Polypeptoides comme analogues simplifiés de peptides antimicrobiens naturels

Abstract

Les peptides antimicrobiens (AMP) sont des biocides naturels produits notamment par les micro-organismes pour éliminer sélectivement leurs compétiteurs L’efficacité des AMPs s’explique par leur capacité à déstabiliser les membranes, une propriété physicochimique liée à leur caractère amphiphile. Jusqu'à présent, le développement industriel des AMPs reste limité et leur sensibilité aux protéases empêche leur administration thérapeutique par voie orale. En reproduisant leur composition chimique ou certaines de leurs caractéristiques structurales, des analogues polymériques ont été proposés pour tenter de lever ces limitations, comme les polymères d'acides aminés qui sont biodégradables et biocompatibles.Cette thèse présente la préparation de nouveaux copolypeptoïdes antimicrobiens par polymérisation par ouverture de cycle (ROP) de N-carboxyanhydrides-N-alkylés (NNCA) portant des substituants hydrophobes ou cationiques. Ces monomères NNCA portant des groupements alkyles hydrophobes (méthyle, isopropyle, cyclohexyle, benzyle, p-nitrobenzyle et méthylthioéthyle) ou des groupements alkyles précurseurs d'unités cationiques (Cbz-aminoéthyle et Cbz-aminobutyle) ont été préparés en deux étapes de synthèse : 1) amination réductrice avec de l'acide glyoxylique, 2) cyclisation en NNCA via la méthode de Leuchs grâce à l’introduction d’une protection N-Boc. Cette méthodologie a permis de préparer 9 monomères dont la polymérisation a été étudiée : nous avons d’abord déterminé les cinétiques de cette réaction dans le DMF et nous avons ensuite mis en œuvre des réactions de copolymérisation en mélangeant les NNCA. Cette approche nous a permis de préparer des copolypeptoïdes plus ou moins hydrophobes et d’inclure ces polymères dans des architectures différentes telles que des conjugués linéaires, des structures cycliques ou des structures étoilées.Selon l'OMS, les infections bactériennes ont atteint des niveaux d'incidence très élevés dans le monde entier et sont responsables d'une mortalité inquiétante. Un des micro-organismes pathogènes particulièrement inquiétante est Clostridioides difficile, une bactérie Gram-positif responsable de colites pseudo-membraneuses, une infection nosocomiale fréquemment mortelle chez la personne âgée. L'objectif de cette thèse a été de développer une approche de chimie médicinale pour concevoir des copolypeptoïdes antimicrobiens capables de tuer cette bactérie. Dans un premier temps, nous avons préparé des bibliothèques de copolymères linéaires afin d'étudier les relations structure-activité antimicrobienne (RSA) en faisant varier la nature des chaînes latérales, la nature de l'initiateur, le degré de polymérisation, nous permettant de préparer des composés actifs dont les concentrations minimales inhibitrices (CMI) ont été déterminées vis-à-vis de C. difficile, parallèlement à leur cytotoxicité sur les cellules épithéliales intestinales Caco-2. Dans un deuxième temps, nous avons préparé des séries de copolypeptoïdes cycliques en développant une nouvelle méthodologie: la polymérisation par expansion de cycle en utilisant le LiHMDS. Cette nouvelle synthèse nous a permis de faire varier le contenu hydrophobe et la microstructure des copolymères peptoïdiques et de réaliser une seconde étude RSA par rapport à des tests antimicrobiens. Finalement, les structures prometteuses et actives nous ont permis d’étendre notre approche de synthèse à d’autres architectures macromoléculaires: des structures dendritiques en étoile et des conjugués à des antibiotiques. Globalement, les études RSA ont montré que les copolymères linéaires et cycliques à microstructure aléatoire, contenant des groupements N-benzyle et N-aminobutyle présentaient l'activité antibactérienne la plus intéressante. Des tests antibactériens menés en parallèle sur d’autres germes nous ont enfin permis d’évaluer le spectre antibactérien.