Soutenance mémoire
Classification des principales nanoparticules utilisées en vectorisation
En fonction de la nature chimique de leur structure, plusieurs catégories de nanoparticules sont utilisées en vectorisation (figure 1).
Liposomes
Les liposomes furent fabriqués pour la première fois en 1965 par Alec Bangham et ses collègues alors qu’ils effectuaient des recherches sur les propriétés de la bicouche lipidique de la membrane plasmique (Bangham, 1993; Bangham et al., 1965). Ce sont des vésicules artificielles, sphériques, formées par une ou plusieurs bicouches de phospholipides séparées entre elles par un espace aqueux. Les liposomes sont classés en trois catégories, en fonction de leur taille et du nombre de bicouches lipidiques les composant. Les Small Uni-lamellar Vesicles (SUV) qui sont de petits liposomes d’environ 20-100nm de diamètre possédant une seule bicouche de phospholipides, les Large Unilamellar Vesicles (LUV) qui sont des liposomes à une seule bicouche de taille très hétérogène et les Multi-lamellar Vesicles (MLV) qui possèdent deux ou plusieurs bicouches lipidiques séparées entre elles par un milieu aqueux.
La nature phospholipidique de la paroi des liposomes en fait des vecteurs biocompatibles, capables de fusionner avec les membranes cellulaires. Par ailleurs, les propriétés de flexibilité, de rigidité ou de fusion de la bicouche lipidique, dépendent de sa composition en phospholipides. Ainsi, les phospholipides à longues chaînes saturées telle que la dipalmitoylphosphatidylcholine augmentent la rigidité et la perméabilité de la bicouche, tandis que la présence de cholestérol ou de lécithines de soja, leur confèrent une structure plus flexible et moins stables (Sahoo and Labhasetwar, 2003). Aujourd’hui les liposomes utilisés possèdent des structures de plus en plus évoluées, incorporant dans leur bicouche des molécules à propriétés divers (anticorps, poly-éthylène glycol) qui améliorent leur stabilité, leur pharmacocinétique et leur ciblage in vivo.
Micelles
Les micelles sont des nanoparticules auto-assemblées de 10 à 100nm, constituées d’une couronne de molécules amphiphiles en équilibre dynamique autour d’un cœur non solide (Letchford and Burt, 2007). En solution aqueuse, les molécules amphiphiles s’organisent spontanément et adoptent la conformation structurelle la moins couteuse en énergie, en minimisant les interactions de leurs parties hydrophobes avec l’environnement aqueux. En milieu organique en revanche, les molécules amphiphiles adoptent le comportement inverse et ce sont les parties hydrophiles qui sont orientées au cœur de la micelle. Ces propriétés des micelles en font des nanoparticules intéressantes car elles sont faciles à préparer et peuvent permettre d’incorporer des molécules aussi bien hydrophiles qu’hydrophobes. De plus, des études montrent que l’organisation stérique particulière de la couronne des micelles les protège de l’opsonisation qui est l’attachement des molécules du complément à la surface de la nanoparticule, et donc permet d’augmenter leur temps de demi-vie dans le sang (Kataoka et al., 2000). La formation des micelles dépend de la quantité de molécules amphiphiles présentes en solution, et il existe une concentration dite « micellaire critique » (CMC) à partir de laquelle les molécules amphiphiles sont capables de s’auto-organiser en micelles, dont la stabilité augmente avec la concentration en molécules amphiphiles (Kabanov and Alakhov, 2002). En dessous de la CMC en revanche, les micelles sont moins stables et se déstructurent. Cette dépendance à la CMC qui les rend instables à la dilution est donc l’une des principales limites à l’utilisation in vivo des micelles.
Les nanocapsules
Les nanocapsules sont des particules colloïdales constituées d’un réservoir liquide ou semi-liquide à température ambiante, contenu à l’intérieur d’une enveloppe solide de nature polymérique (Vauthier and Bouchemal, 2009). Dans les systèmes nanocapsulaires, les molécules sont généralement incorporées dans le réservoir, mais elles peuvent aussi être associées de façon covalente ou non à la paroi polymérique. Le type de polymère et les propriétés de surface influencent: la stabilité de la nanocapsule, le type de molécule transportable et la pharmacocinétique de la formulation. Le réservoir des nanocapsules peut être de nature lipidique ou bien aqueuse, permettant d’incorporer des molécules chimiques hydrosolubles ou non (Letchford and Burt, 2007). Toutefois, la plupart des nanocapsules possèdent un réservoir lipidique. Dans le cas d’une nanocapsule à réservoir aqueux, on parle de polymersome. Les polymersomes possèdent une structure proche des liposomes, à la différence que la paroi polymérique des polymersomes est constituée de copolymères amphiphiles (Discher and Eisenberg, 2002; Letchford and Burt, 2007). Cette catégorie de nanocapsules est adaptée pour l’incorporation de molécules hydrophiles.
Les nanosphères
Les nanosphères sont des nanoparticules polymériques colloïdales matricielles; c’est-à-dire dont la structure est entièrement solide. Elles peuvent être pleines ou poreuses. Les nanosphères pleines sont des structures nanométriques compactes, de formes généralement sphériques, synthétisées à base de polymères ou de copolymères. Parmi les plus connues, on trouve par exemple les nanoparticules de poly-(alkyl cyanoacrylate) (PACA) qui sont des particules biocompatibles et biodégradables, étudiées comme vecteurs de molécules dans différents types d’applications, et notamment la vectorisation de drogues anticancéreuses (Nicolas and Couvreur, 2009; Vauthier et al., 2007). On y trouve également les nanoparticules de PLGA. Dans le cas d’une nanosphère pleine, la molécule à vectoriser peut être associée à la surface de la nanoparticule déjà formée, ou bien incorporée à l’intérieur de la structure polymérique pendant la fabrication de la nanoparticule. Dans ce cas, le polymère doit être biodégradable et la dégradation de la nanoparticule à l’intérieur de l’organisme permet la libération du principe actif. C’est donc un système très intéressant pour la préparation de formulations à délivrance prolongée.
Contrairement aux nanosphères pleines, les nanosphères poreuses ont une structure de mailles plus ou moins serrées dont l’architecture est formée d’une matrice polymérique. Dans ce cas, la molécule d’intérêt peut être insérée dans les structures poreuses, adsorbée en surface, ou bien associée chimiquement au polymère formant la matrice. Ce type de structure poreuse permet d’une part l’incorporation de la molécule dans une nanoparticule préfabriquée, et d’autre part la libération de la molécule sans dégradation du polymère. Par ailleurs, la présence de pores permet d’incorporer de grandes quantités de molécules, sans modifier la taille et les propriétés de surfaces de la nanoparticule (Arayne and Sultana, 2006; Asif et al., 2006; Paillard et al., 2010). De plus, l’architecture flexible de la paroi interne des pores permet de s’adapter à la forme et à la taille de la molécule insérée et augmente les capacités d’association (Horcajada et al., 2010). Enfin, la structure interne de la nanoparticule poreuse peut être modifiée chimiquement par exemple en la rendant hydrophobe/hydrophile en fonction du type de molécule à associer. Ce sont donc des systèmes très attractifs pour des formulations à délivrance contrôlée.
Dendrimères
Les dendrimères sont une catégorie émergeante de nanoparticules synthétisées pour la première fois au début des années 1980. Ces sont des macromolécules nanométriques formées de plusieurs séries de branchements organisés, reliés par un cœur moléculaire (Sahoo and Labhasetwar, 2003). Les dendrimères sont des nanovecteurs très intéressants, peu polydispersés, dont le système de branchement permet de faire plusieurs types d’association chimique sur les différents groupes terminaux. Les molécules transportées sont insérées entre les branchements ou associés chimiquement à ceux-ci. Les propriétés des dendrimères dépendent de la nature chimique du cœur moléculaire et des branchements. Parmi les dendrimères les plus étudiés, on trouve les dendrimères poly-(amidoamine) (PAMAM), les poly (propylene imine) (PPI) et les polyether-copolyester (PEPE) (Wijagkanalan et al., 2011).
Les nanoparticules inorganiques
Les nanoparticules inorganiques possèdent des propriétés particulières de conductivité, de magnétisme, de biocompatibilité, de réactivité, de résistance, de fluorescence…etc. qui les rendent très intéressantes pour différentes applications y compris le diagnostic et le traitement des maladies (Huang et al., 2011). Parmi les plus étudiées, on retrouve par exemple les nanoparticules d’or pour leur propriétés d’optique, d’électrochimie et de biocompatibilité (Boisselier and Astruc, 2009); les nanoparticules d’argent pour leur propriété antibactérienne (Chaloupka et al., 2010); les nanoparticules d’oxyde de fer magnétiques pour leur utilisation en imagerie médicale (Neuwelt et al., 2009); les nanoparticules de silice pour leur biocompatibilité et capacité d’interaction avec l’organisme (Slowing et al., 2008) et les nano-cristaux semi-conducteurs dont les plus connus sont les Quantum Dots (QD), très intéressantes pour la stabilité de leur fluorescence (Li et al., 2011).
Les nanoparticules hybrides métal-organique
Egalement appelés MoF (pour Metal-organic Framework), ce sont des nanoparticules hybrides faites d’éléments métalliques interconnectés par des molécules organiques. Elles peuvent également être placées dans la catégorie des nanosphères et se caractérisent par leur grande porosité (taille des pores allant de 0,4 à 6nm) (Horcajada et al., 2008). Cette importante porosité donne aux MoFs une plus grande capacité d’encapsulation (proportionnellement à leur taille), comparé aux autres nanosphères (McKinlay et al., 2010).
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Table des matières
PARTIE I : INTRODUCTION GENERALE
I. LA VECTORISATION
II. NANOPARTICULES, NANOTECHNOLOGIES, NANOMEDECINE
III. DEVELOPPEMENT DES NANOPARTICULES COMME SYSTEME DE DELIVRANCE DE MOLECULES D’INTERET PHARMACEUTIQUE
3.1. Nanoparticules comme vecteurs
3.2. Classification des principales nanoparticules utilisées en vectorisation
3.2.1. Liposomes
3.2.2. Micelles
3.2.3. Les nanocapsules
3.2.4. Les nanosphères
3.2.5. Dendrimères
3.2.6. Les nanoparticules inorganiques
3.2.7. Les nanoparticules hybrides métal-organique
3.2.8. Les nanoparticules étudiées : nanoparticules polysaccharidiques cationiques et poreuses de maltodextrine
3.3. Evolution des nanovecteurs : vers des nanoparticules de plus en plus performantes
IV. OBJECTIFS DE LA THESE
V. L’ENDOCYTOSE DES NANOPARTICULES
5.1. Généralités sur l’endocytose
5.1.1. Définition
5.1.2. Les voies d’endocytose
5.1.3. La pinocytose
5.1.3.1. La voie des clathrines
5.1.3.2. Les voies d’endocytose indépendantes des clathrines
5.1.4. La phagocytose
5.2. Régulation de l’endocytose
5.3. L’endocytose des nanoparticules
VI. DEVELOPPEMENT DES NANOPARTICULES COMME VECTEURS DE MEDICAMENTS A TRAVERS LES VOIES RESPIRATOIRES
6.1. L’utilisation des voies respiratoires pour l’administration de médicaments
6.2. Nanoparticules comme vecteurs de molécules dans les voies respiratoires
PARTIE II : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
PARTIE III : RESULTATS
CHAPITRE 1 : ETUDES DES MECANISMES D’ENDOCYTOSE
CHAPITRE 2 : ETUDE DE LA GENOTOXICITE DES NANOPARTICULES
CHAPITRE 3 : DELIVRANCE DE PROTEINES
PARTIE IV : DISCUSSION GENERALE
PARTIE V : CONCLUSION ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
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