Thèse Prodrogues Bifonctionnelles Ciblant les Ostéosarcomes Activables en Mileu Hypoxique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Santé et médicaments École doctorale : Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué Laboratoire de recherche : Institut de Chimie des Substances Naturelles Direction de la thèse : Fanny ROUSSI ORCID 0000000259419901 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Ce projet de doctorat combine recherche fondamentale et innovation thérapeutique dans un contexte pathologique extrêmement critique. À ce jour, il n'existe aucune solution thérapeutique pour le traitement de l'ostéosarcome chimiorésistant. Le taux de survie global stagne à 60 % depuis plusieurs décennies. Alors que les stratégies basées sur les thérapies ciblées sont difficiles à mettre en oeuvre dans ce type de cancer, ce projet vise à exploiter une vulnérabilité majeure de l'ostéosarcome : l'homéostasie du cholestérol et des lipides. L'objectif est ainsi d'élaborer et d'évaluer des prodrogues combinant les chimiothérapies standards (doxorubicine ou méthotrexate) à des analogues d'un composé naturel qui module l'homéostasie du cholestérol. Ces prodrogues seront activées en milieu hypoxique, i.e., au niveau de la tumeur. Elles offriront deux avantages : une libération site-spécifique des molécules actives, entraînant moins d'effets secondaires, et un effet synergique des deux composés libérés simultanément. L'ostéosarcome est la tumeur osseuse maligne primaire la plus fréquente chez les enfants et les adolescents. Il s'agit de tumeurs hétérogènes évoluant dans un microenvironnement très complexe composé de cellules osseuses, stromales/mésenchymateuses, vasculaires et immunitaires [2]. Depuis la fin des années 1970, le traitement standard consiste en une chimiothérapie pré- et postopératoire à base de méthotrexate (MTX), doxorubicine (DOX) et cisplatine (CDDP). Cependant, l'administration systémique de ces médicaments présente des limites, car elle compromet la qualité de vie des patients et entraîne des effets secondaires graves. De plus, les rechutes et les métastases sont fréquentes en raison d'une chimiorésistance innée ou acquise et seuls deux tiers des patients survivent. Par conséquent, de nouvelles stratégies thérapeutiques sont nécessaires pour améliorer l'efficacité des chimiothérapies en minimisant leur toxicité afin d'augmenter la survie des patients.
Une des stratégies permettant de rendre une chimiothérapie plus sélective, consiste à mettre au point une prodrogue inactive de ce composé qui pourra être activée « à la demande» i.e., uniquement au niveau des tumeurs cancéreuses. Les nouvelles approches en chimie bioorthogonale ont grandement facilité le développement de cette stratégie, permettant d'activer sélectivement un large panel de prodrogues par des stimuli enzymatiques, chimiques ou physiques [3]. Les prodrogues utilisées actuellement en clinique ont permis d'améliorer la pharmacocinétique des médicaments, de réduire leur toxicité et de renforcer l'efficacité des traitements [4].
La reprogrammation de la synthèse des lipides est une anomalie métabolique nécessaire à la croissance tumorale, dans laquelle les modifications de la voie de biosynthèse du cholestérol jouent un rôle essentiel [5]. L'utilisation de médicaments agissant sur l'homéostasie du cholestérol, en association avec les thérapies conventionnelles, présente donc un véritable intérêt pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à améliorer la réponse au traitement et la survie des patients. L'équipe d'Olivia Fromigué à l'Institut Gustave Roussy a ainsi démontré que les statines (des médicaments qui inhibent l'HMG-CoA réductase impliquée dans la biosynthèse de cholestérol) induisent l'apoptose et réduisent la motilité et l'invasivité des cellules d'ostéosarcome [6, 7]. Elle a également montré in vitro et in vivo que ces composés agissent en synergie avec les chimiothérapies conventionnelles [8-10].
Depuis plusieurs années, notre équipe étudie les schweinfurthines (SWs), des molécules naturelles isolées de plantes. Elles présentent une activité antiproliférative puissante sur le panel des 60 lignées cellulaires cancéreuses humaines du NCI. Leur profil pharmacologique ne présente aucune ressemblance avec celui des composés utilisés en chimiothérapie ce qui indique qu'ils agissent via un nouveau mécanisme d'action [11]. Nous avons montré que la SW-G naturelle a une forte affinité pour la protéine OSBP (OxySterol-Binding Protein), qui intervient dans le transfert du cholestérol du réticulum endoplasmique (RE) vers le Golgi et qui joue un rôle clé dans l'homéostasie du cholestérol [12,13]. Nous avons également développé un lead (SW-30) à partir des SWs dont nous avons confirmé l'efficacité in vivo dans un modèle PDX de glioblastome [14]. Malgré le potentiel thérapeutique prometteur de cette famille de composés, leur cible OSBP, est ubiquitaire, ce qui peut induire des effets secondaires indésirables similaires à ceux des chimiothérapies conventionnelles.
Grâce à une collaboration avec l'équipe d'Olivia Fromigué, nous avons démontré que la SW-G et la SW-30 ont des effets cytotoxiques puissants (à des concentrations allant du nanomolaire au sub-M) sur un panel de neuf lignées cellulaires d'ostéosarcome, dont une résistante à la doxorubicine (DOX). De nouveaux dérivés synthétiques des SWs (SW-T) présentent même une cytotoxicité plus élevée sur ces lignées cellulaires (de sub-nM au nM). Ainsi, la CI50 moyenne des SWs naturelles ou synthétiques est similaire (voire supérieure) à celle de la DOX ou du MTX. Par ailleurs, un co-traitement de ces lignées par la SW-G et la DOX ou le MTX a montré qu'ils avaient un effet additif ou synergique. En cas de synergie, la cytotoxicité combinées des deux composés est beaucoup plus importante que celle de chaque molécule prise individuellement. Par ailleurs, il y a une forte corrélation négative entre l'IC50 de la DOX et celle de la SW-G : les lignées cellulaires les plus sensibles aux SWs sont les plus résistantes à la DOX, et vice versa. Enfin, même si les SWs induisent une désorganisation du cytosquelette, nos collègue de l'IGR n'ont détecté aucun changement significatif dans la motilité cellulaire ou les capacités invasives du panel de lignées cellulaires d'ostéosarcome, ce qui indique que les SWs ne favorisent pas la dissémination des cellules tumorales. Un manuscrit présentant ces résultats est actuellement en préparation.
L'objectif de cette thèse est d'élaborer des prodrogues DOX/SW et MTX/SW qui pourraient être activées spécifiquement en milieu hypoxique dans le microenvironnement tumoral ou dans les cellules cancéreuses puis de les cibler dans des modèles d'ostéosarcome. Nous voulons ainsi exploiter le caractère hypoxique de ces tumeurs solides, qui résulte d'un déséquilibre entre apport et consommation d'oxygène, dû à une prolifération rapide des cellules cancéreuses qui devance l'angiogenèse. Cet environnement hypoxique permettra la réduction efficace de ces prodrogues par des nitroréductases (NTR) sensibles à l'oxygène [1] et la libération consécutive des deux molécules bioactives. Ces promédicaments activés par l'hypoxie offrent deux avantages : la délivrance site-spécifique de molécules actives ce qui réduit les effets secondaires, et un effet synergique des deux composés libérés simultanément. Par ailleurs, les cytoxicités de la DOX, du MTX et des SWs sont similaires sur les lignées d'ostéosarcomes ce qui signifie qu'une prodrogue double bénéficiera des effets combinés des deux composés dont le mécanisme d'action est très différent.Ce projet de thèse sera divisé en trois sous-parties :
1) la synthèse d'une dizaine de prodrogues permettant une libération simple ou double des molécules actives (« payloads »). Les prodrogues à double libération comprendront soit DOX soit MTX associé à des SWs conjugués à un fragment temporaire nitrobenzyle ou azobenzène (deux substrats des NTR), tandis que les prodrogues à libération unique seront composées d'un seul payload lié au fragment temporaire à des fins de comparaison (Figure 1C). La présence du fragment azobenzène ou nitrobenzyle inhibera l'activité biologique des molécules actives qui ne pourront pas interagir avec leurs cibles biologiques avant leur libération. Toutes les prodrogues seront purifiées par HPLC et leur structure sera caractérisée par RMN et spectrométrie de masse.
2) La détermination par HPLC de la cinétique de libération de DOX, du MTX et des SW à partir des différentes prodrogues, en présence de NTR disponibles à l'achat.
3) La détermination de la cytotoxicité des différentes prodrogues sur un panel de lignées d'ostéosarcome et la comparaison des prodrogues DOX-SW et MTX-SW par rapport aux prodrogues à libération unique et également DOX, MTX et SW seuls. Les cellules seront cultivées en 2D ou 3D (sphéroïdes) dans des conditions hypoxiques par rapport à des conditions normoxiques. La viabilité cellulaire sera évaluée après 72 heures d'incubation à l'aide du réactif Cytotox-Glo. Cette partie du travail sera réalisée à l'Institut Gustave Roussy. La partie synthèse fera appel à des techniques classiques de la chimie organique multi-étape (manipulations en milieu anhydre, à basse température, utilisation de catalyseurs...). La caractérisation des nouveaux composés synthétisés fera appel à des techniques de spectroscopie RMN et de spectrométrie de masse. La partie biologie fera appel à des techniques de culture cellulaire et éventuellement de microscopie.

Ce projet de recherche s'adresse à un(e) étudiant(e) désireux de s'impliquer activement dans des recherches à l'interface chimie-biologie. Il (elle) devra posséder de solides compétences en synthèse organique et chimie médicinale et être motivé pour compléter ses connaissances théorique et pratiques en biologie cellulaire afin d'être rapidement autonome sur son projet.