Cinétiques de libération

II. 1. Libération de molécules d’intérêt biologique

L’ajout de molécules d’intérêt biologique sur des supports implantables en vue de leur libération contrôlée et locale à des fins thérapeutiques est sujet à de nombreuses études.

La libération de biomolécules à partir de supports peut être régulée selon Ji et al. [Ji et al. 2012] par différents mécanismes, seuls ou combinés (figure 2-44) : (a) la désorption, (b) la diffusion, (c) la dégradation du support et (d) via des stimuli externes.

Figure 2-44: Représentation schématique des différents mécanismes de libération de biomolécules à partir de supports [Ji et al. 2012] – Le « release » correspond au pourcentage de BP liberé -

De nombreux types de substrats ont fait l’objet d’un très grand nombre d’études pour leur aptitude à la libération de substances thérapeutiques. Parmi ceux-ci les phosphates de calcium, grâce à leur propriété de biocompatibilité, leur composition chimique proche du minéral osseux et à leurs multiples possibilités de mise en forme (ciments, céramiques, granules…), représentent un support de choix pour la délivrance locale de molécules d’intérêt biologique.

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Depuis les années 90, un grand nombre de travaux décrivant différents types d’associations phosphate de calcium/principe actif sont décrits dans la littérature. Ainsi, l’association d’agents thérapeutiques telle que la cisplatine avec des phosphate de calcium mal ou bien cristallisés [Barroug et al. 2004] et des céramiques phosphocalciques [Uchida et al. 1992] ; la conjugaison d’antibiotiques tels que la gentamycine, la vancomycine et l’ampicilline avec des ciments phosphocalciques [Bohner et al. 1997; Hamanishi et al. 1998], une apatite déficiente en calcium [Obadia et al. 2003] et une hydroxyapatite [Queiroz et al. 2001] ; l’incorporation de facteurs de croissance à des apatites phosphocalciques [Guicheux et al. 1997; Midy et al. 1998; Autefage 2009 b] en est un autre exemple. Toutefois, si la plupart de ces exemples portent sur l’étude des procédés d’association ou d’incorporation et/ou sur la nature des interactions molécules/supports, la majorité de ces études ne détaille pas ou peu le mécanisme de libération impliqué dans ces associations.

Parmi les molécules d’intérêt thérapeutiques qui présentent un ou des avantage à être libérées à partir d’un support, se trouvent notamment plusieurs composés de la famille des BP. En effet, une libération ciblée et contrôlée de BP permettrait notamment d’augmenter la biodisponibilité du principe actif dans l’organisme et de diminuer les effets secondaires recensés à ce jour observés par voie systémique (voie orale, intraveineuse) [Coleman 2008; Coleman et al. 2011]. Ainsi, l’alendronate, une molécule de BP, a été associée avec des systèmes de type matriciel tels qu’une matrice hydrophile à base de polymère [Ochiuz et al. 2010] ou un matériau mesoporeux ordonné à base de silice [Balas et al. 2006] afin de permettre sa libération locale. Dans le cas de ces deux études, le mécanisme de libération identifié est un processus de diffusion des molécules de BP à travers la matrice.

De plus, les molécules de BP ayant une grande affinité pour les phosphates de calcium, leur association a donné lieu à des études sur leur libération. Par exemple, la libération de l’alendronate a été étudiée à plusieurs reprises, par Shi et al. [Shi et al. 2009] à partir de microsphères composites à base de polymère (PLGA) et d’hydroxyapatite chargées en BP, par Palazzo et al. [Palazzo et al. 2007] à partir d’apatite nanocristalline ayant préalablement adsorbée les molécules de BP. Les travaux de Faucheux et al. [Faucheux et al. 2009] et de Roussière et al. [Roussière et al. 2008] portent, quant à eux, sur l’étude de la désorption de zolédronate lorsqu’il est préalablement chargé sur une apatite déficiente en calcium et du

TCP. De plus, l’étude de Palazzo et al. utilise les apatites nanocristallines en tant que supports apatitiques puisqu’ils possèdent une chimie plus proche de celle du minéral osseux.

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La plupart des études de libération sont liées à une utilisation thérapeutique d'associations BP- phosphates de calcium. Il paraît important de déterminer les mécanismes de libération ou de non-libération qui seraient responsable d'une accumulation du médicament dans l'organisme. Dans ce travail, nous avons étudié la cinétique et le mécanisme de libération des molécules de tiludronate préalablement adsorbées sur trois apatites nanocristallines différentes (NCA1, NCA2 et NCA3) afin de mieux appréhender la libération du BP au contact des cellules osseuses. Cette étude a été réalisée en collaboration avec la composante pharmacie galénique de la faculté de pharmacie de Toulouse, rattachée à notre équipe.

II. 2. Mode opératoire

L’étude de la cinétique de libération a été réalisée à l’aide d’un appareil de dissolution apparente équipé de cellules à flux continu, présentées en figure 2-45.

Figure 2-45: Cellule à flux continu d’un appareil de dissolution apparente [2008]

Les dimensions sont exprimées en millimètres

Cette méthode a été choisie car son utilisation permet de déterminer la vitesse de dissolution/libération de substances actives dans des préparations présentées sous forme de poudres ou de granules selon la Pharmacopée Européenne [2008] et l'appareil utilisé satisfait à ces normes.

Dans notre cas, ce dispositif nous permet d’établir la cinétique de libération des molécules de tiludronate préalablement adsorbées sur des poudres d’apatites nanocristallines : NCA1, NCA2 et NCA3 dans un milieu aqueux.

Le montage du dispositif utilisé est schématisé en figure 2-46. La nature du milieu aqueux circulant dans le circuit fermé à flux continu est de l’eau ultrapure (type eau milli-Q); le débit du flux est de 15mL/min, le volume du circuit fermé est de 50mL pour un volume de cellule de 25mL et la température du bain thermostaté est de 37°C. Une masse de 100mg de poudre d’apatites nanocristallines a été insérée dans chaque cellule. Notons que les conditions SINK sont respectées [2008] c’est à dire que nous nous sommes assurés de travailler avec un rapport poudre/solution tel que la concentration de BP libérée en solution tout au long de l’expérience

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reste inférieure à la concentration à saturation afin de pallier au phénomène de saturation du milieu qui fausserait la cinétique de libération.

L’adsorption des molécules de tiludronate sur les poudres NCA1, NCA2 et NCA3 répond au protocole précédent avec un milieu d’adsorption concentré à 2g/L de tiludronate soit Qads = 2,47 mM, 1,99 mM et 1,55 mM pour NCA1, NCA2 et NCA3 respectivement. Les poudres apatitiques NCA1, NCA2 et NCA3 sans BP ont aussi été soumises à cette étude à titre d’échantillon de référence. Les essais ont été tripliqués pour chaque composition.

A intervalles réguliers, nous avons prélevé 5mL de milieu dans le flacon de prélèvement que nous avons aussitôt renouvelé par 5mL d’eau ultrapure afin de conserver un volume constant dans le circuit. Les milieux prélevés et filtrés sur millipore (=0,2µm) sont dosés par spectrophotométries UV et ICP-AES afin de déterminer respectivement la quantité de molécules de tiludronate libérée et la teneur en ions calcium et phosphate présents dans le milieu pour chaque temps : tprélèvement.

Figure 2-46: Représentation schématique du montage de l’appareil de dissolution apparente (A) (Adapté de [Queiroz et al. 2001]) équipé de six cellules à flux continu (B)

(A)

(B)

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II. 3. Résultats