a. Améliorer la solubilité apparente de la DXMa
Différentes approches galéniques sont envisageables pour améliorer la solubilité des substances actives peu ou pas solubles dans l’eau, telles que la co-solvatation, la micellisation ou l'utilisation de cyclodextrines (CD) [5,6]. Après différents essais préliminaires, notre choix s’est orienté vers la mise en œuvre des cyclodextrines hydrosolubles commerciales. Ces excipients présentent le grand avantage d'améliorer la solubilité apparente des molécules hydrophobes et ainsi leur biodisponibilité, tout en étant biocompatibles [7,8]. Cette stratégie est déjà utilisée pour la voie topique ophtalmique, notamment dans la spécialité INDOCOLLYRE® où l’indométhacine est solubilisé en présence d’hydroxypropylβCD. Au cours de nos essais, plusieurs cyclodextrines ont été testées, notamment la βCD, la γCD, la sulfobutyletherβCD (SBEβCD), l’HPβCD ou HPγCD (Figure 5). Nos meilleurs résultats de solubilisation ont été obtenus en présence d’HPβCD et d’HPγCD. Les associations DXMA/HPβCD et HPγCD/DXMa contenant 600 mg/mL de chaque
Discussion générale
160
cyclodextrine ont permis de multiplier par un facteur 500 et 1550 la solubilité apparente à 25 °C de la DXMa, soit 10 mg/mL de DXMa solubilisée par l’HPβCD et 30 mg/mL par l’HPγCD. Cette augmentation substantielle de la solubilité apparente de la DXMa est très probablement attribuable à son inclusion dans la cavité de la cyclodextrine correspondante.
Figure 5. Impact des cyclodextrines : βCD, γCD, SBEβCD, HPβCD et HPγCD sur la solubilité apparente de l'acétate de dexaméthasone (DXMa) dans l'eau à 25 °C
Les constantes d’associations des deux complexes les plus intéressants du point de vue de l’augmentation de la solubilité, DXMa/HPβCD et DXMa/ HPγCD, ont été calculées par la méthode de diagramme de solubilité et par CLHP en assumant une stœchiométrie 1:1 [9]. Les efficacités de complexation (Complexation Efficiency, CE) ont également été calculées. Les résultats sont regroupés dans le Tableau 5. Il apparait clairement que l’affinité de la DXMa pour la cavité de la cyclodextrine est plus forte pour l’HPγCD que pour l’HPβCD. En effet, le CE de 0,071 suggère qu’une molécule d’HPβCD sur 11 forme un complexe avec la DXMa alors que le CE de 0,259 suggère que 3 molécules d’HPγCD sur 4 sontcomplexées à la DXMa [10].
161
Nous assumons de ne pas avoir étudié de manière très approfondie les composés d’inclusion entre la DXMa et les cyclodextrines. Une étude du complexe solide n’a pas été envisagée sachant que les composés seraient incorporés sous forme liquide dans les formulations. Concernant les complexes en milieu liquide, la mise en évidence de la formation de composés d’inclusion par RMN du proton et du carbone 13 aurait été difficile et complexe compte tenu de la grande statistique des protons dans les dérivés cyclodextrines HPβCD et HPγCD pour lesquels les degrés de substitution (DS) sont eux-mêmes des valeurs moyennes. Des études d’interaction en titrage calorimétrique isotherme
(Isothermal Titration Calorimetry, ITC) seront réalisées ultérieurement.
Tableau 5. Pentes, constantes d’association K et CE des complexes DXMa/cyclodextrine hydrosolubles à 25 °C
Type de CD Pente Coefficient de
corrélation R² K1 :1 (M−1) CE
HPβCD 0.066 0.995 1462 0.071
HPγCD 0.206 0.999 5368 0.259
A ce stade de notre recherche, nous disposons de deux complexes DXMa/HPβCD et
DXMa/ HPγCD, qui permettent d’augmenter significativement la solubilité apparente de la DXMa. Dans l’hypothèse de l’élaboration d’un médicament, il serait judicieux de choisir le complexe DXMa/HPβCD pour des raisons réglementaires. En effet, l’HPβCD possède une monographie dans les Pharmacopées Européenne et Américaine. Le complexe DXMa/ HPγCD est intéressant dans la mesure où sa capacité à solubiliser la DXMa est supérieure à celle de l’HPβCD. Le dérivé HPγCD, lui, ne possède pas de monographie à la Pharmacopée Européenne. Cependant, il est déjà utilisé dans la spécialité VOLTAREN®OPHTA, commercialisée notamment en Nouvelle Zélande. Cette utilisation pour la voie topique ophtalmique permet de croire que le profil toxicologique et la tolérance ophtalmique de ce dérivé sont satisfaisants. Les osmolalités mesurées de ces deux solutions de cyclodextrines à 600 mg/mL sont de 756 mOsm /kg pour l’HPβCD et 796 mOsm/kg pour l’HPγCD ce qui est incompatible pour l’œil [11]. Ces résultats sont donc à prendre en considération pour la suite
Discussion générale
162
de la formulation. Finalement, nous avons choisi de conserver les deux complexes HPβCD/DXMa et HPγCD/DXMa.
b. Augmenter le temps de résidence
Dans un second temps, nous avons décidé d’incorporer les solutions d’HPβCD/DXMa (600 mg/mL /10 mg/mL) et HPγCD/DXMa (600 mg/mL /30 mg/mL) dans des gels bioadhésifs. Ces gels adhèrent à la paroi ophtalmique et limitent ainsi l’élimination rapide de l’actif de la surface cornéenne [12]. Nous avons opté pour la mise en œuvre de gels commercialisés (CELLUVISC® - Carmellose sodique, GEL-LARMES® - Carbomère 974P et VISMED®- Hyaluronate de sodium), car ils présentent des profils physicochimiques et toxicologiques favorables déjà établis. Le mélange des solutions à base d’HPβCD ou d’HPγCD/DXMa avec les gels commerciaux a été étudié plus en détail à l'aide de deux plans de mélange afin de définir deux formulations optimisées de DXMa. L’objectif de ces deux plans d’expériences étaitd’augmenter la fraction de DXMa solubilisée tout en ayant une osmolalité compatible avec l’œil, comprise entre 200 et 450 mOsm/Kg [11].
Les deux plans d’expériences ont présenté une excellente précision de la régression avec des valeurs R², R² ajusté et R² prédictive supérieures à 0,85, confirmant ainsi la prédictivité satisfaisante des deux modèles [13]. Les compositions des deux formules sont présentées dans le Tableau 6.
Tableau 6.Composition des formules optimisées des Gels A et B
Composition Quantité (g)
Formulation optimisée Gel A
VISMED® 0,300
HPβCD 600 mg/mL avec DXMa 10 mg/mL 0,700
Formulation contenant 7 mg/g de DXMa avec une osmolalité de 449 mOsm/kg
Formulation optimisée Gel B
CELLUVISC® 0,151
VISMED® 0,085
HPγCD 600 mg/mL avec DXMa 30 mg/mL 0,764
163
c. Améliorer la charge de la formulation en substance active ainsi que son temps de résidence cornéenne
De manière à favoriser le temps de contact précornéen tout en prenant en charge une quantité supplémentaire de substance active, nous avons élaboré des nanostructures cationiques associant la DXMa qui ont ensuite été combinées aux formulations initiales associant gels commerciaux bioadhésifs /cyclodextrines hydrosolubles/DMXa. La présence de charges positives à la surface des nanoparticules favoriserait l’interaction de type électrostatique avec la surface anionique de la cornée et augmenterait le temps de résidence de l’actif tout en agissant comme un réservoir-dépôt [12] et par conséquent, elle pourrait améliorer la biodisponibilité [14]. En outre, la littérature rapporte que les systèmes nanoparticulaires, même non chargés, constituent d’excellents outils de formulation pour relever partiellement ou totalement certains défis galéniques de la voie oculaire en augmentant la solubilité des substances actives hydrophobes, en leur servant de réservoir, en favorisant le passage transcornéen des principes actifs. Par ailleurs, ces suspensions colloïdales peuvent être plus ou moins transparentes ou très légèrement opalescentes et donc troublent moins la vision des patients après leur instillation [15].
Ainsi, l’utilisation des systèmes colloïdaux dans la voie topique ophtalmique permettrait de réduire le nombre d’instillations et le risque d’effets indésirables [16] et d’augmenter la compliance des patients [17].
Dans le cadre de notre travail, nous avons utilisé le dérivé γCD-C10 comme molécule de base pour la préparation des nanoparticules. Ce dérivé est obtenu pargreffage de chaînes alkyle en C10 sur la face secondaire de la γCD selon une voie de synthèse enzymatique développée au laboratoire. La γCD-C10 est capable d’auto-organisation sous la forme de structures nanométriques dans les conditions standard de nanoprécipitation [18,19]. Afin d’incorporer des charges positives dans les nanoparticules de γCD-C10 nous avons mis en œuvre la méthode de co-nanoprécipitation développée au laboratoire et qui consiste à injecter dans la phase aqueuse une phase organique contenant la γCD-C10 et un amphiphile chargé. Les premiers amphiphiles chargés mis en œuvre ont été des lipides cationiques PEGylés ou non (DMPE-PEG2000 amine, DSPE-PEG5000 amine et la stéarylamine). Dans les
Discussion générale
164
assemblages obtenus, le segment lipophile de l’amphiphile cationique est ancré dans le réseau matriciel tout en orientant la partie chargée vers l’extérieur. On obtient des nanoparticules chargées positivement [20–22]. Les résultats obtenus avec cette première série d’amphiphiles n’ont pas été concluants. En effet, les systèmes colloïdaux se sont avérés instables après 7 à 14 jours de stockage à température ambiante.
Par la suite, nous avons testé un nouveau composé amphiphile cationique synthétisé au sein de notre groupe de recherche (Département de Pharmacochimie Moléculaire, UMR CNRS 5063). Il s’agit du ((S)-2,6-diamino-N-((S)-3-hydroxy-1-(octadecylamino)-1-oxopropan-2-yl)hexanamide dihydrochloride) dont la structure chimique est la suivante :
2 HCl
Figure 6. MAP-103a
Après optimisation des conditions de co-nanoprécipitation, des nanoparticules chargées positivement (+ 40 mV), présentant une taille de l’ordre de 100 nm et capables d’associer une quantité substantielle de DXMa ont été obtenues. Ces nanoparticules cationiques se sont révélées stables pendant au moins 2 mois à température ambiante.
Un nouveau travail de formulation a été réalisé afin d’associer les nanoparticules cationiques aux gels commerciaux et aux cyclodextrines hydrosolubles. Une formule optimisée a permis de combiner nanoparticules chargées et Gel B et de générer la formulation Nano-Gel B dosée à 21 mg/g soit une augmentation de 5 % comparé au Gel B initial (20 mg/g). La formule Nano-Gel B s’est avérée stable sur une période d’un mois. L’association nanoparticules cationiques avec le Gel A n’a pas été concluante, les préparations présentant systématiquement une instabilité physique dans les premières 24 heures.
165
A l’issue de ce travail de développement galénique, trois formulations, Gel A, Gel B et Nano-Gel B, ont été retenues en vue de leur évaluation biopharmaceutique.