Applications biomédicales des complexes colloïdaux

Les complexes colloïdaux à base de polysaccharides sont admis par la pharmacopée de part la biocompatibilité des matériaux et les conditions de formulation. Ces particules constituent ainsi des candidats idéaux pour le transport de molécules actives dans le cadre d’une application pharmaceutique ou en thérapie génique, d’autant que les conditions de formulation très douces permettent d’encapsuler des molécules biologiques fragiles, tout en préservant leur intégrité et leurs propriétés ^173–178. Nous illustrerons dans la partie qui va suivre l’utilisation des complexes colloïdaux dans le domaine de la délivrance de principes actifs.

Liu et al.¹⁷⁰ ont utilisé des particules chitosane-héparine de charges positives comme modèle de vecteurs de protéines. Pour cela, la BSA (albumine de sérum bovin) a été prise comme modèle et a été pré-complexée au chitosane avant d’ajouter la solution d’héparine. Ainsi, ces auteurs ont constaté que le taux de solide influence énormément le rendement d’encapsulation. Une concentration élevée en polyélectrolytes induit un taux de solide élevé et par conséquent un meilleur taux d’encapsulation de la BSA. Selon les conditions expérimentales, le rendement obtenu par cette équipe varie entre 10 et 55%.

Chen et al.¹⁷⁹ ont rapporté un taux d’encapsulation relativement élevé, d’un peptide anti-angiogénique dans des particules chitosane-sulfate de dextrane. Pour cette étude, les auteurs

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ont mélangé le peptide dans une solution de sulfate de dextrane à 0,1%, qui, ensuite a été introduite dans une solution de chitosane de même concentration, avec un rapport de mélange (n+/n-) variable. Les particules contenant le peptide se forment immédiatement après mélange des deux solutions. Leurs caractéristiques physicochimiques et le profil de libération du peptide sont étroitement liés au rapport de mélange entre les deux polyélectrolytes. Ainsi, un ratio égale à 0,59 offre des résultats optimums avec des tailles inférieures à 300 nm, un taux d’incorporation maximal de 75% et une libération lente et continue du peptide sur une longue période d’au moins 6 jours.

De nombreux travaux reportent la complexation du chitosane avec l’ADN^180,181, pour la délivrance de gènes. Celui réalisé par et Lavertu et al.¹⁸² a permis de monter l’influence du degré d’acétylation, de la masse moléculaire du chitosane et du ratio de charge sur la capacité des particules chitosane-ADN à délivrer des gènes. Les nanoparticules formulées à partir de chitosane de faible masse moléculaire et un DA faible (DA= 2%, Mn = 120 000g.mol^-1) ont tendance à être instables, tandis que celles formulées à partir de chitosane de masse moléculaire élevée (Mn = 220 000g.mol^-1) et un DA de 28% sont plus stables mais l’expression des gènes est insuffisante. Des conditions intermédiaires mélangeant un haut DA avec une faible masse moléculaire et inversement permettent à la fois d’avoir une stabilité acceptable et une bonne expression des gènes à leur libération. Outre ce constat, les auteurs reportent des effets du rapport de charge et du pH sur l’expression des gènes. Les conditions optimales nécessitent donc de travailler à un pH de 6,5 et un rapport de charge égale à 5 pour le couple bas DA-haute masse moléculaire et un ratio de 10 pour l’inverse.

Les nombreux paramètres de formulation qui interviennent sur l’encapsulation de molécules comme les protéines compliquent la mise en place d’un protocole efficace. Une alternative à cela est l’adsorption de ces macromolécules biologiques à la surface des particules. La faisabilité de cette stratégie, pour une application vaccinale a été démontré par Drogoz et al.¹⁸³ et Weber et al.¹⁷².

La capacité de la technique de complexation à élaborer des particules modulables constitue un atout majeur pour cette application particulière. Le contrôle de la taille et des charges à la surface des particules se fait par la modulation de la concentration en polymère et du rapport de charge (n+/n-). Drogoz et al.¹⁸³ ont montré que la cinétique d’adsorption de la protéine p24 de la capside du VIH-1dépend de la nature des charges (positive ou négative) à la surface des

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colloïdes. Moins de deux heures suffisent pour saturer la surface des particules négatives alors qu’il en faut vingt pour celles chargées positivement. La quantité maximale de protéines adsorbées par gramme de particules est de 600 mg.g^-1 pour les particules positives et 120 mg.g^-1 pour les négatives¹⁸³. Les auteurs attribuent ces adsorptions élevées à une diffusion partielle de la protéine à l’intérieur des particules.

Les complexes colloïdaux peuvent aussi être utilisés comme vecteurs de molécules actives de petites masses molaires comme la doxorubicine¹⁷⁵, l'amphotéricine B¹⁸⁴ ou le encore le ténofovir¹⁸⁵. Pour de telles applications, la structure interne et la stabilité des colloïdes sont déterminantes pour assurer une bonne capacité à maintenir l’actif en son sein et d’assurer, par la suite, sa libération. Par exemple, Tan et al.¹⁸⁶ ont étudié l’encapsulation de la doxorubicine, un anticancéreux, et ont mis en évidence les effets des paramètres tels que la masse molaire et la concentration du sulfate de dextrane, la concentration en principe actif ainsi que le pH du milieu sur l’élaboration de microparticules. Le procédé expérimental consiste à pré-complexer la molécule active avec le chitosane, avant d’additionner le sulfate de dextrane. Les résultats obtenus font état d’une efficacité d’incorporation de 99% pour une concentration en doxorubicine de 100 mM, un sulfate de dextrane avec une masse relative de 8000 g.mol^-1, une concentration de 150 mg/ml et un chitosane à 0,02%. Une approche similaire a été menée par Polexe et al.¹⁸⁵ pour l’encapsulation du ténofovir dans des particules chitosane-sulfate de dextrane. Ces auteurs ont obtenus un taux d’encapsulation de 99-100% avec 10 mg/mL de ténofovir et un rapport massique actif/chitosane de 0,3, 0,3 et 0,6. Ce rendement élevé n’a pas d’impact sur les tailles qui varient entre 530 et 560 nm. La capacité des nanovecteurs chitosane-tenofovir-sulfate de dextrane à adsorber des anticorps tout en maintenant la bioactivité de ces protéines a aussi été évaluée dans deux milieux différents : physiologique (PBS) et pH 5 (acide citrique). Les anticorps choisis sont des immunoglobulines A (IgA) anti-hCEA et anti-D4E7. Les résultats montrent une adsorption élevée de ~ 104 mg / g IgA / particules à la fois dans le PBS et l’acide citrique pour les particules seules, sans actif. Cette adsorption diminue avec l’augmentation du rapport de masse ténofovir/chitosane. Des tests ELISA ‘Enzyme-linked Immunosorbent Assays ‘ (ELISA) ont montré que la capacité de reconnaissance des immunoglobulines était conservée au moins 7 jours. Les nanovecteurs à base de polysaccharides sont donc des bons candidats pour la délivrance ciblée de principes actifs.

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