Implant chargé en nanoparticules pour la libération contrôlée et le ciblage lymphatique de nucléotides et d’analogues nucléotidiques

par Giovanna Giacalone

Thèse de doctorat en Pharmacotechnie et biopharmacie

Sous la direction de Elias Fattal et de Hervé Hillaireau.


  • Résumé

    Les nucléotides naturels et les analogues nucléotidiques présentent des activités pharmacologiques importantes : par exemple, le nucléotide adénosine triphosphate (ATP) présente un intérêt pour le traitement de l'ischémie ou de plaques d'athérosclérose. L'utilisation clinique de ces molécules est cependant limitée en raison de la présence d'un groupe triphosphate, qui est sujet à l'hydrolyse in vivo, et responsable de la forte hydrophilie des molécules, ce qui limite fortement leur capture par les cellules cibles et l'accès à leurs cibles pharmacologiques intracellulaires. Pour surmonter ces limitations et permettre l'administration de nucléotides et d’analogues nucléotidiques, l'utilisation de systèmes de drug delivery comme les nanoparticules pourrait assurer la protection et l'administration ciblée des molécules actives. Cependant, les nanoparticules conçues pour l’administration intraveineuse ne sont pas toujours adaptées au traitement de certaines maladies chroniques. C’est pour cela qu’un implant sous-cutané avec des caractéristiques de libération prolongée peut représenter une alternative valable, tout en étant peu invasif et capable d’atteindre les tissus lymphatiques, cible importante de plusieurs thérapies.Le premier chapitre de cette thèse porte sur la formulation de nanoparticules pour encapsuler l’ATP ou la zidovudine triphosphate (AZT-TP), grâce à la présence du chitosane (CS). Ces nanoparticules sont formées par interactions ioniques entre les charges positives du chitosane et les charges négatives des groupes triphosphates de l’ATP ou de l’AZT-TP. Dans ce travail, les nanoparticules sont caractérisées et leur délivrance cellulaire de l’ATP et de l’AZT-TP est démontrée sur une lignée cellulaire de macrophages. Dans un deuxième temps, la stabilité de ces systèmes a été améliorée afin d'obtenir un meilleur comportement en conditions physiologiques. Cette amélioration de la stabilité a été obtenue par la complexation du fer(III) au chitosane (CS-Fe). Cette stratégie a été appliquée aux nanoparticules de tripolyphosphate (TPP) et d’ATP. Les nanoparticules ont été ensuite testées sur deux lignées de cellules macrophagiques, montrant une internalisation améliorée de l’ATP par rapport aux nanoparticules précédentes. Enfin, les nanoparticules à base de CS-Fe et ATP ont été dispersées dans une solution de PLGA, dans le but de mettre au point un implant à formation in situ. Une fois en contact avec les fluides physiologiques, la suspension prend la forme d’un dépôt solide. Des études de libération in vitro montrent la capacité des systèmes de retenir les nanoparticules à l’intérieur de la matrice et de les libérer de façon progressive pendant 5 jours. Après administration sous-cutanée chez la souris, les implants de PLGA contenant les nanoparticules ont retenu l’ATP au lieu de l’injection jusqu’à 50 heures, comparé à quelques heures pour l’ATP libre et les nanoparticules libres, montrant ainsi leur pertinence comme systèmes pour la libération prolongée de nucléotides.

  • Titre traduit

    Multi-stage delivery of nucleotides and nucleotide analogs to lymph nodes and leukocytes


  • Résumé

    Natural nucleotides and nucleotide analogs display important pharmacological activities: for example the nucleotide adenosine triphosphate (ATP) could be an interesting molecule for the treatment of ischemia or atherosclerotic plaques. The clinical use of these molecules is however limited due to the presence of a triphosphate group, which is prone to hydrolysis in vivo, and responsible for the high hydrophilicity of the molecules, thereby strongly limiting their uptake by targeted cells and access to their intracellular pharmacological targets. To overcome these limitations and enable the administration of nucleotides and nucleotide analogs, the use of drug delivery systems such as nanoparticles may enable the protection and the targeted delivery of these drugs. Nanoparticles designed for intravenous injections are however not always convenient, e.g. in the case of chronic diseases. Therefore, a subcutaneous implant with sustained release features might represent a valid alternative, which is less invasive and can reach lymphatic tissues (important targets of many therapies). The first chapter of this thesis presents the formulation of nanoparticles to encapsulate ATP as well as zidovudine triphosphate (AZT-TP), thanks to the presence of chitosan (CS). These nanoparticles are formed through ionic interactions between the positive charges of chitosan and the negative charges of the triphosphate groups of ATP or AZT-TP. In this work, nanoparticles are characterized and their cellular delivery of ATP and AZT-TP inside a macrophage cell line is demonstrated. In a second time, the stability of these systems has been improved in order to obtain a better behavior in physiological conditions. This improved stability has been achieved through the complexation of chitosan to iron(III) (CS-Fe). This strategy has been applied to TPP and ATP nanoparticles. These nanoparticles have been tested on two macrophages cell lines showing an improved internalization compared to the previous ones. Finally, CS-Fe/ATP nanoparticles have been dispersed in a PLGA solution in order to develop an in situ forming implant. Once in contact with physiological fluids, the suspension turns into a solid depot. In vitro release studies show the ability of the systems to retain nanoparticles inside the matrix and to gradually release them over 5 days. After subcutaneous administration to mice, PLGA implants containing nanoparticles were able to retain ATP at the injection site for up to 50 hours, as compared to few hours of free ATP or free nanoparticles, showing therefore their relevance as sustained release systems of nucleotides.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 31-12-2019

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