Encapsulation de principes actifs antifongiques dans les dendrimères

1.2.6.1. Dendrimères comme agents de nano-encapsulation des molécules antifongiques

Comme déjà mentionné (section 1.2.3.3), un des domaines médicaux, où les dendrimères pourraient être potentiellement très en demande, est la thérapie antifongique avec certaines substances actives hydrophobes qui sont déjà approuvées, mais qui présentent cependant des difficultés à atteindre une efficacité optimale. Étant encapsulé dans un nanovecteur dendritique à l’architecture convenable, le PA hydrophobe serait susceptible d’être plus soluble dans les milieux aqueux, ce qui faciliterait sa distribution dans la circulation sanguine, essentielle dans le cas d’infections systémiques. Par exemple, le PPI G5 a été proposé pour augmenter la solubilité de l’amphotéricine B [198]. Les PAMAM G2-3 avec une surface modifiée par le greffage de TRIS ont été utilisés pour encapsuler les acides benzoïque et salicylique [212].

Figure 27. Aperçu schématique de différents facteurs qui déterminent la résistance antifongique au sein d’un biofilm, y compris la densité, le stress, les persistants, la matrice extracellulaire (ECM), les pompes d’efflux, les cibles en excès et la physiologie

générale de biofilm [303].

En dehors d’améliorations au niveau de la solubilité, la taille nanométrique et uniforme des dendrimères pourrait être bénéfique pour pénétrer efficacement les biofilms* de

champignons, ce qui serait utile dans le cas des formulations antifongiques injectables et topiques [*Le biofilm est une matrice extracellulaire secrétée par les champignons, exerçant le rôle de biofiltre sélectif, permettant la meilleure protection de la population de cellules pathogènes contre les mécanismes de protection de l’organisme-porteur, ainsi que contre les PA antifongiques. Il est observé dans les cas de champignons pathogènes de familles Candida, Aspergillus, Cryptococcus, Trichosporon, Coccidioides et Pneumocystis [303-306] (Figure

27, page 63)].

Les mécanismes de protection ci-mentionnés, ainsi que la nature eucaryote des champignons, possédant la machinerie cellulaire similaire aux organismes supérieurs tel qu’humain, nécessitent des approches très spécialisées dans les traitements médicamenteux. Depuis plusieurs décennies, malgré les avancées importantes en médecine, le nombre de patients atteints d’infections fongiques est en croissance. Ceci est généralement dû à l’augmentation des cas liés à la suppression du système immunitaire (cancer, transplantation d’organes, SIDA etc.), ce qui diminue la résistance antifongique naturelle de l’organisme [307].

Compte tenu de la diversité morphologique de différentes espèces de champignons pathogènes (plus de 600 en tout), l’application de PA possédant un large spectre d’activité antifongique est toujours une préférence. Actuellement, la classe d’agents antifongiques azolés est considérée comme l’une des plus vastes et efficaces. Les premiers PA de ce type ont été élaborés par le groupe Janssen à la fin des années 1960 [307]. L’efficacité de ces substances est expliquée par leur sélectivité élevée d’action contre les champignons (voir plus de détail dans la section 1.2.6.2). Néanmoins, malgré cet avantage au niveau cellulaire, les antifongiques azolés présentent souvent des problèmes de solubilité. Bien que de nombreuses solutions soient déjà proposées pour y remédier, l’élaboration de nouveaux systèmes d’encapsulation est toujours d’actualité. Par exemple, il a été récemment rapporté qu’en présence de dendrimères PAMAM G2 et G3, modifiés par greffage de TRIS, la solubilisation du tioconazole restait toujours très faible [212].

Étant donné que l’un des objectifs du présent projet de recherche consiste à élaborer de nouveaux systèmes dendritiques pour encapsuler l’itraconazole (un PA antifongique azolé), la section suivante sera consacrée aux propriétés de cette substance, ainsi qu’aux données bibliographiques concernant l’amélioration de sa solubilité.

1.2.6.2. Itraconazole

L’itraconazole (ou ITZ; Figure 28, page 65) est un agent antifongique de type triazole. Il a été inventé en 1980 et ensuite, commercialisé en 1986 sous le nom “SporanoxTM” par Janssen Pharmaceutica [308]. Cl Cl N N N O O O N N N N N O * * *

Figure 28. Structure chimique de l’itraconazole

Le nom chimique complet de l’ITZ, selon la nomenclature IUPAC, est (+)-1-[(RS)- sec-butyl]-4-[p-[4-[p-[[(2R,4S)-2-(2,4-dichlorophényl)-2-(1H-1,2,4-triazol-1-ylméthyl)-1,3- dioxolan-4-yl]méthoxy]phényl]-1-piperazinyl]phényl]-Δ2-1,2,4-triazolin-5-one. Le PA présente un mélange racémique (1:1:1:1) de quatre diastéréomères (deux paires énantiomériques) avec trois centres chiraux: (+)-1-[(R*)-sec-butyl]-4-[p-[4-[p-[[(2R*,4S*)-2- (2,4-dichlorophényl)-2-(1H-1,2,4-triazol-1-ylméthyl)-1,3-dioxolan-4-yl]méthoxy]phényl]-1- piperazinyl]phényl]-Δ2-1,2,4-triazolin-5-one et (+)-1-[(R*)-sec-butyl]-4-[p-[4-[p-[[(2S*,4R*)- 2-(2,4-dichloro-phényl)-2-(1H-1,2,4-triazol-1-ylméthyl)-1,3-dioxolan-4-yl]méthoxy]phényl]- 1-piperazinyl]phényl]-Δ2-1,2,4-triazolin-5-one qui possèdent une formule moléculaire brute C35H38Cl2N8O4 et une masse molaire de 705,64 g/mol [309-311].

L’ITZ se présente sous forme d’une poudre cristalline blanche avec un point de fusion de 166,2oC [312], pratiquement insoluble dans l’eau (<1 μg/ml dans les solutions aqueuses aux pH 1,0–12,7 [313]), très peu soluble dans l’éthanol, aisément soluble dans le dichlorométhane, modérément soluble dans le tétrahydrofurane [314]. Il est une base faible avec un pKa de 3,7 (basé sur l’extrapolation des valeurs obtenues pour les solutions méthanoliques) et le log du coefficient de partage (n-octanol/eau) de 5,66 à pH 8,1, ce qui signifie que cette substance est très hydrophobe [310, 315]. L’ITZ a une stabilité limitée aux températures élevées et aux bas pH [316]. Il est entreposé dans des contenants hermétiques protégés de la lumière [317]. Présentement, les propriétés physiques et chimiques de ce PA

ainsi que ses caractérisations structurales par différentes méthodes sont déjà bien étudiées [317].

Faiblement toxique pour l’humain, l’ITZ est hautement actif contre plusieurs espèces de champignons pathogènes telles que Aspergillus spp., Blastomyces dermatitidis, Candida spp., Coccidioides immitis, Cryptococcus neoformans, Epidermophyton spp., Histoplasma capsulatum, Malassezia furfur, Microsporum spp., Paracoccidioides brasiliensis, Sporothrix schenckii, Trichophyton spp. etc., en tout, contre 12 différentes familles. Ceci favorise son application surtout chez les patients immunodéprimés (les cas de cancer, SIDA, ou de transplantation d’organes) [307, 309, 314, 315, 318-328].

Le mécanisme de l’activité antifongique de l’ITZ est typique des PA azolés et consiste principalement à inhiber la synthèse de l’ergostérol (une substance nécessaire pour la formation de la membrane cellulaire des champignons). En particulier, il interagit avec le lanosterol-14α-déméthylase (CYP51), une enzyme nécessaire pour transformer le lanostérol en son dérivé déméthylé (Figure 29, page 66) [307]. Par conséquent, les membranes fongiques privées de l’ergostérol deviennent trop perméables, ce qui cause la destruction de champignons par la fuite du contenu cellulaire.

Figure 29. Voie de la biosynthèse d’ergostérol avec le point d’inhibition par les azoles [307].

L’efficacité antifongique de l’ITZ est également expliquée par l’inhibition de la respiration endogène, l’empêchement de la formation des formes micellaires par les levures (en réagissant avec les phospholipides membranaires), ainsi que par le blocage de l’absorption des purines et de la biosynthèse impaire de triglycérides et/ou phospholipides [310, 319].

Les doses thérapeutiques journalières de l’ITZ sont de l’ordre de 100 à 400 mg, dépendamment des indications. Les pics plasmatiques sont atteints entre 1,5 et 5 h. Ce principe actif est métabolisé dans le foie, majoritairement, par la voie oxydative avec le cytochrome P450 isoenzyme CYP3A4. Le métabolite majeur, hydroxyitraconazole, possède une activité antifongique comparable à celle de l’ITZ. Dans le sang, l’ITZ et l’hydroxyitraconazole sont principalement liés aux protéines avec les taux respectivement de 99,8 et 99,5%. Les deux inhibent le système CYP3A4. La demi-vie pour une dose de 100 mg du PA est de 20 h, cependant, elle peut augmenter jusqu’à 30-40 h, si le médicament est pris continuellement. La biodisponibilité absolue maximale de l’ITZ par voie orale est de 55% (uniquement dans les conditions favorables telles que la prise avec un jus d’agrumes) [310, 314]. Dans le cas de l’administration IV, le volume de distribution est de 796+185 L et la clairance totale est de 381+95 mL/min [310]. La concentration toxique dans le sérum pour la somme de l’ITZ et de son hydroxy-métabolite est de 6 mg/L [312].

Présentement, il existe 171 préparations d’ITZ mono-ingrédients, commercialisées dans 41 pays, et 3 préparations à plusieurs ingrédients dans 2 pays [314]. Cependant, malgré la haute activité antifongique, la biodisponibilité basse de ce PA (expliquée par sa faible solubilité dans les milieux aqueux [313]) demeure toujours un problème important dans le développement de ses formulations [12]. Pour contourner cet obstacle, différentes approches ont été proposées, en particulier, les solutions solides dans les PEGs [329], l’argile laponite soluble dans l’eau [313], l’acide phosphorique [330], les dispersions solides avec l’hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) hydrosoluble [331], les extrusions à température élevée avec HPMC et Eudragit E100 et avec le mélange Eudragit El00-PVPVA64 [332]. L’ITZ peut aussi être formulé sous forme de complexes avec le 2-hydroxypropyl-β- cyclodextrine (HP-β-CyD) [316, 333, 334] et de mélanges du HP-β-CyD avec le HPMC obtenus par extrusion à haute température [335]. La méthode de fusion à chaud a été également utilisée pour préparer les formulations semi-solides avec le Polysorbate80 et les acides oléique, laurique, maléique et citrique [12]. Certains travaux concernent l’encapsulation de l’ITZ dans les liposomes contenant les phospholipides et les additifs lipophiles tels que cholestérol, diméthylisosorbide, tétraglycol etc. [336], ainsi que les liposomes basées sur les mélanges d’éosine, lécithine, cholestérol, déoxycholate de sodium, mannitol and lactose [337]. Un intérêt particulier a été porté sur l’application de microémulsions [315] et micelles [338]

contenant les huiles triglycérides et les surfactants non-ioniques. Récemment, l’encapsulation du PA dans les nano-particules polymériques à base de l’acide poly-lactique [339, 340] et dans les micelles formées par les star-polymères présentant les acides biliaires modifiés par le greffage de chaines PEG [341] a été également décrite. Les résultats très encourageants ont été obtenus dans le cas de nanoparticules composées de lipides solides et liquides [342]. Néanmoins, dans la pratique pharmaceutique, le nombre d’excipients adoptés pour encapsuler l’itraconazole n’est pas si grand. Dans les médicaments commercialisés sous le nom Sporanox® de Janssen Pharmaceutica, conçus respectivement pour l’administration orale et iv, on utilise les complexes d’inclusion avec les cyclodextrines [316, 343]. Une autre forme orale, des capsules de Sporanox®, contient à l’intérieur de l’enveloppe externe dure les sphères à base de sucrose et HPMC, sur lesquelles un mélange de gélatine et ITZ a été pulvérisé [310, 329, 344]. Il est à noter que la biodisponibilité de l’itraconazole sous forme de capsules Sporanox® ne dépasse pas 37%, tandis que pour les solutions Sporanox® elle peut atteindre jusqu’à 55% [345]. Cependant, l’utilisation de solutions Sporanox® est limitée dû à la toxicité des cyclodextrines pouvant causer dans certains cas l’adénocarcinome pancréatique comme montré chez le rat [346].

En conclusion, on peut constater que malgré les avancées des traitements antifongiques avec l’itraconazole, la biodisponibilité de ce principe actif reste toujours faible. Par conséquent, des excipients efficaces, permettant d’améliorer la solubilisation de ce PA dans les milieux aqueux sont toujours en demande. Par exemple, notre analyse de brevets de la bibliothèque internationale de l’Office européen des brevets [347] sur des applications, la synthèse et les formulations de l’ITZ, montre que parmi 263 documents trouvés, plus de 87% sont sur les formulations permettant la solubilisation de ce principe actif dont plus de 94% sont publiés après 2000. À cet égard, il est également à mentionner qu’au moment de la mise en place du présent projet de recherche, aucun vecteur dendritique n’avait été encore proposé pour encapsuler ce principe actif.

1.3. Conclusion de l’analyse bibliographique. Formulation de