Nanoformulations de doxorubicine à base de poly (acide lactique-co-acide glycolique) et de nanoparticules d'oxydes de fer : mise au point et caractérisation physico-chimique
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Abstract EN:
Systemic administration of anticancer drugs is limited by their possible toxicity towards healthy organs (heart, kidney, liver…). A possible approach to overcome this problem is to target anticancer drugs-loaded superparamagnetic nanoparticles by using an external magnetic field. The aim of this work is to design superparamagnetic composite nanoparticles loaded with doxorubicin and based on biocompatible polymer [poly(D,L-lactide-co-glycolide) or PLGA] and iron oxide. In the first part, a review concerning the preparation and therapeutic use of iron oxides is presented and the concept of magnetic targeting for drug delivery is developped. In the second part, results are given concerning the synthesis of iron oxide nanoparticles and their incorporation in a PLGA matrix, with or without doxorubicin, in order to obtain composite nanoparticles. The iron oxide nanoparticles are synthesized by coprecipitation in an alkaline medium of a mixture of ferrous and ferric salts to give ionic ferrofluids after dispersion in an aqueous medium. The size of these nanoparticles is determined by transmission electron microscopy (~ 8 nm) and by photons correlation spectroscopy (average hydrodynamic diameter: 20 nm). The molecular composition determined by Raman microspectrometry indicates the presence of magnetite (72%) and maghemite (28%). For the preparation of composite nanoparticles, the technique primarily used was the double water-in-oil-in-water emulsion/evaporation method. This process is usually used for the encapsulation of hydrophilic compounds like peptides and proteins. Our results show the low efficacy of this technique for the encapsulation of ionic ferrofluids being explained by the hydrophobic nature of the polymeric matrix. Thus, modifications are made to increase the affinity of iron oxide nanoparticles with respect to PLGA. The lipophilicity of the iron oxide nanoparticles is increased by adsorption of oleic acid allowing their incorporation into the organic phase containing polymer and increasing their encapsulation efficiency. In the same manner, lipophilicity of doxorubicin increased in presence of oleic acid and is more easily extracted in the organic phase. These improvements make it possible to prepare composite nanoparticles by the conveniently modified single oil-in-water emulsion/evaporation technique, usually used for the encapsulation of lipophilic drugs. The composite nanoparticles have a size ranging between 290 and 490 nm. The incorporation of the iron oxide nanoparticles in the polymeric matrix is evaluated by FT-IR spectrometry and atomic absorption spectrometry, and the content of doxorubicin is measured spectrophotometrically. The process led to produce composite nanoparticles loaded with iron oxide and doxorubicin up to 14. 2 % (w/w) and 0. 5 % (w/w) respectively. The release profile of doxorubicin and the magnetic susceptibility of the composite nanoparticles remain to be determined. However, the physicochemical properties of these composite nanoparticles are of interest to assess their efficacy in vitro on tumor cells line.
Abstract FR:
L’administration systémique d’agents anticancéreux est limitée par leur toxicité (cardiaque, rénale, hépatique). Le concept d’administration ciblée des anticancéreux par focalisation magnétique de vecteurs nanoparticulaires superparamagnétiques administrés par voie intraveineuse constitue une réponse possible à cette limite. Ce travail a pour objectif la mise au point de nanoparticules composites superparamagnétiques à base d’oxydes de fer et d’un polymère biocompatible, le poly(acide lactique-co-acide glycolique) (PLAGA) et contenant un agent anticancéreux, la doxorubicine. Dans la première partie, une revue de la littérature concernant la préparation et l’utilisation des oxydes de fer en thérapeutique est présentée. L’intérêt de la vectorisation des principes actifs est abordé à travers le concept de guidage magnétique des médicaments. Dans la seconde partie de ce travail, nous présentons nos résultats concernant la synthèse des nanoparticules d’oxydes de fer et leur incorporation dans une matrice de PLAGA, conjointement ou non avec la doxorubicine, afin d’obtenir des nanoparticules composites. Les nanoparticules d’oxydes de fer sont synthétisées par co-précipitation en milieu alcalin d’un mélange de sels ferreux et ferriques puis dispersées en milieu aqueux pour donner des ferrofluides ioniques. La taille de ces nanoparticules est déterminée par microscopie électronique à transmission (environ 8 nm) et par spectroscopie de corrélation de photons (diamètre hydrodynamique moyen : 20 nm). La composition moléculaire est déterminée par microspectrométrie Raman indiquant la présence de magnétite (72%) et de maghémite (28%). Pour la préparation des nanoparticules composites, la technique qui a été initialement retenue est le procédé par double émulsion/évaporation de solvant. Ce procédé est couramment utilisé pour l’encapsulation de composés hydrophiles comme les peptides et les protéines. Nos résultats montrent une efficacité limitée de cette approche, s’expliquant par la nature hydrophobe de la matrice polymère. Nous avons donc cherché à augmenter l’affinité des particules d’oxydes de fer et de la doxorubicine vis-à-vis du PLAGA. La lipophilie de la surface des nanoparticules d’oxydes de fer est augmentée par adsorption d’acide oléique. Cela permet leur introduction directe dans la phase organique contenant le polymère et améliore ainsi l’efficacité d’incorporation. Une étude, réalisée parallèlement au sein du laboratoire, montre une forte augmentation de la lipophilie de la doxorubicine lorsqu’elle est associée à l’acide oléique. La doxorubicine est alors plus facilement extraite dans la phase organique. Ces améliorations permettent de préparer les nanoparticules composites par la technique de simple émulsion/évaporation de solvant, habituellement utilisée pour les principes actifs lipophiles. Les nanoparticules composites obtenues ont une taille comprise entre 290 et 490 nm. L’incorporation des particules d’oxydes de fer dans la matrice polymère est évaluée par spectrométrie FT-IR et par spectrométrie d’absorption atomique. Enfin, la teneur en doxorubicine est mesurée par absorption UV-visible. Le protocole opératoire ainsi optimisé permet d’augmenter de manière significative l’incorporation des particules d’oxydes de fer (14,2 %, m/m) et les taux de charge en doxorubicine (0,5 %, m/m). Le profil de libération de la doxorubicine encapsulée et la réponse de ces vecteurs à un champ magnétique restent à déterminer. Cependant, les propriétés physico-chimiques des nanoparticules composites obtenues sont suffisamment intéressantes pour commencer à évaluer leur efficacité thérapeutique. L’évaluation in vitro de l’activité de ces nanovecteurs sur des cultures de cellules mammaires tumorales est en cours de réalisation dans le cadre d’un autre travail de thèse. Enfin, l’étude de leur distribution chez l’animal fait également partie des travaux futurs de l’équipe de recherche.