Etude des mécanismes d'endocytose et de transcytose de nanoparticules polysaccharidiques à travers la barrière hémato-encéphalique
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Abstract EN:
The brain is one of the least accessible organs of the body, due to the presence of blood brain barrier (BBB), thus making the delivery of neurotherapeutics almost a challenge. In order to develop vectors to deliver drugs to the brain we studied the influence of surface charge and inner composition of 60 nm maltodextrin nanoparticles to cross BBB. We prepared neutral and cationic maltodextrin nanoparticles and an anionic lipid was inserted in cationic NP frame to make DPPG-NP. Studies were performed on an in vitro model of BBB made of a co-culture brain capillary endothelial cells and astrocytes. We observed at 4°C that cationic NP are bound in a saturable manner on areas surrounding the tight junction area, this binding is inhibited by protamin and their endocytosis and transcytosis to the brain by clathrin inhibitors. The insertion of lipids inside cationic NP didn’t change neither their size nor their zeta potential suggesting that the lipids are inserted in the core of these NP. However, highly change in their binding on endothelial cells was observed at 4°C showing that the lipids inside the particles participate to their interaction with membrane. Moreover, only DPPG-NP were found to have a high binding on the collagen of collagen coated filters. . Neutral nanoparticles binding at 4°C contrary to cationic ones was observed on all the surface of the cells, their binding was followed by endocytosis and transcytosis which was inhibited by filipin. This result suggest that neutral NP enter the cells via a cholesterol dependent pathway highly suggesting that the caveolae pathway is implied as these cells have a high level of caveolae on their membrane surface. Taken together these results show that 60 nm polysaccharidic NP can cross BBB using either clathrin or caveolae depending on their surface charge, these pathways can be targeted in brain delivery strategies to improve drug delivery to the brain using colloids.
Abstract FR:
La barrière hémato-encéphalique est un obstacle majeur à la pénétration de médicaments vers le cerveau. Dans l’objectif de développer des vecteurs capables de franchir cette barrière et de délivrer des agents thérapeutiques dans le cerveau, nous avons étudié in vitro l’influence de la charge de surface (neutre, cationique) et de la composition interne de nanoparticules polysaccharidiques poreuses de 60 nm dans les processus d’adsorption, d’endocytose et de transcytose de ces colloïdes au niveau de la BHE. Les essais ont été réalisés sur un modèle in vitro pertinent de la BHE constitué d’une co-culture de cellules endothéliales et d’astrocytes. Nous avons observé une adsorption spécifique et saturable à 4 °C des NPs cationiques à la limite des jonctions serrées. Cette adsorption, inhibée par la protamine, est suivie par une internalisation des NPs dans les cellules endothéliales via une endocytose impliquant la voie des clathrines. Ce type d’endocytose pourrait être à l’origine d’une orientation majoritaire des NPs cationiques vers la voie de dégradation lysosomiale et par conséquent de leur faible potentiel de transcytose. L’incorporation de dipalmitoylphosphatidyl glycérol (DPPG) dans les NPs cationiques (DPPG-NPs) ne modifie ni la taille ni la charge de surface des NPs confirmant la pénétration de ce lipide dans ces nanoparticules poreuses. Nous observons que ces DPPG-NPs se fixent sur des sites différents des NPs cationiques au niveau de la BHE, ce qui laisse suggérer une modification de l’organisation structurale de la surface des NPs cationiques permettant ainsi aux DPPG-NPs de reconnaître autres sites d’adsorption. Ce résultat nous fait conclure que les lipides insérés aux NPs participent aux liaisons avec des constituants de la BHE. Par ailleurs nous n’avons pu observer leur transcytose en raison de leur forte affinité pour le collagène. Les NPs neutres ont une adsorption principale au niveau de sites répartis de manière homogène sur toute la surface luminale de la BHE. Cette fixation pourrait être due soit, à la présence de lectines, soit au grand nombre de transporteurs du glucose sur ces cellules. A 37 °C, le traitement à la filipine montre que l’adsorption des NPs neutres est suivie par une endocytose via la voie des cavéoles permettant la transcytose de ce vecteur au travers de la BHE in vitro. On déduit de l’ensemble de ces travaux de recherche, que les NPs à base de maltodextrines et de taille moyenne de 60 nm peuvent franchir la BHE par transcytose en empruntant soit la voie des cavéoles, soit la voie des clathrines. D’autre part, bien que les lipides dans les NPs poreuses n’apparaissent pas en surface, ils ont un rôle dans l’adsorption de ces NPs. Ces vecteurs devront être évalués in vivo pour vérifier leur potentiel dans le cadre de traitement des maladies cérébrales.