Un groupe de travail spécialement formé contribue à l’amélioration des traitements photodynamiques
Les tétrapyrroles forment une classe de composés chimiques actifs, comportant quatre composés plus petits présentant une structure annelée connus sous le nom de pyrroles. Les traitements exploitent les interactions entre ces molécules et la lumière et l’oxygène. Il faudra toutefois parvenir à relever certains défis avant que cette thérapie puisse être utilisée de manière plus généralisée. «Les tétrapyrroles ne sont pas très solubles, sont problématiques une fois à l’intérieur de l’organisme, leur absorption de la lumière n’est pas toujours optimale du point de vue médical et ils peuvent être difficiles à synthétiser», explique Stéphanie Lhez, coordinatrice du projet POLYTHEA, entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. POLYTHEA a été mis en place pour maximiser l’interaction entre les photosensibilisateurs et la lumière, améliorer le ciblage des cellules cancéreuses et des bactéries et visualiser le composé photosensibilisateur actif in vivo et in vitro. Pour atteindre ces objectifs, POLYTHEA a formé un groupe de jeunes scientifiques à des techniques multidisciplinaires. Jusqu’à présent, le projet a produit 40 articles publiés, dont un numéro spécial paru dans la revue «Journal of Porphyrins and Phthalocyanines».
Construire un réseau de spécialistes
Lorsque les tétrapyrroles absorbent la lumière visible en présence d’oxygène, ils peuvent produire des produits chimiques hautement réactifs appelés «espèces réactives de l’oxygène» (ERO). Ceux-ci induisent ensuite l’oxydation des biomolécules, telles que les acides nucléiques, les lipides et les protéines, qui entraînent la mort cellulaire. Forts de ces propriétés, les tétrapyrroles présentent donc un grand intérêt médical. En effet, les cellules bactériennes ou cancéreuses pourraient ainsi être ciblées par des thérapies photodynamiques qui exploitent ce processus. Mais ce domaine fait appel à des spécialistes de différents horizons, notamment de la chimie organique et physique, de la biologie et de la microbiologie, et de la photophysique et de l’optique. «Si une personne ne peut pas se spécialiser dans tous ces domaines, elle doit toutefois être en mesure d’évoluer dans tous ces domaines et de comprendre les exigences de chaque composant thérapeutique», fait remarquer Stéphanie Lhez, de l’université de Limoges, l’hôte du projet. POLYTHEA a dispensé une formation à 10 chercheurs en début de carrière issus de neuf pays européens afin que ceux-ci puissent travailler dans deux domaines – chimie et biologie, ou biologie et photophysique, ou encore chimie et photophysique – tout en recevant une formation de base dans un troisième. Les chercheurs ont également été détachés chez des partenaires non universitaires, une expérience qui les a confrontés à des défis industriels et leur a permis d’enrichir leur expertise technique.
Preuve de concept
Les autres solutions développées par l’équipe comprennent une plateforme fondée sur des composés biosourcés comme la cellulose, le chitosan et la lignine, tout particulièrement adaptés à l’administration des photosensibilisateurs dans des milieux biologiques. D’importants travaux de chimie organique ont également été entrepris afin d’accroître l’interaction des photosensibilisateurs avec la lumière, notamment en utilisant l’infrarouge pour induire l’état excité nécessaire à la production des ERO. De nouveaux composés tétrapyrroliques également identifiés et étudiés permettraient de mieux cibler les cellules cancéreuses profondes. L’un de ces exemples est la dyade porphyrine-cyanine qui présente d’intéressantes propriétés d’interaction avec la lumière. Malgré la pandémie de COVID-19, la plupart des chercheurs de POLYTHEA ont pu approfondir leurs domaines thérapeutiques grâce à des expériences in vitro, deux ayant même réalisé des visualisations in vivo. Des études précliniques ont également été menées sur des modèles murins, afin d’examiner l’effet des photosensibilisateurs sur le mélanome et le carcinome du côlon ainsi que sur des molécules radiomarquées comme agents théranostiques. «Bien que la COVID-19 ait entravé certaines expériences, nous sommes malgré tout parvenus à gagner une meilleure compréhension fondamentale des mécanismes moléculaires qui sous-tendent les thérapies photodynamiques. Nous avons également mis au point de nouvelles voies de synthèse et de nouveaux matériaux biosourcés qui améliorent l’adaptation de nos systèmes au corps humain», ajoute Stéphanie Lhez.
Aller encore plus loin
Les photosensibilisateurs tétrapyrroliques sont d’ores et déjà utilisés dans la thérapie photodynamique à des fins de traitement du cancer et des maladies de la peau telles que l’acné, ainsi que dans la chimiothérapie photo-antimicrobienne (PACT). Cela dit, au vu de la fragmentation de la recherche et de la formation européennes dans le domaine de la thérapie photodynamique, l’approche multidisciplinaire de POLYTHEA contribue à consolider l’expertise en la matière. «Nous avons la ferme conviction que notre travail profitera aux communautés de recherche qui développent de nouvelles thérapies moins invasives et présentant moins d’effets secondaires», conclut Stéphanie Lhez.
Mots‑clés
POLYTHEA, cancer, microbien, infection, tétrapyrroles, photosensibilisateurs, composés, lumière
