Published July 6, 2022 | Version v1
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New generations of metallic nanoparticles to enhance the response to radiotherapy of radioresistant and invasive cancer

Description

The use of nanoparticles containing a metal with a high atomic number is a promising approach to amplify the effects of radiotherapy, a treatment currently used in over 50% of cancer patients. Among them, AGuIXR, a nanoparticle with theranostic properties, is currently evaluated in multiple clinical trials. This thesis work is part of the development of a second generation of AGuIXR nanoparticles to increase their efficiency and to target metastasis formation. In a first part of this work, the gadolinium atoms (Z = 64) of AGuIXR were replaced by yttrium (Z = 39) or bismuth (Z = 83) atoms to measure the impact of the atomic number on radiosensitization. Despite a lack of reproducibility of the chemical synthesis, a superior radiosensitizing effect is observed in vitro with the nanoparticles containing bismuth. The second part of this work was dedicated to the evaluation of CuPRiX nanoparticles, containing both gadolinium and free chelates. They allow the in-situ chelation of copper, a trace element involved in the growth and migration mechanisms of tumor cells. Firstly, in vitro studies on three cell models of oral, breast and lung cancers showed that CuPRiX was able to slow down cell migration and invasion, inhibit the activity of the copper-dependent enzyme Lysyl Oxidase (LOX) involved in these processes, and radiosensitize tumor cells. Secondly, the efficacy of CuPRiX was validated in vivo in a mouse model of metastatic breast cancer. This study showed a strong reduction in tumor growth and the number of metastases thanks to copper chelation, while maintaining a good radiosensitizing effect. This new generation of nanoparticles combining radiosensitization and copper chelation appears to be a promising strategy in the treatment of radioresistant and metastatic cancers. (author)

Abstract (French)

L'utilisation de nanoparticules contenant un metal a numero atomique eleve est une approche prometteuse pour amplifier les effets de la radiotherapie, un traitement aujourd'hui utilise chez plus de 50 % des patients atteints d'un cancer. Parmi elles, les AGuIXR, nanoparticules aux proprietes theranostiques, font aujourd'hui l'objet de multiples essais cliniques. Ce travail de these s'inscrit dans le cadre du developpement d'une seconde generation des nanoparticules AGuIXR afin d'en augmenter l'efficacite et de cibler la formation de metastases. Dans une premiere partie de ce travail, les atomes de gadolinium (Z = 64) des AGuIXR ont ete remplaces par des atomes d'yttrium (Z = 39) ou de bismuth (Z = 83) afin de mesurer l'impact du numero atomique sur la radiosensibilisation. Malgre un defaut de reproductibilite de la synthese chimique, un effet radiosensibilisant superieur a ete quantifie in vitro avec les nanoparticules contenant du bismuth. La seconde partie de ce travail etait dediee a l'evaluation des nanoparticules CuPRiX, contenant a la fois du gadolinium et chelates libres. Elles permettent la chelation in-situ du cuivre, un oligo-element implique dans les mecanismes de croissance et de migration cellulaire tumorale. Dans un premier temps, les travaux menes in vitro sur trois modeles cellulaires de cancers ORL, du sein, et du poumon ont montre que CuPRiX etait capable de ralentir la migration l'invasion cellulaire, d'inhiber l'activite de l'enzyme cuivre-dependante Lysyl Oxidase (LOX) impliquee dans ces processus, et de radiosensibiliser les cellules. Dans un second temps, l'efficacite de CuPRiX a ete valide in vivo dans un modele murin de cancer du sein metastatique. Cette etude a montre une forte reduction de la croissance tumorale et du nombre de metastases grace a la chelation du cuivre, tout en conservant un bon effet radiosensibilisant. Cette nouvelle generation de nanoparticules combinant radiosensibilisation et chelation du cuivre apparait comme une strategie prometteuse dans le traitement des cancers radioresistants et metastatiques. (auteur)

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Original title (French)
Nouvelles generations de nanoparticules metalliques permettant d'amplifier la reponse a la radiotherapie des cancers radioresistants et invasifs

Publishing Information

Imprint Pagination
166 p.
Report number
FRNC-TH--14803

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Notes
242 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses