Mémoire

Ultrastructural changes in parasites induced by nanoparticle-bound pentamidine in a Leishmania major/mouse model

Modifications ultrastructurales des leishmanies induites par pentamidine vectorisée sur un modèle de leishmaniose viscérale murine

¹ Médecin des Armées, IMTSSA, 13998, Marseille.
² Laboratoire de Biologie Parasitaire, Protistologie et Helminthologie. Muséum National d'Histoire Naturelle, 61, rue Buffon, 75231, ParisCedex 05.
³ Laboratoire de Parasitologie, Faculté de Médecine, 94010, Créteil.
⁴ Service de Pharmacologie-Toxicologie, Hôpital Henri-Mondor, 94010, Créteil.
⁵ Laboratoire de Parasitologie, Faculté de Pharmacie, 92000, Chatenay-Malabry.

^* Correspondence : Michèle Deniau. Tel. : 01 49 81 36 31 - Fax : 01 49 81 36 01

Received: 27 November 1996
Accepted: 20 March 1997

Abstract

Drug targeting enhances drug efficacy. This principle was tested in the treatment of an experimental visceral leishmaniasis. Using transmission electron microscopy (TEM) we localized pentamidine-loaded polymethacrylate nanoparticles in the liver of mice infected with Leishmanial major and compared the ultrastructural changes in the parasites of these mice when they were treated with bound versus free pentamidine. Between days 13 and 17 after infection, loaded nanoparticles treated group were injected i. v. with 3 doses of 0.17 mg/kg bound pentamidine loaded on 2 x 10¹¹ nanospheres; control groups received 2 x 10¹¹ unloaded nanospheres. Drug reference control groups received five doses of 200 mg/kg pentavalent antimony (Glucantime®) or three doses of free pentamidine (0.17 mg/kg or 2.28 mg/kg). Mice treated with bound pentamidine displayed a 77 % reduction in their parasite burden versus the untreated controls. Nanoparticles were located by TEM inside parasitized Kupffer cells, in the phagolysosomes without entering the Leishmania. The low dose of 0.17 mg/kg bound pentamidine damaged the Leishmania to the same extent as 2.28 mg/kg of free pentamidine (the usual dose in human chemotherapy). In the parasites inside the Küpffer cells, TEM showed a swollen mitochondrion with loss of cristae, destruction or fragmentation of the kinetoplast, loss of ribosomes and destruction of parasite structures except for the subpellicular microtubules. This study therefore shows that a dose of bound pentamidine 13 times smaller than the usual dose of free pentamidine has a similar effect on the parasite.

Résumé

La vectorisation facilite l'accès de certaines drogues aux parasites intra-cellulaires. Ce concept a été appliqué à un modèle de leishmaniose expérimentale murine au cours duquel des souris BALB/c infectées par une souche de Leishmania major ont été traitées par pentamidine vectorisée sur nanoparticules de polymethacrylate. Du 13^ème au 17^ème jours les souris ont reçu par voie i. v. 0,17 mg/kg de pentamidine chargée sur 2 x 10¹¹ nanoparticules. Les souris des groupes témoins ont reçu soit 2 x 10¹¹ nanoparticules non chargées, soit 2.28 mg/kg ou 0, 17 mg/kg de pentamidine libre, soit un traitement de référence 1200 mg/kg de glucantime®). Les souris traitées par pentamidine vectorisée ont présenté une réduction de leur charge parasitaire de 77 % par rapport au groupe témoin non traité. Les nanoparticules ont été mises en évidence par microscopie électronique dans les cellules de Küpffer. Certaines étaient à l'intérieur des vacuoles parasitophores au contact des leishmanies mais aucune n'a été vue dans les parasites. Les altérations des leishmanies traitées par 0,17 mg/kg de pentamidine vectorisée étaient identiques à celles des leishmanies traitées par 2,28 mg/kg de pentamidine libre (dose habituelle chez l'homme). Les parasites présentaient une mitochondrie dilatée ayant perdu ses crêtes, un kinétoplaste partiellement détruit, une diminution des ribosomes, seuls les microtubules restaient intacts. Au cours de cette étude la pentamidine vectorisée a produit les mêmes modifications ultrastructurales qu'une dose de pentamidine libre 13 fois supérieure.