Invasive capabilities of glioblastomas : interest of gold/gadolinium hybrid nanoparticles,alone or in combination with radiotherapy
Capacités invasives des glioblastomes : intérêt des nanoparticules hybrides or/gadolinium,seules ou en association avec la radiothérapie
Résumé
Background: The clinical prognosis of glioblastoma, the most aggressive primary brain tumor in adults, remains poor (Stupp et al. 2005). Nanomedicine could provide new therapeutic tools to overcome current limitations. Au@DTTPA(Gd) gold-gadolinium hybrid nanoparticles are being studied for their radiosensitizing potential in vitro and in vivo (Alric et al. 2008 and Miladi et al. 2014). The main objective of this thesis work is to evaluate in vitro and in vivo the anti-invasive potential of Au@DTDTPA(Gd) associated with radiotherapy.Results: From 2D and 3D in vitro cell cultures, ex vivo organotypic cultures and in vivo cranial window model on the infiltrating line U251 and the radioresistant line U87, we evaluated the anti-invasive potential of Au@DTDTPA(Gd) nanoparticles with or without radiotherapy. Nanoparticles alone reduce the invasive capacity of U251 spheroids but are not related to MMP2 proteolytic activity and MMP14 expression. They also reduce the abilities of U251 cells to migrate both collectively and individually. At the same time, nanoparticles affect the biomechanical capacities of U251 cells, which are marked by an increase in the number and diameter of actin fibers at the level of cell protrusions, an enhanced membrane rigidity. These changes are associated with an increase in cell traction forces, expression of adhesion proteins and a decrease in the number of protrusions. All these data would explain the inhibition of cell motility of U251 cells by Au@DTTPA(Gd) nanoparticles. We then highlighted the effects of Au@DTDTPA(Gd) associated with different radiotherapy protocols on the radioresistant U87 cell line. The in vitro 3D, ex vivo and in vivo follow-ups indicate a decrease in the progression of U87 cells. We have developed a 3D in vitro model that allows the recovery of migratory cells from treated spheroids. After treatment, we observed that Au@DTDPA(Gd) alone or in combination with radiotherapy decreased the number of migratory cells, as well as their viability by induction of mitotic catastrophes. The combined treatment also decreased both the secretion and activity of MMP2 in migrating cells. Fluorescence microscopy observations reveal a loss of intercellular junctions and compromised expression of Cx43 in intercellular junctions. Culture of migratory cells in a neurosphere medium allowing stem cell selection showed that treated migratory cells form fewer neurospheres and have a reduced diameter. These results suggest that migratory cells would lose their stem-like characteristics.Conclusion: Our overall results suggest that Au@DTTPA(Gd) nanoparticles possess anti-invasive effects by disrupting the biomechanical capabilities of GBM cells. Moreover, Au@DTDTPA(Gd) combined with radiotherapy reduce the invasive properties of migrating GBM cells by inducing mitotic catastrophes, loss of intercellular junctions and attenuation of their stemness. These results show that Au@DTDTPA(Gd) and radiotherapy have therapeutic potential for future preclinical studies.
Contexte : Le pronostic clinique du glioblastome, la tumeur cérébrale primaire la plus agressive chez l'adulte, reste mauvais (Stupp et al. 2005). La nanomédecine pourrait fournir de nouveaux outils thérapeutiques pour surmonter les limitations actuelles. Les nanoparticules hybrides d'or et de gadolinium Au@DTDTPA(Gd) sont étudiées pour leur potentiel radiosensibilisant in vitro et in vivo (Alric et al. 2008 et Miladi et al. 2014). L'objectif principal de ce travail de thèse est d'évaluer in vitro et in vivo le potentiel anti-invasif des Au@DTDTPA(Gd) associées à la radiothérapie.Résultats : A partir des cultures cellulaires 2D et 3D in vitro, des cultures organotypiques ex vivo et du modèle de fenêtre crânienne in vivo sur la lignée infiltrante U251 et la lignée radiorésistante U87, nous avons évalué le potentiel anti-invasif des nanoparticules Au@DTDTPA(Gd) avec ou sans la radiothérapie. Les nanoparticules seules réduisent la capacité invasive des sphéroïdes U251 mais n'est pas liée à l'activité protéolytique MMP2 et l'expression MMP14. Elles réduisent également les capacités des cellules U251 à migrer à la fois collectivement et individuellement. Parallèlement, les nanoparticules affectent les capacités biomécaniques des cellules U251, qui sont marquées par une hausse du nombre et du diamètre des fibres d'actine au niveau des protrusions cellulaires, une rigidité membranaire renforcée. Ces modifications sont associées à une hausse des forces de traction des cellules, de l'expression des protéines d'adhésion et une diminution du nombre de protrusions. L'ensemble de ces données expliqueraient l'inhibition de la motilité cellulaire des cellules U251 par les nanoparticules Au@DTDTPA(Gd). Nous avons ensuite mis en évidence les effets des Au@DTDTPA(Gd) associées à différents protocoles de radiothérapie sur la lignée cellulaire U87 radiorésistante. Les suivis in vitro 3D, ex vivo et in vivo indiquent une diminution de la progression des cellules U87. Nous avons développé un modèle 3D in vitro qui permet de récupérer les cellules migratrices issues des sphéroïdes traités. Après traitement, nous avons observé que les Au@DTDPA(Gd) seules ou en combinaison avec la radiothérapie diminuaient le nombre de cellules migratrices, ainsi que leur viabilité par induction de catastrophes mitotiques. Le traitement combiné diminue également à la fois la sécrétion et l'activité de MMP2 dans les cellules migratrices. Les observations en microscopie de fluorescence révèlent une perte des jonctions intercellulaires et une expression compromise de la Cx43 dans les jonctions intercellulaires La mise en culture des cellules migratrices dans un milieu neurosphère permettant une sélection des cellules souches a permis de montrer que les cellules migratrices traitées forment moins de neurosphères et possèdent un diamètre réduit. Ces résultats suggèrent que les cellules migratrices perdraient leurs caractéristiques souches.Conclusion : L'ensemble de nos résultats suggère que les nanoparticules Au@DTDTPA(Gd) possèdent des effets anti-invasifs, en perturbant les capacités biomécaniques des cellules de GBM. De plus, les Au@DTDTPA(Gd) combinées à la radiothérapie réduisent les propriétés invasives des cellules migratrices de GBM en induisant des catastrophes mitotiques, une perte des jonctions intercellulaires et une atténuation de leur caractère souche. Ces résultats montrent que les Au@DTDTPA(Gd) et la radiothérapie possèdent un potentiel thérapeutique pour de futures études précliniques.
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