111 - Approches multidisciplinaires pour les médicaments de demain

Parce qu'elles peuvent servir de vecteurs pour acheminer les drogues de manière plus efficace et sécuritaire,les nanoparticules ont un fort potentiel dans le domaine des sciences pharmaceutiques. Les nanoparticulesse distinguent des autres procédés de formulation par leur petite taille, leur grande surface spécifique et larelative facilité de fonctionnalisation de leur surface. Ensembles, ces caractéristiques leur permettentd'interagir de manière privilégiée avec leur environnement. Afin de pouvoir exploiter leurs propriétés pour lamise au point de nouveaux médicaments, il importe de bien comprendre les phénomènes régissant ledevenir des nanoparticules dans les environnements complexes.Dans cette présentation, nous discuterons de la manière dont les propriétés physicochimiques desnanoparticules polymères et des liposomes influencent leurs interactions avec des drogues de faible poidsmoléculaire. Ces considérations sont d'importance dans la mise au point et l'évaluation des nanoparticulescomme vecteurs pharmaceutiques. En second lieu, nous nous intéresserons à la façon dont les propriétésphysicochimiques des nanoparticules influencent leur clairance sanguine et leurs interactions avec lesprotéines du sang. Cette présentation offrira un aperçu d'approches combinant la chimie des matériaux, lestechniques d'analyses pharmaceutiques et la pharmacocinétique pour mieux comprendre le devenir desnanoparticules.

Problématique

L'utilisation d'échafaudages hydrogel pour la croissance de tissus s'accompagne d'implantations invasives. Ce projet vise à fabriquer des blocs d'hydrogel fonctionnalisés injectables qui formeront par assemblage une matrice dont la structure sera définie par la géométrie et la fonctionnalisation des blocs la composant.

Objectifs

-          Synthèse de blocs hydrogel de forme et fonctionnalisation électrostatique contrôlées

-          Etude des propriétés d'assemblage et influence du pH et du sel

Méthodologie

Les hydrogels sont obtenus par photopolymérisation d'un mélange de 2-hydroxyethyl méthacrylate et de poly(éthylène glycol) diméthacrylate grâce à un support d'injection d'épaisseur connue et des photomasques.

Des blocs positifs ont été obtenus par ajout de polyethylèneimine et des blocs négatifs par ajout d'acide hyaluronique ou par traitement de blocs positifs par des nanohydrogels NIPAM-co-MAA.

Résultats

Les deux couples de blocs testés nous ont permis d'obtenir des assemblages et l'influence des paramètres de fonctionnalisation a été étudiée.  Les effets délétères du pH et de la concentration en sel ont été mis en avant.

Discussion

Si les fonctionnalisations électrostatiques utilisés permettent l'assemblage, le contrôle est encore limité. Ces assemblages sont assez vulnérables : une étude des forces d'interactions et d'autres types de fonctionnalisations sont envisagés. La taille des blocs ne permet pas l'injection et un processus de miniaturisation du dispositif est prévu. 

Le projet vise l'évaluation de l'action antihistaminique et anti-inflammatoire d'une préparation à base d'enzymes d'origine végétale contenant DiamineOxidase (DAO)/histaminase.

Problématique: Dans la pathogénèse des Maladies Inflammatoires Chroniques de l'Intestin (MICI), les modifications au niveau intestinal sont fréquemment en relation avec le contenu élevé en histamine. Présentement il n'y a pas des traitements efficaces pour ces maladies.

Objectif: Montrer l'effet bénéfique de l'histaminase végétale comme une nouvelle approche pour prevenir et traiter differentes dysfonctions intestinales associées à l'histamine. Évaluer les possibilités d'administration orale de l'histaminase et sa capacité de dégrader l'histamine.

Méthodologie: Des études in vitro sur des cellules Caco-2 ont été abordées pour montrer la capacité de l'histaminase végétale associée à la catalase de limiter les risques histaminiques. Des formulations ont été aussi conçues pour assurer la stabilité des enzymes thérapeutiques (contenant de l'histaminase et la combinaison histaminase + catalase) durant le passage gastrique.

Résultats: Des études sur les cellules Caco2 ont montré que l'association DAO et catalase est bénéfique en diminuant une certaine cytotoxicité due au peroxyde d'hydrogène (produit résultant de la dégradation d'histamine). La formulation proposée, à base de carboxymetyl amidon et chitosan, permet d'assurer la protection gastrique et une libération ciblée au colon visant une action anti-inflammatoire.

La modification de surface permet d'améliorer l'interaction biomatériau-hôte tout en conservant les propriétés de volume du matériau. Les polysaccharides, en particulier le dextrane, offre une plateforme biocompatible et polyvalente permettant la formation de nombreux revêtements. Le dextrane est un polymère faiblement antigénique, hydrophile et flexible, présentant de nombreux groupements hydroxyles qui permettent de multiples modifications physico-chimique offrant des matériaux avec de nouvelles propriétés.

La modification du dextrane par carboxyméthylation introduit des groupements carboxyles offrant un polymère chargé ainsi que la possibilité de le greffer de façon covalente à la surface du biomatériau. Le dextrane carboxyméthylé (CMD) greffé à des surfaces fluorocarbonées, d'une part, a permis d'obtenir des revêtements favorisant l'adhérence et la prolifération de cellules endothéliales tout en limitant l'adhérence de cellules musculaires lisses, ainsi qu'une bonne hémocompatibilité. D'autre part, la copolymérisation du CMD avec un polymère synthétique (PBMA) permet d'obtenir des structures 3D sous forme de film avec des propriétés anti-adhérentes et mécaniques, contrairement au CMD seul.

Les deux types de revêtements obtenus à partir du dextrane forment des plateformes prometteuses pour le greffage ou la diffusion de principes actifs, présentant un intérêt particulier pour des applications médicales telles que le recouvrement de stent ou de cathéter.

Le rôle de l'architecture des copolymères sur la structure de nanoparticules (NP) destinées à la livraison d'actif pharmaceutique est peu étudié et pourrait avoir un rôle important pour l'efficacité de ces transporteurs. Dans cette étude des copolymères « en peigne » ont été étudiés en comparaison avec les copolymères linéaires usuels.

Les copolymères, formés d'un squelette polyesters-co-éther et des chaînes de PEG liées sur des groupes pendants, ont été synthétisés selon différentes stratégies. Les polymères générés possédaient de 5 à 50% en PEG (p/p), en fonction du nombre de chaînes greffées. Les lots de NPs ont été fabriqués par nanoprécipitation et purifiés, en incorporant un actif modèle antioxydant, la curcumine.

Une transition à 15% de PEG (p/p) se traduisant par un changement de morphologie, d'une NP solide à un “nano-agrégat polymère” est observée. Deux propriétés clés, la résistance à l'agrégation en conditions saline et la résistance aux protéines, ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l'architecture des polymères. Le taux de chargement de la curcumine et les cinétiques de libérations montrent une dépendance à l'architecture des polymères. L'effet de la curcumine sur le stress oxydatif est aussi relié à l'architecture du polymère et à l'organisation de la NP.

Ce travail met en évidence la relation intime entre l'architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs, permettant de proposer de nouvelles approches pour leur design.

Lorsqu'un dispositif médical est implanté dans le corps humain, son succès clinique est fortement influencé par les premières interactions que sa surface établit avec les tissus et les fluides biologiques environnants. La modification de surface permettrait de moduler ces interactions et d'atteindre les propriétés biologiques ciblées.

L'objectif de ce travail, en vue d'applications cardiovasculaires tels que des stents est de concevoir un recouvrement permettant de promouvoir l'endothélialisation, grâce à la fibronectine (FN), et de favoriser l'hémocompatibilité via la phosphorylcholine (PRC).

Deux approches ont été retenues, soit l''adsorption des molécules et / ou leurs greffages sur un polymère fluorocarboné déposé par traitement plasma sur un substrat en acier inoxydable. Les recouvrements ont été caractérisés par différentes techniques de spectroscopie, immunomarquage, angle de contact. Les interactions du sang et des cellules endothéliales avec les différents recouvrements ont été ensuite évaluées. 

La caractérisation de surface a permis de mettre en évidence des recouvrements plus denses et homogènes avec la FN greffée alors qu'une meilleure homogénéité est obtenue lorsque la PRC est adsorbée. La présence de la FN et de la PRC permet une meilleure interaction avec les cellules endothéliales et. avec le sang.  Ces recouvrements stables sous flux, dans le cas de la FN greffée, démontrent un potentiel prometteur pour des applications cardiovasculaires.

Les transporteurs membranaires du tractus gastro-intestinal régulent l'absorption des médicaments en contrôlant leur distribution. Des modèles expérimentaux in vitro Caco-2 et PAMPA sont utilisés pour étudier l'absorption des médicaments. Cependant, le premier est limité par l'hétérogénéité des conditions et le second ne permet que d'étudier le transport passif.

On propose d'étudier la perméabilité en utilisant une nouvelle approche basée sur l'incorporation de transporteurs dans des liposomes. L'objectif sera de créer une librairie de transporteurs membranaires et d'étudier les mécanismes d'interactions des médicaments via ces protéoliposomes. Le transporteur choisi pour ce projet est la protéine humaine BCRP (ABCG2) qui a le potentiel de limiter l'absorption orale des médicaments en augmentant leur élimination biliaire.

Le transporteur BCRP sera produit par génie génétique dans des levures Pichia pastoris. Le gène d'intérêt sera modifié par PCR afin d'ajouter une étiquette de 10 histidines et cloné dans le vecteur pJ902-15. La protéine sera purifiée par ÄKTA-FPLC. L'activité ATPasique de BCRP sera analysée avec la prazosine Des études d'affinité de liaison seront réalisées par ITC et les protéoliposomes seront analysés par DLS et LC-MS/MS.

L'insert ABCG2 a été modifié par PCR et le vecteur d'expression pour P. pastoris pJ902-ABCG2-His₁₀ a été construit.

Ce nouveau modèle permettra de prédire la biodisponibilité des médicaments et de l'utiliser comme outil de criblage.

Une des principales causes de décès au monde sont les maladies cardiovasculaires, dont l'athérosclérose, générée par la formation d'une plaque rétrécissant la lumière artérielle, pouvant être traitée par pose de stents. Cependant, des complications peuvent survenir après implantation comme une réaction inflammatoire ou la resténose. Dans ce contexte, une solution est de produire un stent bioactif possédant les propriétés biologiques recherchées.

L'objectif de ce projet est de développer une stratégie de fonctionnalisation par plasma, via des groupements amine, pour des alliages métalliques nus, permettant le greffage d'un peptide bioactif. Ce peptide, dérivé d'une protéine (PECAM-1), a été breveté pour ses propriétés inflammatoires et anti-thrombotiques pour applications cardiovasculaires. La stratégie de greffage envisagée implique l'activation de surface, l'utilisation de bras d'ancrages et la modification de biomolécules, sans en altérer les propriétés biologiques. Des études biologiques avec des cellules et du sang seront donc effectuées, et la stabilité du greffage sous flux sera aussi évaluée.

Cette modification a pour but de réunir les propriétés biologiques désirées lors de l'implantation d'un biomatériau telles que l'adhérence de cellules endothéliales, l'inhibition des plaquettes et des réactions inflammatoires. Cette approche de fonctionnalisation du matériau ouvre une plateforme prometteuse pour le greffage de principes actifs pour des applications ciblées. 

Le chitosane est un biopolymère intéressant, non toxique et  reconnu pour avoir  des propriétés antimicrobiennes et cicatrisantes. Ces caractéristiques sont extrêmement importantes pour le dévelopement de pansements et bandages qui facilitent la régénération du tissu endommagé tout en limitant la propagation des infections bactériennes. Dans ce cas, un recouvrement à base de chitosane utilisé sur des bandages  curatifs apparait comme une alternative intéressante, car il est important d'avoir des surfaces cicatrisantes antimicrobiennes stables, à large spectre d'action,  sans que les bacteries développent une résistance à son action. Cette étude consiste donc à développer une surface antibactérienne sur des tissus pour bandages. Afin d'optimiser et valider la méthodologie, des surfaces de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont d'abord été utilisées. Ces surfaces sont aminées par plasma N₂/H₂, puis trois bras d'ancrage différents, choisis pour leurs propriétés spécifiques, ont été étudiés dans le but de greffer différents chitosanes avec différents poids moleculaires et degré déacétylation. Ces revêtements ont été ensuite caractérisés par des analyses de surface, démontrant l'influence du bras d'ancrage sur le greffage du chitosane. Les résultats des essais antibactériens seront discutés. Cette étude permettra d'établir si les revêtements à base de chitosane pourront constituer une plateforme pour le développemnt d'applications dans le domaine de la santé et pharmaceutique

La pharmacopée humaine a été garnie par les plantes médicinales pendant des milliers d'années. Les plantes médicinales ont été et demeurent encore des sources inépuisables de composés chimiques pour la mise au point des médicaments. Ainsi, l'écorce du saule (Salix sp.) a été utilisée pendant 6000 ans, avant que l'acide salicylique en soit extrait et que l'aspirine en soit tirée comme première molécule synthétique. L'avènement de l'aspirine a ouvert la voie à la pharmacologie synthétique qui a pris le pas sur la phytothérapie dans la découverte des médicaments, en favorisant la molécule unique ayant un seul mécanisme d'action. Ce concept de monothérapie a atteint ses limites et l'alternative de la polythérapie a vu le jour, basée sur l'association de plus d'une molécule synthétique pure.

La phytothérapie consiste en l'utilisation d'extraits végétaux qui renferment plusieurs entités chimiques naturelles, dont les interactions et celles de leurs métabolites in extraho peuvent avoir des effets additifs et/ou synergiques sur leurs activités biologiques. Les extraits chimiques d'origine végétale sont disponibles et faciles d'accès. Ils bénéficient d'une demande grandissante et d'une reconnaissance de leurs effets curatifs. Cette présentation décrit une plateforme phytomique pour la découverte de nouvelles entités chimiques ayant des propriétés biologiques curatives dont la caractérisation et la validation font appel à diverses disciplines des sciences de la vie et de la santé.