and IR spectroscopies, X-ray diffraction and molecular modelling. The 2:1-[a/aza]-trimers show a ßII-turn and the 2:1-[a/aza]-hexamers structure themselves. On the whole, by NMR and IR spectroscopies, we can strongly consider that our 2:1-[a/aza]-oligomers structure themselves in solution to form foldamersNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Synthèse et études conformationnelles de 1:1-[a-a-Na-Bn-hydrazino]mères linéaires et cycliques

Ce travail décrit la synthèse et l'étude structurale de 1:1-[a/a-Na-Bn-hydrazino]mères linéaires et cycliques. Après avoir mis au point une méthode générale de synthèse en solution des a-Na-hydrazinoesters diversement substitués sur l'azote a, ces derniers ont été engagés dans l'élaboration de 1:1-[a/a-Na-Bn-hydrazino]mères linéaires et cycliques de taille variable. Des études conformationnelles utilisant la RMN, l'IR et les RX ont permis de montrer que la présence de l'azote supplémentaire dans le squelette permettait l'établissement de liaisons hydrogène intramoléculaires conduisant à la formation d'hydrazinoturn. Ainsi l'alternance d'acides a-aminés naturels et d'a-hydrazinoacides conduit à une auto-structuration des oligomères linéaires par formation de g-turn et d'hydrazinoturn, identique en série hétéro- comme homochirale. En série cyclique, une analyse par RX a permis de mettre en évidence, à l'état solide, la formation de nanotubes due à l'empilement des cyclotétramères hétérochiraux. Cette conformation existe dans le toluène et le dodécane et conduit à la formation d'un gel. Bien que n'ayant pas de preuves de sa structure à l'état solide, le gel formé par le cyclohexamère hétérochiral dans le cyclohexane nous conforte dans l'idée d'une auto-structuration comparable. Les analyses RMN et IR en variation de concentration et température ont quant à elles mis en évidence la dynamique de formation des nanotubes. L'étude sur le cyclotétramère homochiral a cependant montré qu'il ne formait pas de gel. Le gel étant révélateur d'une auto-structuration, ceci nous conduit à nous interroger sur la versatilité du squelette macrocyclique 1:1-[a/a-Na-Bn-hydrazino] pour l'établissement de nanotubesThis work describes the synthesis and the structural study of linear and cyclic 1:1-[a/a-Na-Bn-hydrazino]mers. After having designed a general method to synthesize a-Na-hydrazinoesters with various surrogates on the a nitrogen in solution, these were used to build linear and cyclic 1:1-[a/a-Na-Bn-hydrazino]mers of varied length. Conformational studies resorting to NMR, IR and X-ray crystallography have shown that the presence of a supplementary nitrogen within the backbone enables to form intramolecular hydrogen bonds, leading to the formation of hydrazinoturns. Thus, the alternation of natural a-aminoacids and a-hydrazinoacids leads to the autostructuration of the linear oligomers through the formation of g-turns and hydrazinoturns, both in the hetero and homochiral series. In the cyclic series, an X-ray crystallography analysis revealed the formation of nanotubes in the solid state, through the stacking of heterochiral cyclotetramers. This conformation exists in toluene and dodecane and leads to the formation of a gel. Despite having no proof of its structure in the solid state, the gel formed by the heterochiral cyclohexamer in cyclohexane confirms a comparable auto-structuration. Finally, concentration- and temperature-dependant NMR and IR studies have revealed the dynamics of the formation of nanotubes. The study of the homochiral cyclotetramer has however shown that it was not able to form a gel. As the gel is indicative of an auto-structuration, this has led us to question the versatility of the macrocyclic 1:1-[a/a-Na-Bn-hydrazino] backbone towards the formation of nanotubesMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Extraction, Identification and Photo-Physical Characterization of Persimmon (Diospyros kaki L.) Carotenoids

International audienceCarotenoid pigments were extracted and purified from persimmon fruits using accelerated solvent extraction (ASE). Eleven pigments were isolated and five of them were clearly identified as all-trans-violaxanthine, all-trans-lutein, all-trans-zeaxanthin all-trans-cryptoxanthin and all-trans-β-carotene. Absorption and fluorescence spectra were recorded. To evaluate the potential of ¹O₂ quenching of the purified carotenoids, we used a monocarboxylic porphyrin (P1COOH) as the photosensitizer to produce ¹O₂. The rate constants of singlet oxygen quenching (Kq) were determined by monitoring the near-infrared (1270 nm) luminescence of ¹O₂ produced by photosensitizer excitation. The lifetime of singlet oxygen was measured in the presence of increasing concentrations of carotenoids in hexane. Recorded Kq values show that all-trans-β-cryptoxanthin, all-trans-β-carotene, all-trans-lycopene and all-trans-zeaxanthin quench singlet oxygen in hexane efficiently (associated Kq values of 1.6 × 10⁸, 1.3 × 10⁸, 1.1 × 10⁸ and 1.1 × 10⁸ M-1·s-1, respectively). The efficiency of singlet oxygen quenching of β-cryptoxanthin can thus change the consideration that β-carotene and lycopene are the most efficient singlet oxygen quenchers acting as catalysts for deactivation of the harmful ¹O₂

Nanoparticles for photodynamic therapy applications

ISBN 978-94-007-1247-8 http://www.springer.com/life+sciences/cell+biology/book/978-94-007-1247-8Photodynamic therapy has emerged as an alternative to chemo- and radiotherapy for the treatment of certain types of cancer. Nanoparticles have been used to improve the delivery and the efficiency of the photosensitizer as they allow its encapsulation without loss of activity. Using targeting strategies, they can also allow the selective accumulation of the photosensitizer in the cancer tissues. In this review, based on the chemical nature of the nanoparticles, the different methods for their syntheses are described from the pioneering works to the latest achievements. Indeed the nanosystems can be conjugated to a biomolecule or an antibody to target receptors over-expressed in cancer cells and/or angiogenic vascular endothelial cells. Numerous in vivo and in vitro applications have been described. Multifunctional nanoplatforms combining several applications within the same nano-object emerge as potential important theranostic tools