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Dynamique du Stress Oxydant en Cellule Unique

par Emmanuel COURTADE, François ANQUEZ, Quentin THOMMEN - publié le , mis à jour le

La cellule dispose d’un système complexe de détoxification des espèces reactives oxygénées (ROS, Reactive Oxygen Species) qui sont naturellement produite par le métabolisme, entre autre. Néanmoins, la cellule peut se retrouver en état de stress oxydant lorsque le système de detoxification ne parvient pas à dominer le flux de ROS.

Un flux continu de ROS, de sources endogènes et exogènes, peut alors conduire directement, ou de façon cumulée, à l’altération voire des dommages de fonctions cellulaires sur différentes cibles (membrane lipidique, protéines, ADN…) et être impliqué dans des maladies neurodégénératives, dans le vieillissement, ou dans des cancers.

Photothérapie dynamique

La photothérapie dynamique, utilisée pour le traitement du cancer repose sur l’ingestion par le patient de molécules qui ne deviennent actives que lorsqu’elles sont soumises à une lumière intense de longueur d’onde bien définie. La présence des molécules photosensibles dans l’organisme n’est toutefois pas anodine, le patient risque de voir apparaître une photosensibilité ou d’avoir des problèmes pour l’évacuation de ces molécules.

Excitation directe de oxygène singulet

Nous avons proposé un schéma alternatif reposant sur une excitation laser directe à 1270 nm de l’oxygène singulet sans utilisation de molécules photoactivables, permettant potentiellement de surmonter des problèmes associés à l’administration systémique de photosensibilisant en thérapie.

Photos de cellules de cancer du sein (MCF-7) irradiées (100 W.cm-2 - 3 heures) à différentes longueurs d’onde laser.
Les cellules en haut et en bas ont été irradiées à 1270 nm et 1247 nm, respectivement. Colonnes de gauche et de droite montrent les cellules avant l’irradiation et 27 h après l’irradiation, respectivement. Le spot laser (300 µm FWHM) est représenté par un cercle noir sur toutes les photos. Environ 27 h après l’irradiation à 1270 nm, 100% des cellules sont mortes dans une région circulaire ayant un rayon de 200 µm, centré autour du spot laser. D’autre part, aucun phénomène de mort n’est observé à 1247 nm.

La production directe d’oxygène singulet à 1270 nm a permis d’obtenir la mort cellulaire de cellules cancéreuses. En raison de sa simplicité, l’excitation directe sans photosensibilisant de l’oxygène moléculaire peut potentiellement surmonter des problèmes associés en thérapie à une photosensibilité du patient ou à l’évacuation du photosensibilisant de l’organisme. Ces travaux pionniers ont fait la couverture de la revue Photochemistry Photobiology (janvier 2012) et ont aussi fait l’objet d’un communiqué de presse du CNRS (mars 2012).

L’oxygène singulet est produit dans des cellules vivantes sans aucune molécule photosensibilisante par irradiation seule d’un laser à 1270 nm. La quantité d’oxygène singulet produit de cette manière est suffisante pour induire la mort cellulaire. Ce schéma simplifié de la production d’oxygène singulet représente une approche alternative aux méthodes conventionnelles de traitement photothérapie dynamique.

Des expériences de photochimie sur les cinétiques de réactivités de l’oxygène singulet dans différents solvants nous ont permis d’obtenir des taux de création et de réactivité de l’oxygène singulet, et ainsi de pouvoir évaluer la dose de stress oxydant permettant de pouvoir induire une mort cellulaire.

Publications

  • Sivery, A. ; Barras, A. ; Boukherroub, R. ; Pierlot, C. ; Aubry, J. M. ; Anquez, F. & Courtade, E.(2014) : Production Rate and Reactivity of Singlet Oxygen O-1(2)((1)Delta(g)) Directly Photoactivated at 1270 nm in Lipid Nanocapsules Dispersed in Water, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C Vol. 118, 2885-2893, DOI
  • Sivery, A. ; Anquez, F. ; Pierlot, C. ; Aubry, J. M. & Courtade, E.(2013) : Singlet oxygen (O-1(2)) generation upon 1270 nm laser irradiation of ground state oxygen (O-3(2)) dissolved in organic solvents : Simultaneous and independent determination of O-1(2) production rate and reactivity with chemical traps, CHEMICAL PHYSICS LETTERS Vol. 555, 252-257, DOI
  • Anquez, F. ; Belkoura, I. E. Y. ; Suret, P. ; Randoux, S. & Courtade, E.(2013) : Cell death induced by direct laser activation of singlet oxygen at 1270 nm, LASER PHYSICS Vol. 23, {}, DOI
  • Barras, A. ; Boussekey, L. ; Courtade, E. & Boukherroub, R.(2013) : Hypericin-loaded lipid nanocapsules for photodynamic cancer therapy in vitro, NANOSCALE Vol. 5, 10562-10572, DOI
  • Anquez, F. ; El Yazidi-Belkoura, I. ; Randoux, S. ; Suret, P. & Courtade, E.(2012) : Cancerous Cell Death from Sensitizer Free Photoactivation of Singlet Oxygen, PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY Vol. 88, 167-174, DOI
  • Anquez, F. ; Courtade, E. ; Sivery, A. ; Suret, P. & Randoux, S.(2010) : A high-power tunable Raman fiber ring laser for the investigation of singlet oxygen production from direct laser excitation around 1270 nm, OPTICS EXPRESS Vol. 18, 22928-22936, DOI

Communiqués

CNRS

Collaboration

  • I. El Yazidi-Belkoura (Labo. de Glycobiologie structurale et fonctionnelle, Lille 1)
  • C. Pierlot et J. M. Aubry (Laboratoire de Chimie Moléculaire et Formulation, Lille 1)
  • A. Barras et R. Boukherroub (Institut de Recherche Interdisciplinaire, Lille 1)

Thèse de doctorat

  • François Anquez soutenance le 07 Décembre 2010 : manuscript

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