Afin de contrôler et de moduler l’administration d’un médicament, il est nécessaire d’encapsuler le principe actif au sein d’une structure chimique ou biochimique qui assure simultanément les rôles de transport, de protection et de ciblage spécifique. La biocompatibilité, la biodisponibilité, la pharmacodynamie et la pharmacocinétique du principe actif sont ainsi améliorés. Le défi relevé dans cette étude a donc consisté à mettre au point un vecteur, de type vésicule catanionique, qui assure une telle tâche, tout en répondant à de nombreuses spécifications inhérentes à sa fonction.
Dans une première partie, nous avons mis au point un système catanionique dérivé de sucres. Pour cela, nous avons exploité la capacité des tensioactifs catanioniques à s’assembler spontanément en solution aqueuse sous forme de vésicules stables chimiquement et thermodynamiquement. En utilisant des tensioactifs dérivés de sucre, matières premières issues de ressources renouvelables et peu onéreuses, nous avons assuré leur biocompatibilité et leur biodégradabilité. Leur association étant spontanée, une telle formulation est facile à mettre en œuvre et requiert peu d’énergie. Par ailleurs, la structure des vésicules catanioniques ainsi formées est facilement ajustable à l’application visée, puisque l’on peut aisément moduler la nature de la tête polaire suivant l’application visée. Ces vésicules catanioniques, de taille, charge et morphologie adéquates pour des vecteurs, présentent en outre une très bonne stabilité dans le temps, mais aussi à la dilution, particulièrement en milieu physiologique. Par ailleurs, leur capacité à encapsuler des molécules hydrophiles dans leur cœur aqueux et à insérer des molécules hydrophobes ou amphiphiles au sein de leur bicouche, et ce sans modification de leurs propriétés physico- chimiques, en font des systèmes de choix dans le cadre d’une vectorisation.
Le design des vecteurs étant achevé, nous avons, dans un second chapitre, vérifié leur capacité à interagir avec des cellules, pour permettre le passage transmembranaire des principes actifs. Une étude préliminaire portant sur l’interaction des vésicules catanioniques avec des assemblages phospholipidiques membranaires a mis en évidence leur capacité à interagir avec ces modèles membranaires, à condition que ceux-ci soient pourvus de défauts d’interfaces. Le relargage du contenu aqueux des vésicules catanioniques dans les systèmes lipidiques modèles a prouvé qu’un processus de fusion membranaire, qui intervient spontanément, contrôle ces interactions.
Nous nous sommes ensuite intéressés au comportement des vésicules catanioniques placées en présence de cellules cultivées in vitro. Notre étude a mis en évidence leur internalisation selon trois voies d’endocytose : la macropinocytose, la voie des cavéoles et, dans une moindre mesure, la voie des clathrines. Ces résultats étaient tout à fait attendus compte tenu de la structure, de la taille et de la morphologie des vésicules. Par ailleurs, outre cette activité métabolique des cellules, nous avons prouvé qu’une interaction de nature mécanique intervient de façon concomitante et permet le relargage du contenu intravésiculaire dans le cytoplasme : il s’agit d’une fusion membranaire spontanée survenant avec une cinétique quasiment immédiate.
Les vésicules catanioniques sont donc des systèmes vecteurs tout à fait innovants et polyvalents, dans la mesure où ils interagissent avec les cellules par des mécanismes
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complémentaires. Leur endocytose, qui permet un ciblage des compartiments endo- lysosomaux, survient suivant différentes voies, ce qui permet d’assurer leur internalisation même en cas de blocage de l’une des voies. Leur fusion spontanée avec les membranes cellulaires permet, quant à elle, de délivrer des composés hydrophiles directement dans le cytoplasme des cellules. Ceci évite les principaux inconvénients de l’endocytose, à savoir une éventuelle dégradation intra-endo-lysosomale du matériel encapsulé et une cinétique lente et complexe de relargage du principe actif.
Les perspectives d’application de tels systèmes sont multiples, puisqu’il est possible de les utiliser quelle que soit l’hydrophobie des principes actifs, la nature des cellules-cibles, ou encore le compartiment intra-cellulaire visé. Il est tout à fait possible d’envisager l’encapsulation simultanée de principes actifs d’hydrophobie et de cibles intracellulaires différentes pour une action conjointe dans le cadre d’une multithérapie, par exemple.
Dans une troisième partie, nous avons utilisé ces systèmes vecteurs dans un cas concret d’encapsulation d’un principe actif. Nous avons choisi d’utiliser une molécule photosensibilisatrice hydrophobe, qui a prouvé son efficacité dans le cadre d’une thérapie photodynamique anti-cancéreuse pour le traitement de mélanomes et de carcinomes de la peau et des muqueuses. Pour cela, nous avons mis au point un protocole d’encapsulation de la molécule, avec une efficacité quasi-quantitative. Ces vésicules ont montré une stabilité exceptionnelle dans le temps et/ou à la dilution, vraisemblablement due à une augmentation de la rigidité membranaire par la présence des principes actifs macrocycliques. Cette particularité induit une protection maximale du principe actif inséré dans les bicouches des vésicules catanioniques. Si cette stabilité extrême empêche les vésicules de fusionner avec les membranes cellulaires et de relarguer le principe actif dans le cytoplasme, elles assurent tout de même leur rôle de transport transmembranaire. Le photosensibilisateur, quoique demeurant dans le vecteur même après son internalisation, peut toutefois être efficace en induisant la mort cellulaire sous l’action d’un rayonnement laser.
Cette protection prolongée du principe actif après son internalisation cellulaire permet d’entrevoir des perspectives d’un fort intérêt thérapeutique. En effet, il serait pertinent de tester l’efficacité de tels systèmes sous l’action d’une multi-stimulation laser afin de potentialiser l’action photocytotoxique du principe actif. Un tel protocole, tout à fait innovant, permettrait de réduire les effets secondaires de cette thérapie anti-cancéreuse. Outre ces perspectives dans le cadre d’une thérapie photodynamique, les vésicules catanioniques offrent un large spectre d’applications thérapeutiques par ces multiples caractéristiques de vectorisation. Quelle que soit la voie qui sera choisie, leur avenir est vraisemblablement tracé…