La vectorisation des medicaments
Les principes actifs delivres par les formes galeniques classiques (comprime, formes dermatologiques, collyres...) se distribuent dans Porganisme sans specificite particuliere en fonction de leurs seules proprietes physico-chimiques (pka, hydrophilie, poids moleculaires etc...)- La proportion du principe actif qui atteint effectivement le site d'action est done faible comparee a la dose administree. Entre-temps le principe actif est partiellement metabolise et/ou interagit avec d'autres sites, perdant de son activite et provoquant des effets secondaires indesirables. De plus ces formes classiques d'administration ne sont plus adaptees aux nouvelles molecules a fort potentiel therapeutique mais souvent instables et / ou mal absorbees et qui necessitent d'etre adressees vers le site d'action cellulaire ou tissulaire. C'est la raison pour laquelle, le developpement de vecteurs de medicaments a pris un essor considerable au pours des dernieres annees.
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/. Definition:
La vectorisation est une operation visant a moduler et si possible a totalement maitriser la distribution d'une substance en 1'associant a un systeme approprie appele « vecteur ».
Son principe consiste a rendre la distribution des medicaments dans 1'organisme aussi independante que possible des proprietes de la molecule active; pour la soumettre aux proprietes physico-chimiques d'un vecteur choisi en fonction de 1'objectif envisage.
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//. Avantages de la vectorisation :
Les vecteurs font partie de la nouvelle generation de formes galeniques qui favorisent la delivrance de certains principes actifs dont le faible indice therapeutique, la specificite, les effets secondaires (anticancereux), la fragilite (proteines) et la profondeur du site d'action (ADN) rendent 1'administration delicate et couteuse. L'incorporation de ces principes actifs dans des vecteurs permet d'envisager P administration de doses moins elevees et de diminuer ainsi la toxicite de ces medicaments.
Medicament Libre
MMhatnent Vecteur
Protection du, site
^administration
t
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Protection du PA centre une evmtaette
inactivation
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Amelioration du franchissement
des b&rneres
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D&ournemmt dtiPAdes
organes seusi&les
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Accrolssement de la sp&ffidte
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///. Qualites requisespour un bon vecteur:
V Atoxique
S Biodegradable pour eviter 1'accumulation toxique du vecteur dans Porganisme apres administration repetee.
S De taille convenable permettant:
- Incorporation d'une gamme de principes actifs - Internalisation de la molecule dans la cellule cible
Administration facile
S Assurant une specificite d'action par un tropisme positif pour un type d'organe ou de tissu S Liaison PA-VECTEUR stable et reversible '
J Protection de la molecule active du site d'administration jusqu'a la cible visee.
IV. Classification:
Les vecteurs peuvent etre classes en :
1. Vecteurs microparticulaires:
On retrouve dans ce groupe les micro-emboles pour chimio embolisation qui sont des microparticules (taille : 100-800 uin) dans lesquelles est disperse ou dissous un agent antitumoral. Us sont places dans 1'artere nourriciere de la tumeur en vue d'un double effet:
• Obliterer 1'artere irriguant la tumeur et provoquer sa necrose—*> Embolisation I
( Y Chimio embolisatioi
« Liberer progressivement ragent antitumoral ». Chimiotherapie
Figure : Representation schematique du concept de chimioembolisation Deux systemes microparticulaires ont ete elabores :
• Les'microcapsules : systemes creux, P.A : solution, emulsion ou solide dans un reservoir.
• Les microspheres : systemes pleins (matrices) ou le P.A est dissous ou disperse dans le materiau.
Envelope ~' actif
liilliP
Microcapsule Microsphere
2. Vecteurs nanoparticulaires:
Destines a etre administres par voie intravasculaire, ces vecteurs relevent des nanotechnologies.
a. Les vecteurs de l*re generation a tropisme hepatosplenique :
v' Les liposomes:
Ce sont des systemes vesiculaires, biocompatibles et biodegradables composes d'une (liposomes unilamellaires) ou de plusieurs bicouches (liposomes multilamellaires) de phospholipides organises en phase Iamellaire et delimitant un ou plusieurs compartiments aqueux. Des principes actifs hydrophiles peuvent etre encapsules dans la phase aqueuse tandis que les molecules lipophiles se localisent dans la (les) bicouche(s).
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Figure : un liposome en microscopie electronique
Selon la taille et le nombre de lamelles, on distingue differents types de liposomes.
Denomination
Volume aquey x
Srands sjnifaraellahres
LW
Srand
Liposomes iljut»«
MUf 40C-S508
o
fettts Lifxtsomes mrf SUV 2.S-3&
Faible
Tableau : Classification des liposomes selon leur nombre de bicouches et leur taille
Les liposomes sont instables => Fuite du PA
Pour stabiliser la paroi on peut ajouter du cholesterol (diminue la fluidite membranaire et diminue la permeabilite), des substances ioniques (repulsion electrostatique) ou d'un agent antioxydant alpha tocopherol Preparation:
De nombreux precedes ont etc mis au point pour la preparation des liposomes on distingue :
:
»t» La methods de BANGHAM: Les premiers liposomes ont etc prepares en 1965 par BANGHAM,
Principales etapes:
• Dissolution des phospholipides et des autres constituants de la paroi des liposomes dans un solvant volatil tel que le chloroforme.
• Evaporation du solvant sous pression reduite dans un evaporateur rotatif: il se forme un film lipidique translucide sur la paroi du ballon.
• Addition sous agitation d'une solution aqueuse pour hydrater les phospholipides, addition qui se fait a une temperature superieure a la temperature de transition de phase des phospholipides.
- Addition du principe actif: ;,
• S'il est lipophile : il sera ajoute a la solution organique de phospholipides au debut de F operation.
* S'il est hydrophile : il sera ajoute a la solution aqueuse.
La methode de BANGHAM produit des liposomes multi lamellaires (MLV) de diametre eleve et de taille tres heterogene. A fin d'homogene"iser, de reduire la taille des vesicules MLV ou de les transformer en SUV, plusieurs techniques peuvent etre utilisees entre autres les ultrasons
Figure : formation des liposomes apres evaporation du solvant et hydratation
*** La methode d'evaporation en phase inversee « Reverse Phase »:
Cette methode permet d'obtenir des liposomes LUV, elle comprend deux etapes principales :
> Preparation d'une emulsion a partir de la phase organique contenant les phospholipides dissous dans un solvant volatil et de la phase aqueuse en ayant recours aux ultrasons, on obtient alors une emulsion H/L : dans laquelle les phospholipides entourent des compartiments aqueux.
> Evaporation du solvant sous pression reduite dans un evaporateur rotatif: il se produit apres . gelification progressive une inversion de phase, la pression est d'avantage reduite, 1'agitation est
maintenu et le gel donne naissance a des vesicules.
Quelque soit la methode utilisee apres leur formation les liposomes seront separes du produit non encapsule reste libre en solution le plus souvent par ultrafiltration.
v' tfanoplirticules :
Ce sont des systemes colloi'daux (10 a 1000 nm) dont la structure est generalement constituee de polymeres biodegradables (acide poly lactique PLA, albumine..) ou non (methacrylate, alpha cyanoacrylate). Les nanoparticules peuvent etre de type matriciel (nanospheres); dans ce cas, le principe actif peut etre disperse ou dissous dans la matrice polymere et etre libere par simple diffusion ou a la suite de la biodegradation du polymere dans i'organisme. Les nanoparticules peuvent aussi etre de type reservoir (nanocapsules) ; dans ce cas, elles sont constitutes d'un noyau central generalement liquide entoure par une mince paroi polymere dont Pepaisseur ne depasse pas quelques nanometres.
Lip o some Nano sphere Mono cap side
»> Devenir in vivo;
Apres administration par voie intraveineuse, les nanoparticules comme les liposomes interagissent fortement avec les proteines plasmatiques (= opsonines : IgG, elements du complement, fibronectine etc.) en raison de la tres grande surface specifique qu'ils developpent.
Ces vecteurs colloi'daux decores d'opsonines sont reconnues par des recepteurs specifiques localises au niveau des macrophages du Systeme des Phagocytes Mononuclees (SPM) (foie, rate, moe'lle).
Apres avoir interagi avec le recepteur macrophagique (les cellules de Kupffer du foie et les macrophages de la zone marginale de la rate), les vecteurs sont internalises par la voie de I'endocytose et ils finiront dans des phagolysosomes ou ils pourront eventuellement etre degrades par les enzymes lysosomiales. Cette distribution hepato-splenique est egalement favorisee par la structure histologique de I'endothelium vasculaire qui, au niveau de ces tissus, a un caractere discontinu autorisant le passage des colloides.
Opsonine Reoepteur
Reeomasssance
XH& Ciblage
hepataspleoique
Figure ; Apres administration intraveineuse, les nanoparticules sont recouvertes d'opsonines plasmatiques et reconnues par les macrophages.
•** Application .*
La distribution tissulaire (hepatosplenique) et intracellulaire (lysosomotropisme) de ces vecteurs de premiere generation a ete mise a profit pour vectoriser des molecules d'interet therapeutique au niveau de ces sites biologiques et trailer ainsi differentes pathologies.
- Traiter les metastases hepatiques : les cellules de Kupffer du foie jouent le r61e de reservoir de PA . - Re"duiresla toxicite de medicaments en les detournant de leur cible toxicologique : la toxicite cardiaque
de la doxorubicine (Daunosome^ et la toxicite" renale de ramphothericine B (Ambisome®) a pu etre reduite apres encapsulation dans des liposomes ou des nanoparticules.
- Le traitement des infections intracellulaires: La localisation tissulaire (foie, rate), cellulaire (macrophages) et subcellulaire (endosomes/lysosomes) des vecteurs de premiere generation en font done une navette de tout premier choix pour le transport efficace d'antibiotiques au niveau des cellules infectees (beaucoup d'antibiotiques sont peu actifs sur des germes h localisation intracellulaire car ils n'atteignent pas les compartiments intracellulaires infectes (endosomes/lysosomes)).
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b. Les vecteurs de 2
megeneration ou le concept de residence vasculaire prolongee
»»» Devenir in vivo :
Le recouvrement des vecteurs par des polymeres hydrophiles et flexibles comme les polyethyleneglycols (PEG) empeche les proteines, en particulier les opsonines, de s'adsorber a leur surface (concept de « repulsion sterique » developpe par 1'equipe de de Gennes des le debut des annees 1990).
Apres administration intraveineuse, ces liposomes « peggyles » se caracterisent par un temps de demi-vie plasmatique prolonge et une capture hepatique reduite.
Le caractere « furtif » (absence de reconnaissance par le MPS) est d'autant plus prononce que les liposomes sont de faible taille. Des approches similaires ont ete effectuees avec les nanoparticules, en y greffant, comme dans le cas des liposomes, des chaines de PEG. Les particules ainsi « peggylees » ne sont plus reconnues par les macrophages du SPM et elles resident plus longtemps dans la circulation generate.
PEG
PEG
Vecteur de I1"* generation
Opsonines
Figure : Representation schematique du concept de repulsion sterique qui evite 1'opsonisation et la reconnaissance par les macrophages
»** Application:
Ces vecteurs « furtifs », a remanence vasculaire prolongee peuvent ainsi atteindre des tumeurs ou des foyers infectieux localises hors du SPM en raison de la permeabilite accrue de 1'endothelium vasculaire de ces tissus. Get effet de permeabilite et de retention tissulaire permet done le ciblage de tumeurs localisees hors du territoire hepato-splenique.
Ces vecteurs « furtifs » de deuxieme generation ont montre une efficacite remarquable dans le traitement de tumeurs experimentales, ce qui a d'ailleurs abouti recemment a la mise sur le marche du DoxilR (liposomes peggyles charges en doxorubicine).
Figure ; Representation schematique de la diffusion selective a travers 1'endothelium vasculaire tumoral
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c. Les vecteurs de 3
emegeneration ou I'utilisation de ligands a reconnaissances moleculaire
»«« Devenir in vivo:
Lorsque les vecteurs de deuxieme generation sont decores de ligands (anticorps, peptides, sucres, acide folique), ils sont alors capables de reconnaitre de maniere selective des antigenes ou des recepteurs qui sont hyperexprimes a la surface des cellules cible (cellules cancereuses, cellules infectees etc.). La conception de ces vecteurs de troisieme generation necessite la construction d'edifices supramoleculaires composes :
- D'un coeur biodegradable (phospholipides ou polymeres),
- D'une couche de polymeres hydrophiles et flexibles (PEG) pour eviter la reconnaissance hepatosplenique, - D'un ligand de reconnaissance membranaire a 1'extremite de certaines chaines de PEG.
L'internalisation cellulaire se fait generalement par la voie de Fendocytose, le vecteur etant alors localise au niveau des lysosomes ou du cytoplasme cellulaire en fonction du trafic intracellulaire suivi par le ligand.
Ces vecteurs restent neanmoins confrontes a certains obstacles dont:
- L'h£terogeneite des antigenes tumoraux - L'antigenicite possible
La liaison vecteur + anticorps diminue I'affinite pour la cible visee. Get inconvenient est corrige par inclusion d'un SPACER entre le vecteur et Panticorps
^*V'i_i',,..i|«-*^
LIPQSCiWE •SPACER.i
Schema d'un vecteur de troisieme generation
-
Figure: Representation schematique de 1'adressage moleculaire d'un vecteur a une cellule cible grace a un
ligand de reconnaissance
Figure: Representation schematique de la Permeabilite des neo vaisseaux
tumoraux
*»* Application :
L'utilisation de ligands a reconnaissances moleculaire a abouti, par exemple, a coupler a la surface de liposomes « peggyles » un anticorps monoclonal (anticorps 34A) reconnaissant des glycoproteines de surface exprimees au niveau luminal de 1'endothelium vasculaire pulmonaire, Lorsque ces liposomes sont charges d'amphomericine B, ils sont tres actifs dans les aspergilloses pulmonaires experirnentales.
Comme le recepteur de I'acide folique est exprime de maniere tres selective a la surface de certaines cellules cance~reuses (carcinomes ovariens), I'acide folique a aussi ete utilise comme ligand de reconnaissance et couple a la surface de nanoparticules via des chaines de PEG. II a ete montre que ce vecteur etait capable de reconnaitre son recepteur in vitro avec une tres grande affinite. Cette strategic presente un double avantage : I'acide folique est une petite molecule (contrairement aux anticorps) qui n'induit pas d'encombrement excessif a la surface du vecteur et ne masque pas 1'effet de repulsion des opsonines par les chaines de PEG.
D'autre part, le complexe acide folique/recepteur de I'acide folique est internalise par endocytose des qu'il est forme.
Membrane c
Figure : Ciblage tumoral par le recepteur de I'acide folique
Vecteurs colloidawc actifs:
Leur distribution est guidee par un procede extracorporel
S Liposomes thermosensibles:
Ils sont constitues par des phospholipides ayant une temperature de transition de phase Tc> 37°C (Tc= temperature au-dela de laquelle les phospholipides passe de 1'etat solide a 1'etat fluide)
Une hyperthermie locale provoquee au niveau de la cible visee (par des bains chauds, des frictions d'alcool, ou des micro ondes pour les cibles profondes), permet d'atteindre la Tc, les phospholipides passent alors a 1'etat fluide et liberent le PA.
v' Liposomes pH sensibles:
Leur distribution est dependante des caracteristiques de la cible.
Ce sont des liposomes sensibles a Fabaissement de pH, et pour lesquels la liberation de leur PA a 37°C est plus rapide a pH 6 qu'a pH physiologique.
L'abaissement du pH peut etre du a un metabolisme eleve: tumeur primaire, metastase, tissu infiammatoire
•S ^Nanospheres magnetiques:
Ce sont des nanospheres dans lesquelles sont dispersees, en plus du PA, des particules magnetiques.
L'ensemble est guide vers la cible visee grace a un champ magnetique extracorporel.
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