Nanovecteurs et mécanismes de délivrance de principes actifs
71 électrostatique, d’état de phase, de présence de défauts [315] , ou encore d’intensité d’énergie
libre générée par le rayon de courbure des systèmes [188].
Trois conditions sont nécessaires pour obtenir une fusion membranaire dite « spontanée », c’est-à-dire gouvernée par des phénomènes endogènes.
1. Les deux membranes doivent se trouver à une distance suffisamment faible l’une de l’autre pour permettre leur contact. Le rapprochement est opéré par des forces attractives de Van der Waals. L’agrégation des deux membranes ne peut avoir lieu que si les forces contribuant à la stabilisation des colloïdes (électrostatiques, stériques ou forces d’hydratation) sont diminuées [188, 316].
2. Les lipides constituant les deux membranes doivent pouvoir se mélanger, pour cela la présence de défauts d’organisation est nécessaire dans la région de contact [188]. 3. La courbure spontanée des monocouches membranaires externes des deux systèmes
doit permettre la formation des intermédiaires de fusion (hémifusion et pore de fusion) [317]. Par exemple, une récente étude [318] a tiré profit de la modification du rayon de courbure par la synthèse in situ de céramides dans la membrane de liposomes, afin d’induire leur fusion spontanée par stimulation chimique endogène. Ces conditions étant très restrictives, peu de vecteurs vésiculaires décrits dans la littérature
[319]
possèdent la capacité de fusionner spontanément avec les membranes cellulaires. De plus, ce processus est la plupart du temps corrélé à l’endocytose de ces vecteurs [320].
Il y a près de quarante ans, Papahadjopoulos et al. [321] ont reporté pour la première fois la fusion spontanée de liposomes unilamellaires avec des membranes de cellules cultivées in
vitro. Ils ont démontré l’influence de la charge des vecteurs : seuls les liposomes chargés
négativement ont fusionné, les vésicules neutres n’ont pas interagi, tandis que les liposomes chargés positivement ont induit une forte cytotoxicité. L’état de phase a aussi joué un rôle important : les liposomes en phase liquide ordonné (lo) ou en phase intermédiaire (so/lo) ont
induit une fusion largement plus importante que des liposomes en phase gel (so). La
nécessité pour les liposomes d’être en phase fluide a depuis été confirmée sur d’autres systèmes liposomes/cellules [101]. Dans les années 1970-1980, plusieurs études d’interactions liposomes/cellules ont interprété leurs observations comme étant des conséquences d’une fusion membranaire, induisant un relargage du contenu intraliposomal dans le cytoplasme des cellules [24, 28, 320, 322].
Toutefois, Szoka et al. [323] ont démontré que les molécules sondes fluorescentes utilisées pour marquer les lipides de leurs liposomes en interaction avec différents types cellulaires n’étaient pas incorporées dans la membrane plasmique, ce qui aurait été le cas dans l’hypothèse d’une fusion membranaire, mais plutôt adsorbées à la surface ou endocytées. Ils ont ainsi suggéré que l’exosquelette de la membrane cellulaire limite la fusion avec la bicouche de membrane plasmique.
Si l’avancée des techniques de fluorescence a fortement remis en question les interprétations de fusion membranaire avancées par le passé [158, 324-326], il n’en demeure pas moins que certains systèmes semblent tout de même pouvoir fusionner avec les membranes cellulaires.
Huth et al. [253] ont mis en évidence la fusion de membranes de cellules (COS-7 –cellules de rein simien- et HUVEC –cellules d’endothélium ombilical humain) avec des liposomes composés d’hémisuccinate de cholestéryle et de dioléylphosphatidyléthanolamine (2 : 3), phospholipide connu pour ses propriétés de promoteur de fusion [327, 328]. A travers cette
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étude, ils ont clairement déterminé l’aspect non-métabolique de la fusion membranaire, puisque ce phénomène n’est pas inhibé à faible température (4°C), à l’inverse des processus actifs d’endocytose. La fusion membranaire est donc bien un processus passif.
Plus récemment, nous avons envisagé la possibilité d’une vectorisation par fusion membranaire à partir de vésicules catanioniques qui font l’objet des travaux de cette thèse. En effet, une étude préliminaire [60] a permis de mettre en évidence l’interaction de ces vésicules catanioniques avec différents types cellulaires, phagocytaires (macrophages, PBMC) ou non (cellules chromaffines, kératinocytes) selon des mécanismes d’endocytose, mais a aussi soulevé l’intervention d’un processus passif, vraisemblablement de la fusion membranaire.
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4. Conclusion
Afin de répondre aux problèmes de pharmacocinétique et de biodistribution inhérents à l’administration de médicaments, le domaine nanotechnologique de la vectorisation a été mis en place. Depuis son avènement, de nombreux systèmes de délivrance de principes actifs ont été mis au point suivant des designs variés, tant au niveau de leur composition (lipides, polymères, tensioactifs…) que de leur mode d’encapsulation (systèmes vésiculaires ou matriciels). Ces sytèmes possèdent tous la capacité de transporter les principes actifs de façon efficace et sûre vers leur cible cellulaire.
Il existe différents mécanismes d’interaction vecteur/cellule complexes, faisant appel au métabolisme cellulaire suivant des mécanismes biochimiques plus ou moins régulés, comme les différentes voies d’endocytose, ou au contraire faisant intervenir des mécanismes passifs, comme l’adsorption ou la fusion membranaires. Comme nous l’avons vu, chacune de ces voies présente des avantages et des limites. Connaissant leur fonctionnement, on peut adapter la conception du vecteur afin de provoquer son internalisation suivant la voie d’entrée optimale, compte tenu de la nature du principe actif et de sa cible intracellulaire. Dans l’idéal, la stratégie la plus pertinente serait de mettre au point un système polyvalent, pouvant encapsuler séparément ou simultanément des principes actifs hydrophiles et hydrophobes, et interagissant suivant plusieurs voies d’entrées pour optimiser l’efficacité de délivrance. L’un des domaines d’expertise développés au laboratoire des IMRCP [329] concerne l’élaboration de tensioactifs catanioniques dérivés de sucres, formant spontanément des vésicules en milieux aqueux. Des études préliminaires ont pu mettre en évidence leur capacité à encapsuler des molécules d’hydrophilie variée [330] et à intéragir avec différents types cellulaires, phagocytaires ou non [60].
L’objet des travaux présentés dans cette thèse est à présent d’approfondir l’étude de tels systèmes pour la vectorisation de principes actifs. Pour cela, la structure du vecteur sera dans un premier temps améliorée. Ensuite, nous évaluerons ses capacités d’encapsulation et ses mécanismes d’interaction cellulaire (endocytose et/ou fusion membranaire) suivant le design adopté. Enfin, nous étudierons son comportement dans un cas concret d’encapsulation d’un principe actif anticancéreux, en présence de sa cible cellulaire.