Sallam, Lamyaa
(2023).
« Multivalent glycodendrimers designed as therapeutic strategies in drug delivery targeting urinary tract infections » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.
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Résumé
Les infections urinaires (IU) sont l’une des maladies les plus répandues au monde et sont causées le plus souvent par Escherichia coli uropathogène (UPEC) et par Pseudomonas aeruginosa (P. A.). De plus, P. A. est l’une des principales causes d’infections nosocomiales. La liaison des agents pathogènes aux cellules hôtes se fait par reconnaissance protéine-glycane (CRD). Escherichia coli se fixe aux cellules urothéliales de l’hôte par FimH, une adhésine présente à l’extrémité des pili bactériens de type 1 et se liant au mannose, tandis que la bactérie opportuniste P. aeruginosa produit la lectine LecB, qui se lie fortement au L-fucose de Lewisa (Lea) d’une glycoprotéine présente à la surface des globules rouges, première étape des infections qui en découlent. Il est bien connu que les interactions multivalentes entre ces deux lectines bactériennes et les récepteurs des cellules hôtes jouent un rôle crucial dans l’établissement des infections urinaires. Les fluoroquinolones sont des antibiotiques efficaces ; toutefois, elles ont été associées à des effets secondaires indésirables. La ciprofloxacine (Cip) est l’antibiotique le plus fréquemment utilisé pour traiter les infections urinaires. Elle peut être administrée par voie orale ou intraveineuse. La Cip cible les enzymes bactériennes ADN gyrase et ADN topoisomérase IV, où elle stabilise un complexe covalent enzyme-ADN dans lequel les deux brins de l'ADN sont clivés. Cela entraîne la mort cellulaire et s'avère être un moyen très efficace de tuer les bactéries. Cependant, l’utilisation excessive de cet antibiotique entraîne le développement d’une résistance bactérienne qui conduit à l’échec du traitement. Par conséquent, d’autres approches thérapeutiques sont nécessaires pour traiter efficacement les infections urinaires et remédier à la résistance aux antibiotiques. Compte tenu de l'importance des glycanes en tant que molécules de ciblage, nous pensons que la conception et la synthèse d'oligomères de glycoclusters à l'aide de réactions courantes pourraient se révéler importantes dans le développement d'inhibiteurs plus efficaces, spécifiques et ciblés dans le domaine des systèmes d'administration de médicaments. Dans la présente thèse, la ciprofloxacine a été modifiée pour être conjuguée à un dendrimère par un lieur (acyloxy) alkylester clivable afin d'obtenir des promédicaments dirigés par des glycodendrimères ciblant les lectines bactériennes. Ce type de conjugué reste donc non toxique lors de sa distribution et traversera la membrane cellulaire bactérienne, où il pourra ensuite être transformé en une molécule antibiotique bioactive via un mécanisme intracellulaire, tel que l’hydrolyse enzymatique ou un environnement cellulaire spécifique (pH acide). Dans cette étude, une série de glycodendrimères hexavalents ou trivalents a été développée avec succès selon une méthode permettant de modifier les propriétés du squelette et l'architecture ainsi que d'introduire des groupes liants bioactifs spécifiques dans la chaîne latérale. Les glucides sont particulièrement intéressants en tant que ligands, car ils permettent la synthèse de glycomimétiques bien définis pour l'étude des interactions glucide-lectine. En outre, la ciprofloxacine conjuguée à l'ester méthylique (acyloxy) a été synthétisée. D'autres études impliquant des analyses MALDI-TOF, RMN 1H et RMN 19F ont confirmé ces structures globales. Le glycodendrimère est composé de trois « générations » ou couches principales (G) : le noyau du dendrimère (G1), l’échafaudage du promédicament (G2) et le sucre ciblé par la lectine (G3). Le développement clé de la complexité a été accompli par une approche convergente en deux étapes utilisant la cycloaddition azide-alcyne médiée par le cuivre(I) (CuAAC). Pour réaliser cette étude, nous avons utilisé deux échafaudages G2 distincts, dérivés de formes clivables du promédicament basées sur l'ester β-D-glucuronique ou sur la β-D-glucosamine, respectivement. La sélectivité de ces échafaudages était déterminée par un dérivé thiol du sucre G3 ciblé par la lectine. La première partie de la thèse présente une synthèse détaillée de l’échafaudage de l’ester 1-azidoethanol-2,3,4-tri-allyl-β-D-glucuronique. La première étape est la glycosylation du D-glucose-pentaacétate afin d’obtenir le 1-azidoethanol-D-glucopyranoside, dont le β-isomère a été isolé avec un rendement élevé. La silylation régiosélective d’un groupe OH primaire en position C-6 suivie de l’allylation en trois positions à O-2, O-3 et O-4 a permis la synthèse du dérivé tri-allyl-β-D-glucopyranoside. Enfin, la désilylation suivie par une oxydation/estérification en une étape en position C-6 a permis d’obtenir l’ester tert-butyl-β-D-glucuronique. Ce nouvel échafaudage contient des groupes azide, ester tert-butyl-carboxylique et alcène terminal, ce dernier étant le résidu actif de la réaction radicalaire thiol-ène photo-induite (TEC). Par la suite, une méthode a été développée pour la synthèse avec un haut rendement de α-L-fucose thiol portant un lieur triazole rigide. Puis, deux glycomonomères différents dérivés de l'ester β-D-glucuronique, et de l'α-L-fucose thiol ou de l'α-D-mannose thiol respectivement, ont été couplés par TEC en utilisant la 2,2-Diméthoxy-2-phénylacétophénone comme initiateur radicalaire, formant ainsi deux branches dendritiques trithioglyco différentes (dendrons). L'étape suivante a été la synthèse des glycodendrimères finaux en utilisant un couplage CuAAC. Malheureusement, les dendrons et le noyau du dendrimère n'ont pas interagi, et aucun produit souhaité n'a été obtenu. Le groupe azide s’est avéré sensible à la réduction sous les conditions des réactions photolytiques. Par conséquent, des stratégies de synthèse alternatives ont été employées. La réduction du groupe azide a été évitée par l’introduction d’une amine protégée par le Fmoc. Par la suite, la réaction TEC de cette nouvelle molécule a permis d’obtenir des dendrons NH-Fomc trimannoside-β-D-glucuronique et NH-Fomc trifucoside-β-D-glucuronique, respectivement, avec un bon rendement. Les dendrons finaux mannoside et/ou fucoside protégés par Fmoc ont été soumis à une approche en deux étapes, en éliminant d’abord le groupe protecteur et en libérant ainsi la partie amine réactive, puis en effectuant un diazotransfert en utilisant le sulfate de 1H-imidazole -1-sulfonyle azide. Ces nouveaux dendrons synthétiques ont été couplés à plusieurs noyaux de dendrimères en utilisant le couplage CuAAC. À cette fin, un certain nombre de méthodes alternatives ont été utilisées pour créer divers noyaux dendritiques contenant des fragments d'alcynes terminaux, notamment le PEG3-cyclotriphosphazène et le benzène-1,3,5-tricarbodimide (BTA-PEG3). Un noyau rigide centré sur le dipentaérythritol a également été étudié. Une série de quatre glycodendrimères avec différents sucres ciblés par les lectines, dont le D-Glu-α-Man ou le D-Glu-α-Fuc, ont été synthétisés par couplage click. Ces nouveaux glycodendrimères ont été soumis à deux étapes de déprotection, d’abord celle des groupes acétyles par la réaction de Zemplin, suivie de celle du groupe tert-butyle en utilisant le TFA/toluène. La deuxième partie de la recherche a été axée sur la synthèse de conjugués multivalents de D-glucosamine. Plusieurs voies ont été empruntées pour la synthèse totale de l’échafaudage du promédicament β-D-glucosamine fonctionnalisé, notamment la glycosylation de la D-glucosamine avec le lieur PEG3-N3 en position C-1, suivie par une allylation en positions O-3, O-4 et O-6, puis d’un amido-couplage du butanoate de méthyle au -NH2 en position C-2, et enfin d’une réduction de Staudinger, suivie de la stratégie de protection NH-Boc. Ce nouvel échafaudage NH-Boc triallyl β-D-glucosamine a été lié au α-D-mannose thiol par réaction TEC pour obtenir un nouveau bloc trithiomannoside β-D-glucosamine. Afin de déterminer si l'espacement a un impact sur l'interaction du dendrimère avec la lectine, nous avons choisi d’allonger le connecteur PEG3-N3 avec une chaîne de trois carbones. Par la suite, le dendron trithiomannoside β-D-glucosamine a été soumis à trois réactions consécutives : le retrait des groupes protecteurs -OAc et Boc pour libérer les amines, suivi du couplage de ces dernières avec l’acide azido butanoïque en utilisant PyBOP. L’étape finale de la synthèse du dendrimère a été réalisée en fixant le dendron sur le noyau de dipentaerythritol à l’aide d’un couplage CuAAC. La troisième partie de ce projet s’est centrée sur la synthèse d’un conjugué d’ester d’alkyle (acyloxy) lié à l’amine secondaire de Cip. Cet agent de couplage Cip terminé par un groupe fonctionnel amine libre, qui est sélectif, peut être lié au groupe carboxylique libre du dendrimère en utilisant le réactif de couplage amide standard (PyBOP). Dans cette étude, nous avons proposé deux méthodes alternatives pour lier le médicament au squelette du dendrimère. Notre recherche sur le système d’administration de médicament par dendrimère peut améliorer l’activité antibiotique par rapport à la ciprofloxacine sous forme libre. De plus, les problèmes de toxicité peuvent être atténués en modifiant les dendrimères avec différents ligands permettant de diriger le médicament vers sa cible thérapeutique.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : promédicaments dendrimères ; inhibition bactérienne ; infections urinaires ; résistance aux antibiotiques ; E. coli ; P. aeruginosa ; lectines bactériennes ; α-L-fucose, α-D-mannose ; glycosylation ; ester D-glucuronique ; D-glucosamine ; branches dendritiques ; noyau dendritique ; multivalence ; reconnaissance moléculaire; glycodendrimères ; chimie click ; réactions photolytiques thiol-ène ; administration de médicaments.
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Roy, René |
| Mots-clés ou Sujets: |
Infections des voies urinaires / Antibiotiques / Promédicaments / Dendrimères / Systèmes d'administration de médicaments / Adhésion bactérienne / Résistance bactérienne aux antibiotiques |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département de chimie |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
27 sept. 2023 12:45 |
| Dernière modification: |
27 sept. 2023 12:45 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/17010 |
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