Formulation et caractérisation de vésicules catanioniques

3.1.

Généralités sur l’auto-agrégation de tensioactifs en solution

aqueuse

Les tensioactifs en solution aqueuse possèdent la propriété de s’orienter au niveau d’interfaces eau-air ou eau-huile, ayant pour conséquence d’abaisser la tension interfaciale. Au-delà d’une certaine concentration définie à une température donnée, ces tensioactifs dispersés en solution aqueuse s’associent spontanément sous forme d’agrégats supramoléculaires, afin de réduire au maximum le contact des parties hydrophobes avec l’eau. La morphologie de ces agrégats varie en fonction de la géométrie du tensioactif, donc de sa structure moléculaire.

Ce phénomène a été modélisé pour la première fois par Israelachvili et al. [331], qui a introduit la notion de paramètre d’empilement moléculaire P. Ce concept, fondé sur des considérations géométriques, permet de prévoir la morphologie des associations supramoléculaires à l’équilibre thermodynamique, en tenant compte de trois paramètres géométriques du tensioactif : la surface de sa tête polaire a, le volume de sa queue hydrophobe v et la longueur de la chaîne lipophile l, tels que : P = v/a.l.

La correspondance établie entre le paramètre d’empilement P et la morphologie des agrégats est reportée dans la Figure II- 6.

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Ce paramètre d’empilement a été largement admis et utilisé par la communauté scientifique. Cependant, son utilisation est parfois biaisée par manque de rigueur dans la définition des paramètres à prendre en compte. Une récente discussion menée par Kunz et

al. [349] a permis d’apporter quelques précisions sur l’utilisation du paramètre d’empilement.

La longueur l de la chaîne lipophile considérée doit correspondre à la valeur moyennée sur les différentes conformations de la molécule. Le volume moléculaire v doit quant à lui inclure non seulement la partie apolaire du tensioactif, mais aussi la phase lipophile pénétrante. Ces paramètres ne sont pas forcément faciles à déterminer expérimentalement. Lorsque le paramètre d’empilement est compris entre 0,5 et 1, les tensioactifs ont tendance à s’associer spontanément sous forme de vésicules constituées de bicouches, stabilisées par un équilibre compétitif entre l’entropie du mélange et l’élasticité de la courbure des bicouches de tensioactifs [350]. Cette organisation spontanée a suscité un profond intérêt dans la communauté scientifique et est à l’heure actuelle largement exploitée dans diverses applications industrielles, dans le domaine de la santé (à visée diagnostique ou thérapeutique, notamment l’encapsulation d’antifongiques, d’anticancéreux, de vaccins…), des formulations cosmétiques (produits dermocosmétiques, shampoings) ou encore de l’alimentaire [351].

A l’instar des autres molécules amphiphiles, les tensioactifs catanioniques possèdent la capacité de s’auto-assembler sous forme d’agrégats de nature différente suivant leur composition, notamment des nanodisques [336], des icosaèdres [335] ou plus couramment des vésicules [352]. Les vésicules de tensioactifs catanioniques suscitent un intérêt croissant, dans la mesure où leur agrégation est spontanée, donc requiert peu d’énergie pour la formulation, et est adaptable à un grand nombre de tensioactifs commerciaux ou de synthèse[333]. Suivant l’application visée, il est possible d’adapter les quantités relatives des tensioactifs anionique et cationique [353, 354] et de moduler facilement leur nature [329].

Les vésicules de tensioactifs catanioniques dérivés de sucre ont notamment été développées pour leurs propriétés de biocompatibilité [329] et leur capacité de reconnaissance spécifique de ligands glycoconjugués comme la lectine qui permettent d’envisager des applications biotechnologiques [342]. La présence de groupements sucre apporte par ailleurs l’hydrophilie suffisante à la formation spontanée de vésicules à l’équimolarité[355].

Le tensioactif tricaténaire TriCat16 synthétisé à partir de L-Hyd16, mis au point précédemment dans le laboratoire, possède trois queues hydrophobes qui lui confèrent l’hydrophobie nécessaire à la formation spontanée de vésicules dans l’eau. Une étude par modélisation moléculaire de ce tensioactif a révélé une géométrie tronc-conique, traduisant un paramètre d’empilement entre 0,5 et 1. La présence de deux populations de vésicules unilamellaires centrées en 150nm et 400nm, stables pendant trois jours, a été confirmée par diverses techniques [55]. Les propriétés physico-chimiques d’agrégation du TriCat16 dans le cas d’un excès de tensioactif cationique ont de plus été explorées en termes de taille, morphologie et stabilité dans des conditions salines et suivant des températures variées [56]. La structure du tensioactif catanionique ayant été optimisée (cf paragraphe 2.), il s’agit à présent de vérifier s’il s’agrège spontanément sous forme vésiculaire pour envisager son utilisation à des fins de vectorisation.

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3.2.

Caractérisation physico-chimique des propriétés d’auto-

agrégation du TriCat12

Les propriétés d’agrégation du TriCat12 ont été évaluées dans différents milieux. Dans un premier temps, pour des raisons de praticité, le protocole de formulation des agrégats supramoléculaires a été mis au point dans l’eau.

Ensuite, afin de vérifier s’il peut être utilisé en milieu biologique, nous avons utilisé un tampon physiologique mimant les conditions d’un milieu extracellulaire, le tampon PBS (en anglais Phosphate Buffer Solution).

Enfin, une solution aqueuse faiblement ionisée et riche en glucose, désignée ci-après « tampon P » (pH 7,4), a été utilisée. Ce tampon interviendra dans la réalisation d’expériences décrites dans le chapitre III.

3.2.1. Propriétés tensioactives du TriCat12

Lorsqu’il est présent en solution aqueuse, le TriCat12 s’organise spontanément sous forme d’agrégat supramoléculaire au-delà d’une certaine concentration appelée Concentration d’Agrégation Critique (CAC). Cette valeur est déterminable par tensiométrie, puisqu’il s’agit de la concentration minimale pour laquelle la tension de surface de la solution aqueuse atteint sa valeur la plus faible.

Afin de caractériser ces agrégats supramoléculaires, il est nécessaire de déterminer la valeur de la CAC en dessous de laquelle ces associations de tensioactifs n’ont pas lieu. La Figure II- 7 traduit les résultats obtenus pour la mesure de tension superficielle des trois milieux étudiés (eau, tampon PBS et tampon P) suivant la concentration en TriCat12 appliquée.

Figure II- 7 : Isothermes à 25°C de tension de surface de solutions de TriCat12 préparées par pesées dans les trois milieux étudiés, en fonction de leur concentration.

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Nous déduisons des ruptures de pente de ces isothermes de tension de surface les valeurs de CAC à 25°C : 5 x 10-5M dans l’eau et le tampon P, et 3 x 10-5M dans le PBS.

Le tampon P et a fortiori l’eau ultrapure sont des solutions très faiblement ionisées. A l’inverse, le tampon PBS possède des ions qui écrantent les charges catanioniques du tensioactif TriCat12, abaissant ainsi son hydrophilie. Le TriCat12 aura donc tendance à s’associer plus spontanément sous forme d’agrégats dans le PBS qu’en milieu faiblement ou non ionique (respectivement tampon P et eau), d’où la différence de CAC dans les trois milieux.

3.2.2. Caractérisation des agrégats supramoléculaires

3.2.2.1. Taille des agrégats supramoléculaires

Le tensioactif TriCat12 s’associe spontanément sous forme d’agrégats supramoléculaires. Afin d’optimiser la reproduction de la formation de ces objets, une étape de sonication a été mise en place. Nous avons caractérisé par diffusion dynamique de la lumière (DDL) les agrégats supramoléculaires ainsi formulés dans chacun des trois milieux précédents, en se plaçant à une concentration en tensioactifs supérieure à la CAC.

Cette technique d’analyse spectroscopique permet de mesurer le diamètre hydrodynamique moyen de particules en suspension dans un liquide. La Figure II- 8 présente les distributions de taille des agrégats supramoléculaires obtenus par DDL dans chacun des trois milieux étudiés.

Figure II- 8 : Distribution de taille de vésicules de TriCat12 formulées à 1 x 10-4M : (A) dans l’eau, (B) en milieu tampon PBS, (C) dans le tampon P.

Zmoy correspond au diamètre hydrodynamique moyen des vésicules, IP est l’indice de polydispersité.

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