2.2. Les mécanismes de formation des liposomes

Le but de cette section est d’apporter des éléments nouveaux et des bases de réflexion sur les mécanismes de formation des liposomes grâce à la synthèse des données fournies dans la littérature et en s’appuyant sur ce qui a été développé précédemment. Les données de la littérature utilisées dans le paragraphe précédent sont listées dans le Tableau II-2 en fonction des conditions de mise en contact des phases (supercritique et aqueuse). Les conclusions présentées dans ce paragraphe s’appuient sur les données du Tableau II-2, sur les théories introduites dans la première partie de ce chapitre et enfin, sur le concept des fragments de bicouches phospholipidiques (bilayered phospholipid fragments ou BPF) introduit par Lasic et al. [82] et repris par Castor et al. [92]. D’après le concept du BPF, les phospholipides solubilisés dans un continuum supercritique forment des fragments de bicouche phospholipidique (BPF), dans lesquels les queues des surfactants sont en contact avec la phase supercritique (apolaire), et les têtes des phospholipides se font face. Les BPF sont des structures intermédiaires à la formation des liposomes.

Tableau II-2 - Morphologie et taille des liposomes en fonction de la phase d’hydratation

Hydratation sous pression Hydratation pendant la dépressurisation

Méthode Diamètre des liposomes / µm

Classe des

liposomes Références Méthode Diamètre des liposomes / µm

Classe des

liposomes Références Méthode de la

décompression 0,01-0,3 UV Castor et al. [92, 94]

II-2.2.1. Préambule : cas des méthodes conventionnelles

Les méthodes conventionnelles permettent de former des LUV et des MLV. Dans la plupart des cas, les suspensions de LUV sont transformées en suspension de SUV par mise en contact de la suspension avec un fort cisaillement. Les MLV sont formés par ajout d’eau dans un ballon contenant un film phospholipidique sec (résultat de l’évaporation du solvant d’une solution organique dans laquelle ont été solubilisés les phospholipides) [2, 144]. Dans ce cas, l’ajout d’eau entraîne le gonflement des couches phospholipidiques déposées dans le fond du ballon, formant des tubes ou fibrilles. Ces tubes s’allongent et finissent par se détacher des couches phospholipidiques planes pour former des liposomes [82]. Les LUV sont formés par la méthode d’élimination du solvant, la méthode de l’injection et la méthode d’évaporation du solvant en phase inverse. Dans chacun de ces cas, des micelles inverses sont formées comme structures intermédiaires avant la formation des liposomes. L’existence initiale de micelles inverses favoriserait donc la formation de LUV. Cette tendance a également été observée dans les techniques supercritiques, comme présenté ci-après.

II-2.2.2. Hydratation alors que le système est sous pression

D’après le Tableau II-2, les liposomes formés alors que la phase d’hydratation est réalisée sous pression sont de type unilamellaire avec un diamètre moyen de quelques dizaines de nanomètres à quelques micromètres. Otake et al. [71, 96] ont montré que la formation de LUV résulte d’une double inversion de phase : une première inversion de phase d’une émulsion eau-dans-CO₂ vers une émulsion CO₂-dans-eau ; puis une inversion de phase d’une émulsion CO₂-dans-eau vers les liposomes. Pour expliquer ces phénomènes, considérons la phase continue supercritique dans laquelle les phospholipides sont solubilisés (en présence de co-solvant). Dans ce milieu, il existe des BPF de différentes tailles. Par ajout de phase aqueuse, des micelles inverses sont formées et coexistent avec les BPF. Si la quantité d’eau augmente, la formation de micelles inverses sera favorisée (car les têtes polaires des molécules de phospholipides se rapprocheront de la phase aqueuse). Lors de la dépressurisation, le CO2 quitte les sites occupés sur les queues des molécules de surfactant, augmentant ainsi l’attraction entre les queues des molécules de surfactant [126]. Les micelles gonflent et les phospholipides s’associent pour former des liposomes de type LUV.

II-2.2.3. Hydratation au moment de la dépressurisation

D’après le Tableau II-2, les liposomes formés par des procédés dans lesquels la phase d’hydratation est réalisée au moment de la dépressurisation sont de type multilamellaire ou unilamellaire. Concernant la taille de ces liposomes, ils sont plus petits que les liposomes formés par des procédés dans lesquels la phase d’hydratation est réalisée alors que le système est sous pression : de la dizaine à la centaine de nanomètres. Otake et al. [71, 96] ont étudié la formation des MLV et ils ont observé que les MLV étaient le résultat d’une simple inversion de phase : d’une émulsion CO2-dans-eau vers les liposomes. Considérons un mélange CO2/surfactant dans lequel la phase aqueuse est introduite au moment de la dépressurisation.

Dans ce cas, les BPF sont dispersés de façon continue dans la phase aqueuse. En contact avec la phase aqueuse, les BPF s’organisent de façon à orienter les parties polaires des phospholipides vers la phase aqueuse. En parallèle, le CO2 est libéré et quitte les sites occupés sur les queues des molécules de surfactant. Il en résulte une force d’attraction entre ces queues. Ainsi, des structures plus complexes sont formées telles que des MLV. Concernant la taille de ces MLV, ces vésicules sont de plus petites tailles que les LUV normalement formés lorsque la phase d’hydratation est réalisée alors que le système est sous pression car dans le cas présent, les dernières structures intermédiaires avant les liposomes sont les BPF, qui sont plus petits en taille que les micelles inverses gonflées en présence de phase aqueuse. De plus, une émulsion CO₂-dans-eau a de grandes chances d’apparaître temporairement lorsque la phase d’hydratation est réalisée au moment de la dépressurisation. Cela pourrait expliquer l’existence de vésicules unilamellaires qui proviendraient des micelles normales. Ainsi, au final, deux types de vésicules coexistent : les MLV et les LUV, mais la proportion de MLV est plus importante que la proportion de LUV car les BPF sont plus nombreux comme structures intermédiaires.

II-2.2.4. Conclusion

Dans les procédés hautes pressions, le mode de mise en contact des phases a une importance significative sur les caractéristiques des liposomes formés. Ainsi, lorsque la phase d’hydratation est réalisée alors que le système est sous pression, les liposomes résultent d’une double inversion de phase : eau-dans-CO2 vers CO2-dans-eau et CO2-dans-eau vers les liposomes. Dans ce cas, les liposomes sont de type LUV. Lorsque la phase d’hydratation est conduite au moment de la dépressurisation, les liposomes résultent d’une simple inversion de

phase : CO₂-dans-eau vers liposomes ; et dans ce cas, les liposomes formés sont de types MLV ou LUV (les MLV étant majoritaires).