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Parmi toutes les voies d’administration, la voie orale a toujours suscité un grand intérêt. Les formes prises par voie orale présentent une grande facilité d’administration pour le patient, tandis que pour les chercheurs, la physiologie du système gastro-intestinal peut être facilement modélisable. Malheureusement, son importante variabilité, liée principalement au temps de vidange gastrique, peut conduire à une mauvaise reproductibilité des effets thérapeutiques et à une diminution de la biodisponibilité. Ce problème est surtout rencontré dans le cas des principes actifs présentant une fenêtre d’absorption étroite au niveau de l’intestin supérieur [Deshpande et col. 1996]. Une solution a été de développer des formes galéniques à libération prolongée caractérisées par un temps de résidence gastrique accru. Ainsi, le principe actif est libéré progressivement en amont de sa fenêtre d’absorption. Dans cette optique, plusieurs systèmes ont été développés :des formes bioadhésives, expansibles, gonflantes ou à hautes densités [Singh et Kim, 2000]. Mais parmi toutes ces formes, ce sont les systèmes flottants qui semblent offrir la protection la plus efficace contre une vidange gastrique précoce [Moës, 1989]. Seth et Tossounian ont ainsi développé une gélule flottante à libération prolongée, basée sur le gonflement d’un dérivé cellulosique. Etant une forme monolithique, sa vidange gastrique était soumise au phénomène de tout ou rien. De plus, cette forme présentait un inconvénient majeur puisqu’elle était sujette à des fractionnements intra-gastriques, diminuant de ce fait la reproductibilité inter- et intra-individuelle [Seth et Tossounian, 1984]. \, Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Parmi toutes les voies d’administration, la voie orale a toujours suscité un grand intérêt. Les formes prises par voie orale présentent une grande facilité d’administration pour le patient, tandis que pour les chercheurs, la physiologie du système gastro-intestinal peut être facilement modélisable. Malheureusement, son importante variabilité, liée principalement au temps de vidange gastrique, peut conduire à une mauvaise reproductibilité des effets thérapeutiques et à une diminution de la biodisponibilité. Ce problème est surtout rencontré dans le cas des principes actifs présentant une fenêtre d’absorption étroite au niveau de l’intestin supérieur [Deshpande et col. 1996]. Une solution a été de développer des formes galéniques à libération prolongée caractérisées par un temps de résidence gastrique accru. Ainsi, le principe actif est libéré progressivement en amont de sa fenêtre d’absorption. Dans cette optique, plusieurs systèmes ont été développés :des formes bioadhésives, expansibles, gonflantes ou à hautes densités [Singh et Kim, 2000]. Mais parmi toutes ces formes, ce sont les systèmes flottants qui semblent offrir la protection la plus efficace contre une vidange gastrique précoce [Moës, 1989]. Seth et Tossounian ont ainsi développé une gélule flottante à libération prolongée, basée sur le gonflement d’un dérivé cellulosique. Etant une forme monolithique, sa vidange gastrique était soumise au phénomène de tout ou rien. De plus, cette forme présentait un inconvénient majeur puisqu’elle était sujette à des fractionnements intra-gastriques, diminuant de ce fait la reproductibilité inter- et intra-individuelle [Seth et Tossounian, 1984]. Afin de résoudre ces problèmes de variabilité, des mini-comprimés flottants à libération prolongée ont été développés. Notre but était donc de développer des mini-comprimés capables de flotter dans l’estomac pendant une période de temps prolongée tout en assurant la délivrance progressive du principe actif. Ces mini-comprimés devaient fournir une bonne flottaison et une libération prolongée pour diverses substances actives. Nous avons également essayé d’augmenter au maximum la teneur en principe actif afin de faciliter l’administration de la gélule contenant les mini-comprimés en réduisant le volume nécessaire pour contenir la dose désirée. L’utilisation de la granulation thermoplastique [Hamdani et col. 2002] suivie d’une compression directe a permis d’obtenir un procédé de fabrication simple, rapide et peu coûteux. Les mini-comprimés contenaient au minimum un agent actif, un agent liant et un mélange effervescent. La levodopa a d’abord été sélectionnée comme modèle de principe actif hydrosoluble. La première forme développée renfermait un agent gélifiant cellulosique capable de retenir le dioxyde de carbone généré tout en assurant la libération prolongée du principe actif. En incorporant 17% (m/m) d’agents effervescents et 25% (m/m) d’agent gélifiant au sein des mini-comprimés matriciels, la libération de la levodopa s’est étendue sur une période de 8 heures. Contrairement à la Prolopa® HBS 125, ils n’ont jamais présenté de problème de fragmentation ou de « désintégration » lors des essais de dissolution. Les mini-comprimés matriciels étaient caractérisés par un faible délai de flottaison (± 1 min.) quel que soit le pH (1.2 ou 3.0), des forces de flottaison élevées et une durée totale de flottaison supérieures à 13 heures. Une évaluation par la technique du poids résultant a montré qu’ils généraient des forces de flottaison supérieures – ex. PRmax = 70mg/100mg - à la spécialité commerciale Prolopa® HBS 125 – ex. PRmax = 45mg/100mg. Suite aux bons résultats obtenus in vitro, une étude préliminaire in vivo a été effectuée sur des sujets volontaires sains. La riboflavine a été préférée à la levodopa comme modèle hydrosoluble en raison du caractère non invasif des prélèvements. L’hypothèse selon laquelle les mini-comprimés flottants offraient une rétention gastrique supérieure à celle obtenue avec les mini-comprimés non flottants semblait avoir été vérifiée. En effet, la quantité totale de riboflavine excrétée après administration concomitante des mini-comprimés flottants et d’un repas était supérieure à celle excrétée avec une forme flottante prise à jeun, ainsi qu’à celle excrétée lors de l’administration de la forme non flottante prise en même temps que le repas. De plus, quel que soit le régime alimentaire, la vitesse d’excrétion urinaire maximale et le temps nécessaire pour l’atteindre ont toujours été supérieurs après administration de la forme flottante. Une seconde technologie a ensuite permis de remplacer l’agent gélifiant par un enrobage capable de maintenir le dioxyde de carbone à l’intérieur de la forme tout en assurant la libération prolongée de la levodopa. Le but de cette substitution était de pouvoir augmenter le pourcentage de principe actif contenu dans la forme. Un dérivé acrylique insoluble – Eudragit® RL30D – a été utilisé comme agent filmogène. Un agent plastifiant peu hydrosoluble – ATEC – a permis d’obtenir un film élastique résistant aux tensions engendrées par la génération du dioxyde de carbone. En appliquant une teneur équivalente à 20% (m/m) d’enrobage autour du noyau, la libération de la levodopa n’a pas été retardée et s’est prolongée pendant plus de 20 heures. Ces mini-comprimés enrobés ont flotté en 20 minutes à pH 1.2 et ont conservé leurs propriétés de flottaison pendant plus de 13 heures. L’incorporation de lactose (10% m/m) au sein de l’enrobage a permis de libérer l’entièreté de la levodopa en 18 heures. De plus, en augmentant la teneur en acide tartrique dans le mélange permettant de générer le dioxyde de carbone (de 3 à 15 % m/m), le délai de flottaison, identique quel que soit le pH (1.2 ou 3.0), a été réduit de 20 à 8 minutes. L’influence des propriétés physico-chimiques de la levodopa et de la ciprofloxacine sur les profils de dissolution et de flottaison obtenus à partir des mini-comprimés matriciels et enrobés a ensuite été évaluée. En l’absence de ciprofloxacine dans la composition de l’enrobage, un retard de libération d’une heure est apparu. Il n’a pu être supprimé qu’en incorporant 10% (m/m) de principe actif au sein de l’enrobage. Aucun problème de ce type ne s’est présenté avec la levodopa. Quel que soit le principe actif incorporé, les mini-comprimés matriciels et enrobés ont flotté en moins de 10 minutes et pendant plus de 13 heures. Toutefois, les valeurs maximales de poids résultant obtenues ont été supérieures en présence de ciprofloxacine - 220 mg/100mg - qu’après incorporation de levodopa – 90 mg/100mg. Une étude pharmacocinétique sur volontaires sains a finalement été réalisée sur les mini-comprimés matriciels et enrobés contenant une association de levodopa et de carbidopa. Le but de cette investigation était de comparer les profils pharmacocinétiques de la levodopa et des inhibiteurs de décarboxylases périphériques obtenus à partir des mini-comprimés avec ceux relevés après administration de la spécialité commerciale Prolopa® HBS 125. Une étude scintigraphique a également été réalisée afin d’évaluer le temps de résidence gastrique des 3 formes flottantes. Cette étude a démontré que les mini-comprimés – matriciels et enrobés – présentaient un temps de rétention gastrique supérieure à 4 heures. Ils ont également fourni des concentrations plasmatiques soutenues en levodopa et carbidopa pendant plus de 12 heures. La courbe plasmatique de la levodopa obtenue à partir des mini-comprimés enrobés était similaire à celle obtenue après administration de la Prolopa® HBS 125. Dans les 2 cas, les concentrations plasmatiques en levodopa ont augmenté rapidement après 3 heures. Ce phénomène est sans doute dû aux phénomènes de désintégration observés in vitro et par scintigraphie. Les mini-comprimés matriciels ont fourni des résultats moins variables en fonction du sexe. Ils n’ont présenté aucune désintégration intra-gastrique, ce qui a évité l’apparition d’effet de pic au niveau des concentrations plasmatiques en levodopa. Comparativement à la carbidopa, les concentrations plasmatiques en bensérazide étaient inférieures et présentaient d’importantes variations en fonction du sexe. Le développement de ces nouveaux types de mini-comprimés a également requis l’examen de leur stabilité temporelle. Pour ce faire, ils ont été conservés à différentes conditions de température et d’humidité relative (25±2°C / 60±5% HR ;30±2°C / 65±5% HR ;40±2°C / 75±5% HR). A 25°C et 30°C, aucune diminution significative des teneurs en levodopa et carbidopa n’a été observée à partir des 2 types de mini-comprimés. De même, le profil de dissolution des 2 principes actifs sont restés similaires à celui relevé au temps zéro. Après 12 mois de stockage, les mini-comprimés matriciels et enrobés flottaient endéans 10 min et pendant plus de 13 heures. A 40°C, le profil de dissolution de la levodopa et de la carbidopa, ainsi que les propriétés de flottaison des mini-comprimés matriciels et enrobés sont restés similaires à ceux relevés juste après production. Par contre, après 6 mois de stockage, les teneurs en PA ont diminué de façon significative (p < 0.05) lorsqu’ils étaient contenus dans les mini-comprimés matriciels./ Oral sustained-drug-delivery formulations show some limitations connected with the gastric emptying time. In particular, a too rapid gastrointestinal (GI) transit can result in incomplete drug release from the device above the absorption zone, leading to diminish effectiveness of the administered dose, especially when the drug presents a narrow absorption window. A prolongation of gastric residence time of a rate-controlled oral dosage form (DF) can overcome these problems. Thus, the design of sustained-release (SR) DF requires in some cases both prolongation of GI transit time of the DF as well as controlled drug release. In this way, SR floating granulates, made by melt granulation and containing at least an active drug, a meltable lipidic binder and gas-generating agents, and compressed into minitablets (MT), were developed and evaluated in vitro. The first floating system developed contained Methocel® K15M as a swellable polymer both to trap the generated carbon dioxide and to sustain the release of the drug. For the second floating system developed, Methocel® K15M was completely replaced by the drug and a coating step was introduced in the manufacturing process in order to provide a coating capable of maintaining the generated carbon dioxide inside the DF for a prolonged period of time. Levodopa was used as a model drug. Precirol® was used as a meltable binder. Tartaric acid, sodium bicarbonate and calcium carbonate were employed as carbon dioxide-generating agents. Methocel® K15M was used as a gel-forming polymer. The insoluble polymer used to make the gas-trapping membrane was Eudragit® RL30D. Acetyl-triethyl citrate was used as plasticizer. Granulates were prepared by melt granulation, in a vertical small laboratory scale high-shear mixer. MT were prepared by direct compression. The coating was realized into a fluidized bed coating apparatus. A resultant-weight apparatus was used to determine the buoyancy capabilities of the floating minitablets (FMT). A Disteck 2100C USP 29 dissolution apparatus Type II was used for the dissolution tests. The best floating properties of the uncoated FMT were obtained with 3 mm minitablets prepared at low compression forces ranging between 50 and 100 N. When the FMT were filled into gelatin capsules, no sticking was observed. By evaluating the dissolution profiles of levodopa at different pH values, it was found that dissolution profiles depend more on the prolonged-release ability of Methocel® K15M than on the pH-dependent solubility of levodopa. On the other hand, the optimized 3mm coated FMT floated within 10 min and remained buoyant for more than 13 h, regardless of the pH of the test medium. By evaluating the dissolution profiles of levodopa at different pH, it was found that the release of levodopa was sustained for more than 12 h regardless of the pH, even if the coating did not cancel the effect of the pH-dependant solubility of the active drug. Finally, the robustness of the uncoated and the coated FMT was assessed by testing the drug release variability in function of the stirring conditions during dissolution tests. Two formulations -uncoated and coated - of new FMT were developed with success. The floating lag time of the FMT was ranged between 1 and 10 min and the FMT remained buoyant for more than 13 hours. Their ability to sustain the drug release for more than 8 hours was also demonstrated. Pharmacoscintigraphic studies were conducted on the FMT and the following in vivo results assess those obtained in vitro., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques, info:eu-repo/semantics/published

Since the approval of recombinant human insulin in 1982, there has been a growing interest in the use of biotherapeutics, and more particularly of monoclonal antibodies (mAb)-based products due to their multiple advantages compared to small chemical entities. Nonetheless, mAbs also show some drawbacks, one of them being their sensitivity to diverse instability pathways due to their complex structure. Therefore, attention needs to be paid during formulation and storage of such entities. While administration of mAbs using non-invasive routes has been extensively investigated, it still faces several challenges, especially regarding systemic therapy. Thus, parenteral route currently remains the main route of administration for antibodies (Abs). However, frequent injections are required in order to maintain Ab plasma levels into the therapeutic range, which may induce peak-to-trough fluctuations in blood levels due to multiple dosing as well as poor patient compliance. Consequently, methods to increase the half-life of Abs have gained interest over the last decades, and more particularly the use of sustained-delivery systems based on poly(lactide-co-glycolide) acid (PLGA) derivatives. In this work, the spray-drying of a water-in-oil emulsion (w/o) was selected as the formulation technique to produce Ab-loaded PLGA microparticles. Based on the requirement of sustained-release delivery systems, different objectives were set regarding the characteristics of the microparticles, i.e. a drug loading (DL) of at least 20%, a continuous in vitro and in vivo Ab release over a minimum of one month with a limited burst release and the possibility to maintain Ab stability during manufacturing, storage and release., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thèse réalisée dans le cadre d'une collaboration avec UCB Pharma et la région Wallonne s'inscrivant dans le cadre du projet SAS. Le but de ce projet était de développer des implants sous-cutanés imprimés en trois dimensions pour permettre une libération d’anticorps thérapeutique de manière prolongée au cours du temps. En effet, les thérapies disponibles sont souvent administrées par voie intraveineuse, ce qui peut réduire la compliance des patients dû à l’inconfort et à la fréquence de ces administrations. Les systèmes de délivrance, tels que des implants, peuvent limiter les fréquences d’administration grâce à l’insertion d’un dispositif qui libèrera le principe actif au cours du temps durant une période donnée. Les implants s’inscrivent comme une alternative aux microsphères qui sont également des dispositifs développés et investigués en vue de favoriser l’adhésion et la compliance des patients. L’avènement du 3D dans le milieu pharmaceutique a montré une certaine frénésie liée au développement de la médecine personnalisée et à l’innovation du procédé dans ce secteur. La sélection d’un matériau biocompatible et biorésorbable tel que le PLGA représente une véritable plus-value dans le développement d’implant. Etant donné que ces implants sont biodégradables, le retrait n’est pas à envisager, ce qui limite les désagréments du patient à un seul acte chirurgical lors de l’implantation. Au cours de ce travail, une approche pragmatique a d’abord été abordée sur les procédés d’extrusion à chaud et de l’impression 3D en utilisant un polymère couramment employé dans l’impression grand public, le PLA. L’investigation des paramètres d’impressions (température d’impression, epaisseur de couche et vitesse d’impression) et l’usage de divers plastifiants (la triacétine (TA), le polyethylène glycol 400 (PEG 400), le citrate de triéthyle (TEC) et l’acétyle citrate de triéthyle (ATEC)) pour faciliter les procédés à chaud et dans l’idée de réduire les températures d’extrusion et d’impression du matériau ont été évalués. Ces essais ont démontré l’effet de la température d’impression sur la qualité de l’impression et principalement sur les propriétés du matériau comme la force de traction et la ductilité. De plus, l’ajout de plastifiant à la matrice du PLA a permis de diminuer sa température de transition vitreuse. Par exemple, la température de transition vitreuse du PLA a été diminuée de 53 °C à 34 °C par l’ajout de PEG 400. Cette approche avait pour but d’évaluer la possibilité de diminuer les températures d’impression dans l’optique d’encapsuler à chaud un anticorps sensible à la chaleur pour la suite de ce travail.Ensuite, le développement de filaments imprimables contenant des anticorps a été abordé et mis en place à l’aide d’un modèle d’anticorps polyclonal disponible en grandes quantités et à des coûts relativement faibles. Un anticorps à l’état solide a été favorisé dans le procédé car il est largement accepté que les protéines sous forme solide sont plus stables au cours du temps en comparaison aux solutions d’anticorps. De plus, cet état solide facilite les manipulations précédant l’extrusion comme l’étape de mélange. Pour la réalisation des filaments, différents types de PLGA ont été investigués afin d’atteindre les propriétés nécessaires à l’impression en termes de diamètre mais également de comportement physique. Ces dérivés étaient caractérisés par des masses moléculaires différentes comme pour le PDLG5004 (44 kDa), le RG502 (7-17 kDa) et parmis eux, un copolymère PEG-PLGA (2 kDa-20 kDa). Un PLGA de faible masse moléculaire a été sélectionné pour développer ce filament. En effet, les extrusions étaient réalisables à une température maximum de 90 °C et les impressions à 113 °C minimum. L’un des enjeux cruciaux du développement de filament imprimable contenant un anticorps à haute concentration, au minimum 15% (w/w), était d’en assurer l’homogénéité. Cependant, l’usage de températures aussi élevées lors de l’impression a induit la dégradation de l’anticorps par la formation d’agrégats et principalement de fragments. Ces derniers sont généralement produits lors de procédé à haute température ou par l’usage de conditions drastiques telles que l’acidification du milieu. Cette plateforme a été adaptée à l’encapsulation d’anticorps thérapeutique fournit par UCB Pharma. L’usage d’un anticorps monoclonal possédant une stabilité supérieure à celle du modèle initialement utilisé permettrait d’identifier l’impact du procédé sur l’intégrité de l’anticorps. La formulation de l’anticorps a été réalisée en utilisant différents stabilisants conventionnels (sucrose (Suc), trehalose (Tre), 2-Hydroxypropyl-beta-cyclodextrine (HP-β-CD), inuline (Inu) et sorbitol (Sor)) et reconnus pour la stabilisation des protéines. A côté des excipients ajoutés, différentes quantités d’excipients ont été investigués. Ces manipulations ont montré que la stabilité de l’anticorps était privilégiée à l’aide du sucrose et du tréhalose à un ratio anticorps monoclonal:excipient de 2.0:1. En gardant ce ratio, l’ajout d’un acide aminé (leucine) aux deux disaccharides précédemment cités, a amélioré la stabilité de l’anticorps vis-à-vis des procédés à chaud (extrusion et impression 3D). L’homogénéité au sein des filaments imprimables et des pièces 3D a été confirmée tout au long du procédé. En effet, les charges en anticorps étaient similaires à la charge théorique de 15% (w/w). Aucune fragmentation de l’anticorps n’a été observée à l’issue des procédés à chaud. Cependant, une augmentation des agrégats de 2.6% en solution à 3.6% après impression 3D a été constatée à la fin du processus. Après avoir stabilisé l’anticorps, le but premier étant d’en promouvoir une libération prolongée au cours du temps. Les profils ont révélé une libération en trois phases au cours du temps mais avec un relargage après 24h relativement faible (< 5%) dû à la densité des matrices polymériques. Ensuite, la dégradation du polymère représente l’élément limitant la libération de l’anticorps au cours du temps. En effet, l’érosion du polymère joue un rôle clé dans la libération de l’anticorps encapsulé. La libération au cours du temps a été démontrée sur une période allant jusqu’à 15 semaines. La stabilité de l’anticorps dans le milieu de dissolution a été évaluée et une dégradation de celui-ci au cours du temps a été observée. Cette dégradation est principalement liée à l’érosion du polymère et à l’acidification du milieu au cours du test de dissolution. Après avoir optimisé la formulation de l’anticorps et avoir démontré la libération prolongée de celui-ci, son affinité restait à être étudiée. La capacité de l’anticorps à se lier à sa cible a pu être démontrée après 24h de dissolution mais cette affinité s’est réduite au cours de la durée de la dissolution avec une augmentation de l’agrégation et de la fragmentation de l’anticorps. Une étude de stabilité a également démontré que les implants imprimés en 3D sont stables à une température 5 °C sur une durée de 6 mois. Aucun élément de dégradation n’a été observé au cours du temps et l’affinité de l’anticorps a été préservée au cours de l’étude. Finalement, cette plateforme a également été évaluée pour l’encapsulation d’une troisième molécule biologique, un fragment d’anticorps monoclonal, pour d’une part en estimer la stabilité et l’applicabilité et d’autre part envisager une prochaine étude pré-clinique sur rongeurs. Le fragment d’anticorps a montré une stabilité supérieure à celle de l’anticorps monoclonal avec une faible agrégation après l’extrusion et l’impression. La libération prolongée du fragment a été évaluée sur 8 semaines et une libération du fragment de 79% a été observée avec une formulation contenant du tréhalose et de la leucine. En effet, les fragments d’anticorps ont une demi-vie plasmatique relativement faible, de l’ordre de 28 minutes, ce qui donne tout son sens à des systèmes à libération prolongée. Pour finir, la réalisation d’une étude pré-clinique permettrait de valider le modèle. En conclusion, ce travail a démontré la faisabilité de l’usage de l’impression 3D en vue de développer des systèmes à libération prolongée contenant des anticorps et en utilisant des procédés à hautes températures. Ces implants ont été caractérisés par une stabilité favorable et une libération intéressante qui feront l’objet d’investigation lors d’études pharmacocinétiques., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

Il existe actuellement plusieurs tests globaux permettant l’évaluation de l’hémostase. Ces outils ont l’avantage, contrairement aux dosages individuels de facteurs ou aux tests classiques de coagulation (temps de prothrombine, temps de thromboplastine partielle activée), d’explorer le potentiel de coagulation global d’un individu, résultant de l’action combinée des facteurs pro et anti coagulants. Parmi ces tests, le test de génération de thrombine et les tests viscoélastiques ont retenu notre attention. Ils ont été utilisés pour explorer trois pathologies.La première partie de ce travail s’est focalisée sur l’évaluation du potentiel hémostatique chez les enfants atteints de leucémie aiguë lymphoblastique pendant le traitement par asparaginase native ou pégylée. L’asparaginase et les corticoïdes sont des molécules importantes du traitement, mais comportent différents effets indésirables, entre autre sur le système hémostatique avec l’apparition de thromboses. Le test de génération de thrombine a été exploré chez 56 enfants atteints de leucémie et a permis de mettre en évidence un potentiel de coagulation augmenté au diagnostic et pendant le traitement d’induction. Cet effet était moins marqué pour les patients sous asparaginase pégylée que sous asparaginase native.La deuxième étude a exploré l’hémostase chez les patients drépanocytaires greffés. Ces derniers ayant un profil hypercoagulable, l’étude a évalué l’influence de la greffe sur la balance hémostatique. Dix-sept patients ont été inclus. Les résultats confirment un profil hypercoagulant en situation pré-greffe et une correction, certes incomplète, de ce profil vers un profil normal en situation post-greffe.La troisième partie a étudié l’efficacité in vitro de l’acide tranexamique sur la fibrinolyse, particulièrement dans la chirurgie cardiaque pédiatrique. Pendant ce type d’intervention, le système vasculaire du patient est exposé à toute une série d’agressions qui conduisent à un risque non négligeable de saignement. Afin d’accroitre la stabilité du caillot, l’acide tranexamique, agent antifibrinolytique, est largement utilisé. La concentration plasmatique minimale à cibler, permettant une inhibition complète de la fibrinolyse est peu renseignée surtout dans la population pédiatrique. Afin de répondre à cette interrogation, la dose minimale d’acide tranexamique nécessaire pour inhiber la fibrinolyse a été déterminée, après sensibilisation d’un test viscoélastique à la fibrinolyse., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'hepcidine est un petit peptide jouant un rôle clef dans le métabolisme ferrique. Dans la première partie de cette thèse, une méthode de quantification de l'hepcidine sérique et urinaire est développée par spectrométrie de masse en tandem avec évaluation des critères de fiabilité analytique et maitrise des paramètres pré-analytiques. La deuxième partie est centrée sur l'identification d'un agent stabilisateur pour la mesure de l’hepcidine urinaire et l'évaluation de l’efficience diagnostique de l’hepcidinurie sur collecte de 24h pour l’identification d’une carence martiale. Dans la troisième partie, l’intérêt de la détermination de l’hepcidine sérique basale ou de sa cinétique quatre heures après un test d’absorption en fer oral est évalué dans le cadre du diagnostic différentiel des anémies du sujet âgé., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

For many years, the nasal route of administration as part of a therapeutic treatment has been used. This route of administration is easy to implement, especially due to its non-invasiveness the ease of administration that it affords for the patient. In addition, it is suitable for chronic treatment as well as for an emergency situation when the patient is unconscious. For instance, the administration of benzodiazepines, such as midazolam, may be done to stop convulsions in a patient.Traditionally, intranasal administration was mainly borrowed to target a local effect (e.g. treatment of a cold with a decongestant agent). Subsequently, its application for systemic delivery (e.g. treatment of migraine with triptans) was more and more frequently considered. However, the administration of a drug in the nasal cavities for systemic delivery still remains limited. Indeed, even if the intravenous route has several major limitations such as its invasiveness or the pain generated during administration, it remains more widely used than the intranasal route. This can be explained, on the one hand, by the knowledge that was relatively limited regarding the nasal delivery but also because of the unavailability of nasal devices allowing precise control of the nasal administration (i.e. accurate dose delivery, strong deposition in the nasal cavity, etc).Subsequently, the intranasal route has led to a third therapeutic targeting, namely, the “nose-to-brain pathway”. In that case, the nasal cavity was considered as an opportunity to access the central nervous system (CNS). Indeed, the nose-to-brain delivery allows reaching the brain while bypassing the blood-brain barrier which is known to be a major obstacle to the diffusion of drugs in the CNS. Moreover, the passage through the nasal cavity would allow the administration of sensitive molecules (e.g. biopharmaceuticals) while avoiding excessive enzymatic degradation.Therefore, the nose-to-brain pathway appears to be an attractive route for the delivery of unstable molecules, requiring an access to the brain to reach their site of action. In this context, the therapeutic target that has been selected was "cachexia". It is a complex metabolic syndrome associated with underlying illness and characterized by loss of muscle with or without loss of fat mass. It usually results in particular from undernutrition and a generalized inflammatory state in the patient. In order to treat this syndrome and to restore the appetite in these patients, the goal was to use ghrelin (GHRL) as a model drug. GHRL is a peptide hormone that exhibits, among other effects, an orexigenic action. This biopharmaceutical needs to reach its receptors, located in the hypothalamus, to exert its therapeutic effect.In this study, the goal was to develop a formulation that was able to protect GHRL during its nasal administration, while increasing its residence time to promote its diffusion through the nasal olfactory epithelium.In the first part of the project, GHRL was mainly characterized in terms of stability (e.g. temperature and pH), but also in terms of surface charge. These results allowed selecting the most suitable strategy of formulation as well as the optimal storage conditions. After these preformulation evaluations, it was decided to work on the development of a liquid formulation. The first formulation was based on micelles composed of lipids with polyethylene glycol "DSPE-PEG (1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- [amino (polyethylene glycol) -2000] (ammonium salt)" as hydrophilic group. This type of pegylated lipids have already shown, in many scientific studies, interesting properties in the context of intranasal administration, especially in terms of mucopenetration. With a slight adaptation of the protocol found in the literature, it was possible to obtain micelles of an adequate size (~15 nm). The micelles produced also showed good ability to encapsulate GHRL with an encapsulation rate of 98%, but micelles of DSPE-PEG failed to increase the GHRL diffusion through epithelial layer. This step is essential in order to obtain high GHRL levels in the brain. The formulation containing DSPE-PEG micelles has thus been abandoned.Still in the goal of combining lipid excipients with hydrophilic polymer, another formulation strategy based on liposomes coated with chitosan has been considered. Since GHRL has a positive charge at physiological pH, anionic liposomes have been developed to get a high loading. Three types of liposomes have been produced: anionic, neutral and cationic. The objective was to evaluate the influence of the liposomes charge on GHRL encapsulation. By working with anionic liposomes, the loading could be 46% higher than that obtained from the cationic liposomes. In order to evaluate a potential relation between the amount of GHRL that was encapsulated in the liposomes and the amount of GHRL that could potentially be degraded in the presence of enzyme, the three types of liposomes were exposed to trypsin. Following enzyme exposure, anionic liposomes showed enzymatic protection 4 times higher than cationic liposomes. These anionic liposomes have also shown high GHRL protection in the presence of another enzyme with another mechanism of digestion, namely, carboxylesterase-1. Subsequently, isothermal titration calorimetry tests were performed to better understand the interaction mechanisms between GHRL and anionic liposomes. This technique showed that hydrophobic interactions between both compounds were predominant. The coating of anionic liposomes by chitosans was performed and confirmed by an increase of the mean diameter (+48 nm) and charge (+6 mV) as well as by the modification of the morphology of the liposomes. This coating of liposomes with chitosans was supposed to confer additional properties to the formulation such as mucoadhesion and permeation enhancement. These both effects can be obtained thanks to the positive charge of chitosans which allows adhering to the mucins of the mucus, on the one hand, and thanks to the opening of the epithelial tight junctions that enhances drug permeation, on the other hand. The chitosan coating allowed increasing the fixation of the liposomes to mucins by about twenty percent compared to uncoated liposomes. In addition, the "absorption promoter" effect of chitosans was confirmed on cells culture. Then, the formulation was introduced into two distinct nasal devices intended for the administration of liquid nasal sprays, namely, the VP3 device from Aptar Pharma and the SP270 device from Nemera. The aerosols produced by each device allowed generating droplets characterized by a mean diameter higher than 10µm, leading to potential satisfactory impaction onto the olfactory region instead of diffusion throughout posterior region of the nasal cavities. In the second part of the work, a dry formulation was produced by spray-drying from the liquid dispersion of coated liposomes. The objective was to increase the stability of GHRL during storage as well as to enhance its remanence and diffusion through the olfactory epithelium. The optimized parameters allowed producing a powder characterized by a mean diameter higher than 10 μm with an acceptable yield. The powder produced exhibited a low residual moisture and showed good homogeneity in terms of GHRL content. Then, a comparative study was carried out between the powder and the liquid formulation to compare the GHRL stability over time during storage at different temperatures (4°C and 25°C) but also their ability to fix mucins. In both cases, the dry powder showed better results The powder was also re-dispersed in aqueous phase to evaluate the ability of the liposomes to be reconstituted without modifying their physicochemical properties (e.g. size distribution, charges, stability). It was demonstrated that the majority of the initial properties could be preserved after reconstitution (i.e. rate of encapsulation). Similarly to the liquid formulation, the powder was loaded into a specific device developed for the nasal administration of powders that allows targeting the olfactory region to optimize the nose-to-brain transfer. The device, "UDS - Unit Dose System " from Aptar Pharma, has shown excellent properties in terms of particle size distribution in the aerosol but also in terms of targeting the olfactory zone. The latest was studied by means of "nasal cast" that is a 3-printed model of artificial nasal cavities. After impaction in the different cavities of the cast, it was possible to quantify the amount of GHRL that was deposited in the olfactory zone. Using our optimized formulation in combination with the device developed by Aptar, it was shown that 52% of the powder was impacted onto the area corresponding to the olfactory region. Such data demonstrated the relative difficulty to target this section of the nasal cavities.Finally, the formulation loaded with fluorescent GHRL was intranasally administered in mice. It was demonstrated that GHRL could reach the brain after intranasal administration of the formulation and that the formulation was essential to allow this transfer to the brain.The administration of such biopharmaceutical by nose-to-brain with this formulation seems to be an interesting alternative to exploit. However, additional studies to quantify this transfer more precisely, to better define its kinetics and also to evaluate the efficacy of the treatment should be carried out., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

With the emergence of novel and more effective drug therapies, increased importance is being placed upon the methods by which these drugs are being delivered to the body. In conventional drug delivery systems, there is very little control over the release of drug. The effective concentration at the target site can be achieved by intermittent administration of grossly excessive doses, which, often results in constantly, unpredictable variations in plasma concentrations, with the risk of reaching levels below or above the therapeutic range leading to marked side effects. A plethora of formulation strategies mainly based on polymeric/lipid nanoparticles, are described in literature. Even though these systems are therapeutically advantageous in comparison to conventional systems, they remain insensitive to the changing metabolic states of the body although the symptoms of most metabolic diseases follow a rhythmic pattern.A more appropriate and effective approach of managing some of these conditions lies in the chronotherapy. This approach allows for pulsed or self-regulated drug delivery which is adjusted to the staging of biological rhythms, since the onset of certain diseases exhibits strong circadian temporal dependence. In order to reach the objective of mimicking the biophysical and biochemical processes of pathological states, many innovations in material design for drug delivery systems (DDS) that are able to release the therapeutic payload-on-demand were done to release the therapeutic agent only when it is required, according to the physiological need. The development of multidisciplinary research teams has brought huge advantages in the design, fabrication and utilization of such smart systems, especially in the pharmaceutical field. Interestingly, numerous smart polymeric materials exhibit a response to a specific stimulus. A step further, the elaboration of purpose-built monomers can give rise to compounds with tunable sensitivities or multi-stimuli responsiveness. These smart polymers demonstrate an active responsiveness to environmental (or external) signals and change their physicochemical properties as designed (e.g. conformation, solubility, shape, charge or size). As far as the stimuli are concerned, they consist of physical (e.g. temperature, ultrasound, light, electricity, magnetic or mechanical stress), chemical (e.g. pH, ionic strength) and biological signals (e.g. enzymes, biomolecules). Due to the intrapersonal variabilities which may make internal stimuli hazardous, externally controlled systems rely on externally applied stimuli that are produced by stimuli-generating devices, which results in pulsed drug delivery. This type of delivery may be rapid and allows a transient release of a determined amount of drug within a short period of time immediately after a pre-determined off-release period. A novel strategy for the formation of multi-stimuli responsive materials endowed with pH, magnetic and light sensitivity was achieved. The approach relied on the incorporation of magnetic tetrahalogenoferrate(III) anions along a polymeric backbone based on poly(2-(N,N-dimethylamino) ethyl meth-acrylate) (PDMAEMA). Starting from the same PDMAEMA, quaternized pending amine groups with various halide derivatives gave rise to magnetic materials after anion metathesis. Measuring the magnetic susceptibility of these materials exhibited that the magnetic susceptibility increased as the substituted group size decreased (become smaller) which was apparently related to the steric hindrance around the ionic pendants. Additionally, a good correlation between the magnetic susceptibility and ferric content was found. Additional experimental and theoretical Raman analyses allowed the determination of the nature of the magnetic species constituting the materials. This strategy further offers the opportunity to tailor the magnetic response through partial ammonium salt formation. In order to merge the magnetic properties of ferric-based materials with another stimuli-responsive functionality, random copolymers containing DMAEMA (D) with diazobenzene (A) unit were prepared. So, three copolymers PDA were synthesized (with targeted D/A ratios 4/6 (PDA4), 6/4 (PDA6) and 8/2 (PDA8)). Meanwhile, different degrees of amine quaternization (10, 50 and 100 %) were applied, which led to the following polymeric salts PDAX/Y where X = 4, 6, 8 (referring to the percentage of the DMAEMA unit) and Y = 10, 50 and 100 (referring to the percentage of quaternized amine groups). Finally, the aforementioned materials were converted into magnetic polymers by anion exchange. As a result, magnetic responses correlated well with amount of iron oxide in these compounds and the amount of ionic pending groups along the backbone. Moreover, the remaining tertiary amines conferred pH sensitivity to the polymers whereas the diazobenzene units ensured light responsiveness through the well-established trans-to-cis isomerization.In order to functionalize these materials in the pharmaceutical field, an intelligent delivery system was prepared. Firstly, an attempt to formulate riboflavin-5’-phosphate sodium (RPS) loaded on PDA8 microspheres was made using double emulsion evaporation method. Meanwhile, prednisolone (PRD) microspheres were prepared using s/o/w emulsion technique. Subsequently, coating systems of cochineal red tablets were developed. These tablets were coated with polymer solution (using each of three types of copolymers: PDA8, PDA6, and PDA4) until the desired percentage of the coating was achieved (10, 15, and 20 % w/w). The cumulative release profiles of cochineal red tablets coated with PDA8, PDA6, and PDA4 showed a pH-sensitive release behavior. The release in the neutral media (pH ≈ 7.0) was very slow (less than 3 % after one hour). Then, after changing the pH to 1.2, an increase in the release of cochineal was observed. Furthermore, the cumulative release of cochineal red was at the highest value for the PDA8 and the lowest for PDA4 depending on the percentage of PDMAEMA moieties. Moreover, by increasing the percentage of the coating from (10, 15 to 20 % w/w), the cumulative release of cochineal decreased. Therefore, the copolymer PDAX can be used for controlling the release of drug by changing the pH value.Finally, the cochineal tablets coated with PDA6 (10 %) showed features of light sensitivity. The release of cochineal red from coated tablets was only due to the switching in the conformational trans/cis isomerization of azobenzene moieties upon irradiation, which was confirmed by comparing the release of coated tablets with uncoated tablets upon irradiation., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ces dernières années, le nombre d’agents thérapeutiques issus des biotechnologies n’a cessé d’augmenter. Parmi ceux-ci, plus de 85% sont administrés par voie parentérale, principalement par injection sous-cutanée ou intraveineuse. Cette forme d’administration ne favorisant pas la compliance des patients, de nombreuses recherches ont été effectuées afin de trouver des alternatives à ces voies invasives, telles que la voie intranasale, pulmonaire, transdermique ou orale. Cette dernière a pour avantage, en plus d’être non invasive, de ne pas nécessiter de formation particulière du patient au moment de la délivrance. Elle permet donc une plus grande compliance, et ce d’autant plus lorsqu’il s’agit d’un traitement chronique. Malheureusement, il a été démontré que la biodisponibilité relative des peptides et protéines non formulés administrés oralement est inférieure à 1%.Lors des nombreux développements destinés à augmenter l’absorption intestinale de ces macromolécules, l’insuline a souvent été utilisée comme modèle de peptide. En effet, elle est facilement disponible dans le commerce et est utilisée de façon chronique dans le traitement de certaines formes de diabète, principalement le diabète de type I. De plus, son administration orale permet de bénéficier d’un premier passage hépatique bénéfique car il permet de mimer sa sécrétion naturelle à partir du pancréas dans la veine porte hépatique.Au vu des nombreuses études réalisées dans le cadre de l’administration orale de peptides et protéines, nous avons opté pour une stratégie de formulation reposant sur l’encapsulation de ces molécules afin de les protéger des conditions défavorables présentes tout au long du tractus gastro-intestinal.Les systèmes nanoparticulaires nous semblant les plus prometteurs, nous nous sommes fixé comme objectif d’obtenir des nanoparticules dont le diamètre moyen ne dépassait pas 300 nm, valeur généralement reprise dans la littérature comme étant la plus efficace en vue d’augmenter leur absorption à travers l’épithélium intestinal. A partir de cette hypothèse, nous avons développé deux types de nanoparticules :des nanoparticules polymériques et lipidiques. Dans les deux cas, nous avons cherché à obtenir des nanoparticules mucoadhésives dont les avantages sont (i) une protection partielle contre l’environnement intestinal, (ii) une diminution de la clairance permettant une augmentation du temps de résidence au site d’absorption, (iii) une diminution de la distance de diffusion et enfin, (iv) une augmentation du gradient de concentration vers la circulation systémique.Les formulations polymériques consistaient en des nanoparticules composées d’un polymère cationique (chitosan et ses dérivés), d’un peptide (insuline ou colistiméthate sodique) et éventuellement d’un dérivé polyanionique. La formation de ces nanoparticules repose sur des interactions électrostatiques entre le polymère chargé positivement et le peptide présentant des charges négatives. Ce type de formulations a l’avantage de ne pas utiliser de solvant organique durant le processus de fabrication et d’être bioadhésif. Un autre avantage, grâce aux propriétés promotrices d’absorption du chitosan, est de pouvoir ouvrir les jonctions serrées présentes entre les cellules épithéliales du tractus digestif afin de faciliter l’absorption du principe actif. Les formulations obtenues présentaient un diamètre inférieur à 300 nm et un potentiel zêta dont la valeur se situait toujours entre +24 mV et +40 mV. Grace à cette charge de surface, nos nanoparticules présentaient des propriétés mucoadhésives. Celles-ci étaient d’autant plus marquées lorsque le diamètre des particules diminuait et que leur potentiel zêta augmentait. Les taux d’encapsulation pour ces formulations étaient supérieurs à 50%, atteignant 64 ± 4% pour la meilleure formulation. Nous avons également observé que les profils de libération du peptide à partir de ces nanoparticules pouvaient être modulés par le choix du polymère, et plus particulièrement son degré de quaternisation, ainsi que par l’emploi d’un dérivé polyanionique. De cette façon, certaines formulations permettaient une libération continue sur 210 minutes tout en offrant une protection efficace contre les enzymes digestives. Enfin, comparativement à de l’insuline en solution, nous avons pu montrer que le passage à travers une monocouche cellulaire de Caco-2/HT-29 mimant l’épithélium intestinal était supérieur pour nos formulations avec un passage atteignant 3,9 ± 0,5% après 240 minutes contre 1,2 ± 0,3% après le même temps pour une solution d’insuline. Finalement, nous avons démontré in vivo que le processus de formulation ne dénaturait pas notre peptide puisque son efficacité biologique était conservée. Les formulations lipidiques étaient, quant à elles, obtenues à partir d’émulsions solidifiées. Pour cela, une double émulsion E/H/E était réalisée avec, en phase interne, une phase aqueuse contenant le peptide et une phase externe organique contenant les lipides. Cette émulsion primaire était ensuite émulsifiée dans une phase aqueuse externe contenant des tensioactifs. Le solvant organique était ensuite évaporé, conduisant à la solidification des lipides sous forme de nanoparticules lipidiques solides. L’emploi d’un lipide cationique permettait d’obtenir une charge de surface positive conduisant aux propriétés mucoadhésives. Comme pour les formulations à base de chitosan, les nanoparticules obtenues présentaient un diamètre inférieur à 300 nm et un potentiel zêta toujours supérieur à +33 mV. Le taux d’encapsulation était compris entre 30% et 42%. Ces formulations permettaient également la protection du peptide encapsulé envers les enzymes digestives (pepsine et trypsine). La libération du peptide à partir des nanoparticules était biphasique, avec une libération importante durant les trente premières minutes, suivie d’une libération continue. Ces formulations permettaient également d’augmenter le passage du peptide sur une monocouche cellulaire mimant l’épithélium intestinal puisque nous obtenions un passage égal à 2,9 ± 0,4% après 4h pour nos cSLN, contre 1,2 ± 0,3% pour une solution d’insuline. Comme précédemment, l’intégrité du peptide n’était pas modifiée par notre processus de formulation. Afin de confirmer que nos principes de formulation pouvaient être transposables à d’autres peptides et protéines, nous avons réalisé des formulations similaires avec le colistiméthate de sodium, une prodrogue d’un antibiotique polypeptidique, la colistine.A la suite de ces évaluations in vitro, nous avons sélectionné les meilleurs candidats pour chaque type de formulation contenant de l’insuline afin de réaliser une étude in vivo. Cette dernière consistait en l’administration orale, chez le rat, d’une gélule gastrorésistante contenant nos formulations. A la suite de cette administration, nous avons suivi la glycémie chez le rat afin de comparer nos résultats avec une administration sous cutanée d’insuline correspondant au traitement classique, ainsi qu’à l’administration orale d’insuline non formulées. Les résultats obtenus ont démontré une diminution, parfois importante, de la glycémie lors de l’administration orale de nos formulations. Dans le cas des formulations à base de chitosan et d’insuline, administrées à 100 IU/kg, cette réduction de la glycémie a été observée chez deux animaux sur onze et à conduit à leur décès par hypoglycémie. Ce profil « tout ou rien » serait dû à la dissolution précoce des gélules alors qu’elles étaient encore présentes dans l’estomac. Concernant les formulations lipidiques, lorsque celles-ci étaient administrées à 50 IU/kg, nous observions une diminution de la glycémie de 28 ± 7% du taux basal, et ce pour les onze animaux. A l’avenir, il serait intéressant de pouvoir observer séparément la gélule de son contenu après administration, par des techniques d’imagerie médicale, afin de comprendre les variabilités observées in vivo. Il serait également intéressant de connaitre plus en détails les mécanismes de passage de l’épithélium intestinal. De telles études ont été réalisées in vitro ou ex vivo mais, à notre connaissance, pas in vivo., In the last few years, research in biotechnology has produced a plethora of new therapeutics based on peptides and proteins. These new biotherapeutics are currently injected (e.g. subcutaneously), with lower patient compliance than for the oral route of administration. Indeed, the oral route is still considered as the most convenient way for drug delivery, offering high compliance by patients, especially in long-term treatments. However, proteins and peptides are characterized by low bioavailability when administered orally (lower than 1%). This is essentially due to their poor stability in the gastrointestinal (GI) tract (e.g. resulting from pH, enzymatic and microbial degradation) as well as limited permeability through the gastro intestinal mucosa.Numerous researches have been performed on oral administration of peptides and proteins with the use of insulin as the model drug. Indeed, insulin, a peptide hormone, is usually administered subcutaneously for the treatment of diabetes mellitus. Moreover, the oral administration of insulin can mimic the endogenous secretion by the pancreas as the absorbed insulin passes through the portal vein to the liver avoiding peripheral hyperinsulinemia. In this work, encapsulation strategy was selected to increase the oral bioavailability of macromolecules. These novel formulations were developed in the form of both polymeric and lipid cationic nanoparticles, which were characterized by a mean diameter lower than 300 nm. Such cationic nanoparticles allowed protecting the biomolecule against early degradation in the gastrointestinal tract as well as getting adhesive properties to decrease intestinal clearance and increase the concentration gradient toward the systemic circulation by shorting the diffusion pathway. The polymeric formulations were based on the use of a cationic polymer (e.g. chitosan and chitosan derivatives), a peptide (e.g. insulin or sodium colistimethate) and, alternatively, a polyanion. These formulations were prepared by self-assembly, via electrostatic interactions between the negatively charged drug and the positively charged polymers. An advantage of such formulations was to avoid the use of organic solvents during the preparation. Moreover, these formulations were characterized by bioadhesive properties and the use of chitosan derivatives as permeation enhancer was supposed to promote the intestinal absorption of macromolecules. The polymeric nanoparticles were all characterized by a mean diameter lower than 300 nm and a positive zeta potential that was ranged between +24 mV and +40 mV. The bioadhesive properties were found to be enhanced with a decrease of the nanoparticles diameter, as well as, by an increase of the zeta potential. The encapsulation efficiencies were found to be always higher than 40%. It was demonstrated that dissolution profiles of the encapsulated peptide from the polymeric nanoparticles was greatly influenced by the nature of the polymer (e.g. derivatization degree) and the use of a polyanion. A proper selection of both materials allowed getting a sustained-release of the peptide over 210 minutes. An effective protection against digestive enzymes was also demonstrated. Moreover, it was shown that the diffusion of insulin through Caco-2/HT-29 cell monolayers was increased when encapsulated in polymeric nanoparticles compared to a solution of raw insulin (e.g. 3.9 ± 0.5% vs. 1.2 ± 0.3% after 240 min.). Interestingly, it was also proved that the in vivo biologic activity of insulin was not altered during the formulation process.The so-called water-in-oil-in-water (W/O/W) double emulsion technique was used to produce the cationic solid lipid nanoparticles (cSLN). With the double emulsion method, the first emulsion is water in oil, which means that the protein is dissolved into the inner aqueous phase, emulsified with an organic phase including the lipids. This first emulsion was then emulsified with an outer aqueous phase including surfactants. The organic solvent was removed by evaporation to get solid lipid nanoparticles. It was decided to select cationic lipids to get ionic interactions between the positively charged surface of the cSLNs and the negative charges present in the mucus at the surface of the intestinal tract. The mean diameter of the cSLN remained lower than 300 nm and the zeta potential was always higher than +33 mV. The encapsulation efficiency was ranged between 30% and 42% and all the formulations were characterized by bioadhesive properties. Moreover, it was demonstrated that the cSLN allowed an effective protection against digestive enzymes (e.g. pepsin and trypsin). The dissolution profiles of the insulin from the cSLN were characterized by a biphasic release. There was an initial burst release in the first 30 min, followed by a sustained release of the peptide. Moreover, compared to free insulin in solution, these formulations significantly increased the passage of the encapsulated insulin through Caco-2/HT-29 cell monolayer to reach 2.9 ± 0.4% after 4h for the cSLN, instead of. 1.2 ± 0.3% for the unencapsulated raw insulin. Finally, as for the previous formulation based on chitosan, the peptide and its biological activity were preserved during the formulation process.In order to confirm that the developed formulations could be used with others peptides and proteins, similar formulations were developed with sodium colistimethate, a prodrug of a polypeptide antibiotic, the colistine.After these in vitro characterizations, the best formulation of each type containing insulin was selected to perform in vivo evaluation. Both polymeric and lipidic formulations were orally administered by the mean of an enterosoluble capsule. Glycemia in rat was monitored and compared to that obtained after a subcutaneous injection, as well as an oral administration of insulin solution. The results showed a tremendous decrease of the glycemia after the oral administration of our formulations. For the chitosan-based formulation, which was administered to eleven animals (100 IU/kg), a tremendous decrease of glycemia was observed in two animals, leading to their death by hypoglycemia. These results could be explained by an early dissolution of the capsule in the stomach, leading to the early release of our formulations. For the cSLN containing insulin and administered at 50 IU/kg, the mean decrease of the glycemia was 28 ± 7%. Nevertheless, consequent variability was observed for the highest decrease of the glycemia (20.8% - 42.2%) as well as for the time need to get this highest decrease (180 – 330 minutes). This variability can also be explained by an early dissolution of the capsule in the stomach and, even if these lipid formulations were stable in gastric media, their bioadhesive properties prevent them to reach the intestine.In the future, it would be interesting to simultaneously follow the capsule pathway and its content. This could be done by medical imaging and would help to understand the variability that was observed during our in vivo evaluation. It would also be interesting to evaluate more deeply the passage mechanism through the intestinal epithelium. Such studies have been done in vitro and ex vivo but not in vivo to the best of our knowledge., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie), info:eu-repo/semantics/nonPublished

This project aimed at developing a drug delivery system (DDS) able to enhance the stability andresidence time in vivo of antibodies (Abs). The system will deliver drug by the subcutaneousroute (SC), while ensuring accurate control of the drug release and the resulting plasmatic level. This technology platform will allow to reduce frequency of injection, potentially decrease side effects and maintain high concentration of Abs which will improve life of patient having chronic disease such as autoimmune and inflammatory disease. Biodegradable synthetic polymer-based formulations (polylactide-co-glycolide (PLGA)) were selected as carriers for encapsulated Abs. This was because they offer good protection for the Abs and allow sustained release of the Abs for a controlled period of time. After the evaluation of different encapsulation methods such as the water-oil-in-water (w/o/w) and the solid-in-oil-inwater(s/o/w) processes, the encapsulation of the Ab in solid state (s/o/w) appeared to be more appropriate for producing Ab-loaded PLGA microspheres (MS). It allowed us to maintain theAb in a monomeric conformation and to avoid the formation of unsoluble aggregates mainly present at the water/oil interface. The first part of the project was the optimization of both the method for producing the Ab solid particles (spray-drying process) and the encapsulation of these Ab solid particles into the polymeric MS (s/o/w process) by design of experiment (DoE). These optimizations were carried out using a bovine polyclonal immunoglobulin G (IgG) as model molecule. In further optimization of the spray-drying process by (DoE), aqueous Ab solutions were spray-dried using a mini Spray-Dryer assembly with a 0.7 mm spray nozzle. In accordance with the particle size (d(0.5) ~5 μm), the stability (no loss of monomer measured bysize exclusion chromatography (SEC) and the yield of the spray-drying process (> 60 % w/w), the process parameters were set of follow: 3 mL/min as liquid feed flow rate, 130°C /75°C as inlet temperature (inlet T°) / outlet temperature (outlet T°), 800 L/h as atomization flow rate and30 m3/h as drying air flow rate. For the s/o/w, the methylene chloride (MC) commonly used foran encapsulation process was replaced by ethyl acetate (EtAc), which was considered as a moresuitable organic solvent in terms of both environmental and human safety. The effects of several processes and formulation factors were evaluated on IgG:PLGA MS properties such as: particle size distribution, drug loading, IgG stability, and encapsulation efficiency (EE%). Several formulations and processing parameters were also statistically identified as critical to get reproducible process (e.g. the PLGA concentration, the volume of the external phase, the emulsification rate, and the quantity of IgG microparticles). The optimized encapsulationmethod of the IgG has shown a drug loading of up to 6 % (w/w) and an encapsulation efficiencyof up to 60 % (w/w) while preserving the integrity of the encapsulated antibody. The produced MS were characterized by a d(0.9) lower than 110 μm and showed burst effect lower than 50 %(w/w). In the second part of the project, the optimized spray-drying and s/o/w processesdeveloped with the IgG were applied to a humanized anti-tumor necrosis factor (TNF) alphaMAb to confirm the preservation of the MAb activity during these processes. The selected s/o/w method allowed us to produce MAb-loaded PLGA MS with an appropriate release profile up to 6 weeks and MAb stability. In order to maintain the Abs’ activity, both during encapsulation anddissolution, the addition of a stabilizer such as trehalose appeared to be crucial, as did theselection of the PLGA. It was demonstrated that the use of a PLGA characterized by a 75:25lactide:glycolide (e.g. Resomer ® RG755S) ratio decreased the formation of low molecular weight species during dissolution, which led to preserve Abs activity through its release from thedelivery system. Furthermore, the release profile was adjusted according to the type of polymerand its concentration. E.g. 10 % w/v RG755S allowed Ab MS with a release time of 6 weeks tobe obtained. The optimization of both the formulation and the encapsulation process allowedmaximum 13 % w/w Ab-loaded MS to be produced. It was demonstrated that the Ab-loaded PLGA MS were stable when stored at 5°C for up to 12 weeks and that the selection of the appropriate type of PLGA was critical to assuring the stability of the system. The better stability observed when using a PLGA characterized by a 75:25 lactide:glycolide ratio was attributed toits slower degradation rate. Finally, the sustained release of Ab from the developed MS and the preservation of its activity was confirmed in vivo in a pharmacokinetic (pK) study realized inrats. In conclusion, the application of the concept of entrapment into a polymer matrix forstabilization and sustained release of biological compounds was demonstrated through this work.RÉSUMÉCe projet a pour but de développer un système de délivrance de médicament capable d’augmenter la stabilité et le temps de résidence in vivo des anticorps. Ce système sera administré par voie sous-cutanée et permettra un control précis de la libération du produit et de son niveau plasmatique. Cette plateforme technologique nous permettra de réduire la fréquence d’injection, de réduire potentiellement les effets secondaires et de maintenir des concentrations élevées en anticorps tout en améliorant la vie des patients atteints de maladies chroniques autoimmunes ou inflammatoires. Les formulations à base de polymères synthétiques, biodégradables (PLGA) ont été sélectionnés comme véhicules pour encapsuler les anticorps. Ils offrent en effet une bonne protection pour les anticorps and permettent une libération contrôlée de ceux-ci pendant une période définie. Après l’évaluation de différents méthodes d’encapsulation tels que les procédés d’eau-dans-huile-dans-eau (w/o/w) et solide-dans-huile-dans-eau (s/o/w), l’encapsulation des anticorps sous forme solide apparaissait plus apporpriée pour produire des microsphères de polymère chargées en anticorps. Cette technique nous permettait de maintenir l’anticorps sous sa forme monomérique et d’éviter la formation d’agrégats insolubles qui apparaissaient principalement à l’interface eau/huile. La première partie du projet a été d’optimiser à la fois la méthode nous permettant d’obtenir les anticorps sous forme de particules solides (spray-drying) et la méthode d’encapsulation de ces particules d’anticorps dans les microsphères de polymères. Cela a été réalisé par des plans d’expérience en utilisant une IgG bovine polyclonale comme molécule modèle. Durant l’optimisation du procédé de spray-drying,les solutions aqueuses d’anticorps ont été atomisées en utilisant le mini Spray-Dryer assemblé avec une buse de pulvérisation d’un diamètre de 0.7 mm. En accord avec la taille particulaire (d(0.5) ~5 μm), la stabilité (absence de perte en monomère mesurée par chromatographie d’exclusion de taille et le rendement d’atomisation (> 60 % w/w), les paramètres d’atomisation ont été fixés: 3 mL/min pour le débit de liquide, 130°C /75°C pour la température d’entrée / température de sortie, 800 L/h pour le débit d’air d’atomisation et 30 m3/h pour le débit d’air de séchage. Pour le s/o/w, le dichlorométhane communément utilisé dans les procédés d’encapsulation a été remplacé par l’acétate d’éthyle qui est considéré comme un meilleure solvant organique en terme d’environnement et de sécurité. Les effets de plusieurs paramètres de fabrication ou de formulation ont été évalués sur les propriétés des microsphères polymériques d’anticorps (distribution de taille particulaire, taux de charge en anticorps, stabilité de l’anticorps et efficacité d’encapsulation). Plusieurs paramètres de fabrication et de formulation ont été statistiquement identifiés comme critiques pour obtenir un procédé reproductible (par exemple. La concentration en PLGA, le volume de phase externe, la vitesse d’émulsification et la quantité d’anticorps). La méthode d’encapsulation ainsi optimisée permettait d’obtenir un tauxde charge jusqu’à 6% (w/w) avec une efficacité d’encapsulation jusqu’à 60 % (w/w) tout enpréservant l’intégrité de l’anticorps encapsulé. Les microsphères produites étaient caractériséespar un d(0.9) inférieur à 110 μm et montraient une libération après 24 h inférieure à 50 % (w/w).Dans le seconde partie du projet, les procédés d’atomisation et d’encapsulation développés avecl’IgG ont été appliqués à un anticorps monoclonal anti-TNF alpha humanisé pour confirmer laconservation de l’activité de l’anticorps pendant ces procédés. La méthode s/o/w sélectionnéepermettait de produire des microsphères de PLGA chargées en anticorps avec un profil de libération jusqu’à 6 semaines et un maintien de la stabilité de l’actif. Afin de maintenir l’activité de l’anticorps, à la fois pendant le procédé d’encapsulation et pendant la libération, l’ajout d’un stabilisant tel que le tréhalose est apparu crucial ainsi que le choix du type de PLGA. Il a été démontré que l’utilisation du PLGA caractérisé par un ratio lactide :glycolide de 75 :25 (par exemple, Resomer ® RG755S) diminuait la formation d’espèces de faible poids moléculairependant la dissolution. Cela contribuait à préserver l’activité de l’anticorps durant la libération à partir des microsphères. De plus, le profil de libération était modulé en fonction du type de polymère et de sa concentration. Par exemple, l’utilisation d’une solution à 10 % w/v RG755S conduisait à la production de microsphères d’anticorps avec un temps de libération sur 6semaines. L’optimisation de la formulation et du procédé d’encapsulation a permis de produiredes microsphères avec des taux de charge en anticorps de maximum 13 % w/w. Il a été démontréque ces microsphères, stockées à 5°C, étaient stables jusqu’à 12 semaines et que la sélection dutype de PLGA était critique pour assurer la stabilité du système. La meilleure stabilité a étéobtenue en utilisant le PLGA caractérisé par un ratio lactide :glycolide de 75 :25. Cela a étéattribué à sa plus faible vitesse de dégradation. Enfin, la libération contrôlée de l’anticorps àpartir de ces microsphères et la conservation de son activité ont été confirmées in vivo lors d’uneétude pharmacocinétique réalisée chez le rat. En conclusion, ce travail a permis de démontrerl’application du concept d’ « emprisonnement » des composés biologiques dans des matricespolymériques afin de les stabiliser et contrôler leur libération., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Future changes in the incidence and prevalence of OA are difficult to predict. As incidence and prevalence rise with increasing age, extending life expectancy will result in greater numbers with OA. Actually, usual therapeutic approaches are really restricted because of important side effects with long-term use. Therefore, there is a need to develop improved formulations which are well tolerated, biocompatible and biodegradable. Ideally, these new treatments should be able to deliver locally sufficient amount of anti-inflammatory or analgesic drugs into the site of arthritic inflammation while stabilizing or better restoring the mechanical integrity of the joint. In this way, the objective of this project is to develop slow-release gels that are sterile, injectable, characterized by viscoelastic properties and capable to sustain the in situ release of both hydrophilic and lipophilic drugs. The intraarticular delivery combined to sustained-release property should be interesting to reduce the number of injection required while prolonging the local drug activity over weeks. For that purpose, glycerol monooleate (GMO), also called “monolein” was selected for its capacity to form highly viscous crystalline phase structures upon contact with an aqueous fluid (e.g. synovial fluid). In the first step of this work, it was decided to develop and characterize hydro-lipidic gels based on the use of monolein and hyaluronic acid in order to provide in vitro sustained release of hydrophilic drugs such as clonidine and lipophilic drugs such as betamethasone. Initially, a compatibility study was performed on the main ingredients selected in order to check that there were not physico-chemical incompatibilities, which could be deleterious regarding to their stability in formulation. Then, the development of hydro-lipidic gels was initiated by considering on the first hand the solubility of each ingredient and on the other hand the syringeability, the rheological properties and the in vitro dissolution profiles obtained for the developed formulations. The objective of this preformulation program was to identify potential candidates that presented suitable syringeability while being able to sustain the release of drugs over weeks and being characterized by interesting viscoelastic properties for the long-term management of osteoarthritis. Moreover, several methods of quantification and characterization were developed in order to allow the physico-chemical properties (rheology, syringeability, water uptake, stability and dissolution profiles) of the developed formulations to be studied.Results of the compatibility study showed that the concomitant use of monolein, hyaluronic acid and clonidine/betamethasone is not contraindicated. Next, the preformulation program allowed many injectable drug delivery systems to be prepared. However, the carrier that best meets our needs was composed of 10,0 % (wt/wt) absolute ethanol ;15,0 % propylene glycol (wt/wt) ;15,0 % (wt/wt) water ;55,0 % (wt/wt) de monolein ;5,0 % (wt/wt) purified soybean oil ;0,03 % (wt/wt) α-tocophérol and 7,5 mg/g sodium hyaluronate (1.9 MDa). This carrier assured suitable syringeability and rheological properties. Indeed, it presented marked pseudoplastic flow behavior that allowed relatively fast injection through a narrow needle, followed by an increase in viscosity upon contact with aqueous fluids to obtain an in vitro sustained release of hydrophilic and lipophilic drugs over a few weeks. As a consequence, it was assumed that this carrier should be able to jellify in situ upon contact with physiological fluid such as synovial fluid. Then, according to EMA recommendations, a fast and easy manufacturing process that could be applied in a cleanroom at industrial scale was validated in our Laboratory. Finally, according to these promising results obtained in vitro, a stability study was performed on the carrier alone and containing clonidine or betamethasone according to ICH recommendations described for products intended for storage in a refrigerator. In that purpose, several parameters such as the quantification of drugs, the pH, the molecular weight of hyaluronic acid, the dissolution profiles of drugs and the rheological properties of the formulations were recorded depending on time and conditions of storage. This stability study showed clearly the importance to adjust the pH value of the formulation. Indeed, it was demonstrated that a pH value of 6.5, adjusted with diluted NaOH, allowed the stability of the formulation to be significantly improved. During this first step of this project, our Laboratory initiated two new collaborations. On the first hand, collaboration with the Laboratory of Professor Siepmann (University of Lille 2 – Faculty of Pharmacy) was started for their expertise on mathematical modeling. On the other hand, collaboration with the Laboratory of Professor Jerôme (ULg – Faculty of sciences) was started for their expertise on macromolecular chemistry and more particularly on rheological properties.In the second step of this work, it was decided to evaluate in vitro the safety and the efficiency of the developed carrier and formulations containing clonidine or betamethasone. In this way, it was suggested to test selected drugs and potential candidates formulations on equine polymorphonuclear leukocytes (PMN) by measuring the production of reactive oxygen species (ROS) by PMNs stimulated or not with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA). For that purpose, our Laboratory initiated a new collaboration with the Laboratory of Professor Serteyn (ULg – Faculty of veterinary) for their expertise on equine PMNs and quantification of (ROS) produced in particular in inflammatory diseases.This in vitro study has shown that no pro-inflammatory effect appeared by incubating carrier with unstimulated PMNs in comparison with the control assay. However, the production of ROS was quickly and considerably decreased when stimulated cells were placed in contact with carrier regardless on the incorporation of clonidine or betamethasone. This observation demonstrated that developed carrier provided a strong antioxidant effect, certainly by trapping the ROS produced. These results were very promising because that antioxidant effect of carrier could inhibit oxidative damages and might consequently potentiate the prevention of inflammatory conditions. Concerning the clonidine and betamethasone, only the last one provided significant inhibition of the ROS activity.Finally, by considering the very promising results obtained with the in vitro study on PMNs, an in vivo study on rabbits, which seemed to be the most appropriate small animal model for this kind of intraarticular formulations, was performed to evaluate the toxicity and the efficiency of the developed carrier and formulation containing betamethasone. Therefore, our Laboratory started collaboration with the unit of research in osteo-articular pathologies (UROC) of Pr. Henrotin (ULg) for their expertise in animal models, in particular rabbits with osteoarticular pathologies such as osteoarthritis. For this purpose, this in vivo study was outsourced by TNO (Delft, Holland) and was designed as follow: (i) 0.9 % saline buffered (n=8); (ii) carrier (n=8); (iii) formulation containing betamethasone (n=8); (iv) Durolane® (n=8) a marketed product of HA. Surprisingly, it seemed that the control group (saline buffered) presented macroscopical and histological scores that were globally low according to literature. As a consequence, it was difficult to conclude about the efficiency of the developed treatments by considering only this pilot study. However, it is important to note that it seemed that the expected viscoelastic protection of the carrier to prevent the degradation of articular cartilage was not optimal regardless on the incorporation of betamethasone. Nevertheless, the histological analyses of synovial membranes from each treated groups demonstrated that there was no pro-inflammatory reaction. This meant that all formulations tested were well tolerated despite of the apparition of lumps (in 37.5 % of treated rabbits) that are probably due to both the high volume injected (900 µL) and an excessive and unexpected in situ water uptake of developed formulations based on GMO. However, this lack of rejection of the developed carrier could be very important since it allowed new perspectives to be considered. For example, other articular disorders could be targeted by incorporating drugs, for which in situ sustained release or mechanical protection could be beneficial. Our laboratory is member of a collaborative project "JOINT-AIC" from BioWin and is supported by a grant from the Walloon Region. The development of analytical methods, the evaluation of physico-chemical properties and finally the preparation of sterile batches of formulations based on GMO intended for in vitro and in vivo studies were performed in the Laboratory of Galenic and Biopharmacy of the Faculty of Pharmacy of ULB./L’arthrose est une pathologie dont la prévalence et le coût ne font qu’augmenter dans notre société vieillissante. Les moyens thérapeutiques actuels étant fort limités suite à de sérieux effets secondaires à long terme, il existe réellement un besoin médical important de développer de nouveaux traitements locaux qui soient bien tolérés, biocompatibles et biodégradables. Idéalement, ceux-ci devraient être actifs au niveau du processus inflammatoire ou de la douleur tout en étant capable de stabiliser, voire de restaurer, l’intégrité mécanique de l’articulation. Dans cette optique, l’objectif de ce projet a été de développer des systèmes hydrolipidiques stériles, injectables et viscoélastiques qui soient capables de prolonger in situ la libération de principes actifs hydrophiles et lipophiles. Cette caractéristique devait permettre de réduire le nombre d’injections nécessaires dans le cadre du traitement symptomatique de l’arthrose et de maintenir l’effet des composés sur un minimum de quatre à six semaines. Cette étude entre dans le cadre du projet JOINT-AIC entièrement financé par le programme BioWin de la Région Wallonne. Le développement, la validation des méthodes analytiques, l’évaluation des propriétés physico-chimiques ainsi que la préparation stérile des lots de formulation destinés aux tests in vitro et in vivo ont été réalisés au sein du Laboratoire de Galénique et Biopharmacie de la Faculté de Pharmacie de l’ULB. Au cours de ce projet, il a donc fallu dans un premier temps développer et caractériser des formulations hydrolipidiques à base de monoléine et d’acide hyaluronique permettant une libération in vitro prolongée de principes actifs tels que la clonidine (hydrophile) et le dipropionate de bétaméthasone (lipophile). Une étude de compatibilité a ainsi été préalablement réalisée afin de s’assurer qu’aucun des constituants principaux de la formulation ne présentaient d’incompatibilité physico-chimique qui pourrait être délétère vis-à-vis de leur stabilité en formulation. Ensuite, le développement de préparations hydro-lipidiques a été initié en tenant compte, d’une part de la solubilité des différents composants et, d’autre part de l’injectabilité, des propriétés rhéologiques et des profils de libération de la clonidine obtenus à partir des gels développés. Cette étude visait à obtenir une composition de référence qui soit à la fois injectable et capable de libérer un principe actif hydrophile sur plusieurs jours, voire plusieurs semaines, tout en possédant des propriétés rhéologiques intéressantes dans le cadre d’une viscosupplémentation articulaire. Enfin, un protocole de fabrication en milieu aseptique a été développé et plusieurs méthodes pour étudier les propriétés physico-chimiques des gels développés telles que la rhéologie, l’injectabilité, l’indice de gonflement, la stabilité et les profils de libérations ont été mises en place. Les résultats ont montré qu’aucune incompatibilité ne semblait exister entre les trois composés majeurs de notre préparation, la monoléine, l’acide hyaluronique et la clonidine. Le développement des formulations nous a ensuite permis d’obtenir de nouveaux systèmes hydrolipidiques stériles et injectables à délivrance prolongée. Le véhicule qui remplissait au mieux nos objectifs était composé de 10,0% (m/m) d’éthanol ;de 15,0% de propylène glycol (m/m) ;de 15,0% (m/m) d’eau ;de 55,0% (m/m) de monoléine ;5,0% (m/m) d’huile de soja purifiée ;0,03% (m/m) d’α-tocophérol, de 7,5 mg/g d’HA et son pH était ajusté à 6,5 avec du NaOH 1N. Ce véhicule a montré un intérêt réel dans le cadre du développement de préparations biodégradables et biocompatibles pour le traitement de pathologies articulaires.En effet, cette composition présentait un écoulement de type pseudoplastique et des propriétés rhéologiques qui lui procuraient une bonne injectabilité. De plus, cette formulation a démontré in vitro une excellente capacité à gélifier au contact de fluides aqueux et à ralentir efficacement sur plusieurs semaines la libération des différents principes actifs incorporés (clonidine et dipropionate de bétaméthasone). Nous pouvions, dès lors, envisager que celle-ci serait capable de gélifier in situ au contact d’un fluide physiologique tel que le liquide synovial. Ensuite, suivant les recommandations de l’EMA, nous avons décidé d’utiliser l’association d’une filtration stérilisante et d’une préparation en milieu aseptique pour obtenir des formulations qui répondaient aux exigences en matière de préparation parentérale. C’est ainsi qu’un protocole de fabrication stérile de nos gels a été développé par nos soins en vue d’une éventuelle mise à l’échelle industrielle. Enfin, une étude de stabilité sur une année, suivant les normes ICH décrites pour des formulations destinées à être conservées au frigo, a été réalisée sur différents véhicules développés et contenant soit la clonidine, soit le dipropionate de bétaméthasone. Dans cette optique, plusieurs paramètres, tels que le dosage en principe actif, l’évolution du pH et du poids moléculaire de HA, le profil de libération ainsi que la rhéologie des formulations ont été évalués au cours du temps aux différentes conditions de conservation testées. Cette étude a permis de démontrer toute l’importance d’ajuster le pH de la préparation pour prévenir l’hydrolyse de l’HA, et cela indépendamment de l’incorporation de principe actif. Ainsi, il a pu être montré que l’ajustement du pH du véhicule à 6,5 à partir de NaOH dilué permettait d’améliorer considérablement la stabilité de la formulation puisqu’aucune modification significative de ses différents paramètres physico-chimiques et teneurs n’a été observée après un an de conservation à 5 et à 25 °C (60% HR) mais également après six mois à 30 °C (65% HR). Au cours de cette première partie, deux collaborations ont été initiées, l’une avec le Laboratoire du Prof. Siepmann de l’Université de Lille 2 et l’autre avec le Prof. Jerôme de l’Université de Liège. Avec l’aide du Prof. Siepmann, il a été possible de mettre au point un modèle mathématique pour caractériser les profils de libération des principes actifs à partir des différents véhicules développés. Le Prof. Jerôme a, quant à elle, mis à notre disposition un rhéomètre qui a permis d’approfondir nos connaissances sur les propriétés rhéologiques et viscoélastiques des formulations.Ensuite, la seconde partie de notre travail a consisté à évaluer la tolérance, ainsi que l’efficacité des principes actifs sélectionnés et des formulations développées, à travers un modèle in vitro de cellules de l’inflammation (neutrophiles équins). Cette étude avait pour objectif d’évaluer deux aspects importants de la formulation :d’une part vérifier l’absence de réaction pro-inflammatoire qui pourrait être in vivo destructrice vis-à-vis du véhicule ainsi que des tissus environnants, et d’autre part vérifier l’effet anti-inflammatoire propre à la clonidine et au dipropionate de bétaméthasone seuls et en formulation. Cette étude a été réalisée avec la collaboration du Laboratoire du Prof. Serteyn de l’Université de Liège.Cette étude in vitro a démontré que les cellules restaient viables au moins pendant quatre heures lorsqu’elles étaient exposées à la matrice épurée de ses solvants. Ensuite, de manière surprenante, il a même pu être démontré que le véhicule permettait à la fois de prévenir et de réduire significativement la production des espèces réactives de l’oxygène (ROS) par les neutrophiles équins lorsque ceux-ci étaient stimulés au phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA). Cette propriété peut être d’un grand intérêt dans le cadre de la prise en charge de l’arthrose car cette activité antioxydante pourrait permettre d’inhiber les dommages oxydatifs générés par les ROS et ainsi prévenir les dommages liés au développement du processus inflammatoire et qui peut, à long terme, s’avérer délétère pour les tissus environnants tels que le cartilage. Cette propriété du véhicule semble trouver son origine dans la monoléine qui, de par sa composition en alpha-tocophérol (200 ppm), présente également une activité antioxydante vis-à-vis des ROS. Toutefois, une action synergique liée à l’HA, à l’huile de soja ou à l’alpha-tocophérol incorporés aux formulations, n’est pas à exclure. Enfin, parmi les deux principes actifs sélectionnés, seul le dipropionate de bétaméthasone a montré une inhibition significative de la production des ROS.Enfin, en tenant compte des résultats obtenus sur cellules, une étude in vivo pilote a été réalisée sur base d’un modèle de lapins. Cette étude visait à vérifier la tolérance ainsi que l’efficacité en prophylaxie de l’arthrose du véhicule développé ainsi que de la formulation contenant le dipropionate de bétaméthasone. Dans ce but, quatre groupes d’animaux (n=8) ont été constitués pour chacun des traitements testés :(i) groupe témoin :0,9 % tampon salin pH 7,4 ;(ii) véhicule à base de GMO développé; (iii) véhicule contenant du dipropionate de bétaméthasone ;(iv) groupe référence :Durolane®. Cette étude a été réalisée avec l’aide du Laboratoire du Prof. Henrotin de l’Université de Liège. L’hébergement des animaux ainsi que les actes chirurgicaux ont, quant à eux, été sous-traités par TNO (Delft, Pays-Bas).De manière étonnante, il s’est avéré que le groupe contrôle présentait des scores macroscopique et histologique globalement peu élevés par rapport à ce qui est rapporté dans la littérature. Compte tenu de cette observation, il est difficile de se prononcer, sur base uniquement de cette étude, sur l’efficacité des différents traitements testés. Toutefois, il faut reconnaître que l’effet protecteur attendu pour le véhicule vis-à-vis de la dégradation du cartilage ne semble pas optimal et cela indépendamment de l’incorporation de dipropionate de bétaméthasone. Par ailleurs, l’étude des membranes synoviales a permis de démontrer qu’il n’y avait aucune différence significative en termes d’inflammation et de structure entre le groupe contrôle et les différents groupes traités. Ce qui signifie qu’aucun rejet n’a été observé vis-à-vis des formulations et que celles-ci ont, par conséquent, été bien tolérées malgré la formation de masses liées probablement au volume important injecté (900 µL) et au gonflement in situ du produit chez 37,5 % des lapins. Cette observation est importante puisqu’elle permet d’envisager de nouvelles perspectives telles que l’incorporation d’autres principes actifs pouvant éventuellement viser d’autres pathologies articulaires et pour lesquels une libération prolongée ou une protection mécanique du principe actif in situ serait bénéfique., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques, info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’arthrose et l’arthrite rhumatoïde sont deux pathologies articulaires caractérisées par la dégradation du cartilage articulaire, subséquente à la production de divers médiateurs inflammatoires. Le traitement de ces pathologies se limite généralement à soulager le patient des épisodes douloureux et inflammatoires et à améliorer sa qualité de vie. Dans le cas de l’arthrose, peu de traitements permettent d’enrayer significativement l’évolution de la dégradation du cartilage et donc de la maladie. Par contre, l’arthrite rhumatoïde peut être efficacement ralentie grâce à l’administration de certaines molécules. Néanmoins, ces traitements n’ont généralement montré qu’une efficacité à court-terme, requérant une administration fréquente. L’objectif de ce travail repose donc sur l’élaboration de nouvelles options thérapeutiques permettant de réduire la fréquence d’administration ainsi que les effets indésirables des traitements actuels. La délivrance de molécules en intra-articulaire associée à une libération prolongée offre l’avantage d’exposer les sites directement impliqués dans l’évolution de la maladie à une ou plusieurs molécules efficaces contre l’inflammation et la douleur, et aidant à la régénération du cartilage, durant plusieurs semaines, voire des mois. Des microparticules de PLGA chargées en clonidine ou en bétaméthasone ont donc été optimisées afin d’obtenir des efficacités d’encapsulation appréciables (clonidine HCl :EE ≈ 20% ;dipropionate de bétaméthasone :EE ≈ 70%), une taille adaptée à l’administration intra-articulaire (12 – 38 µm) et une libération de la molécule s’échelonnant sur 5 à 8 semaines. La libération prolongée de la clonidine implique des mécanismes de diffusion de la molécule ainsi que de dégradation/érosion du polymère. Au vu de l’absence de réaction inflammatoire, les microparticules développées sont correctement tolérées par les chondrocytes, synoviocytes, PBMC et neutrophiles, principales cellules impliquées dans les mécanismes inflammatoires de l’arthrose et de l’arthrite rhumatoïde. L’évaluation de l’efficacité anti-inflammatoire des microparticules vides et chargées en clonidine ou en bétaméthasone via l’étude de l’expression et de la sécrétion de différents médiateurs de l’inflammation a permis d’aboutir à plusieurs conclusions :(i) les microparticules vides sont associées à un effet anti-inflammatoire, (ii) les microparticules chargées en clonidine n’ont pas montré d’activité anti-inflammatoire propre pouvant être attribuée à la clonidine, et (iii) les microparticules de bétaméthasone ont confirmé l’effet anti-inflammatoire de la bétaméthasone. Enfin, l’étude de la toxicité des principes actifs et microparticules vides ou chargées a montré une toxicité significative de la clonidine sur les synoviocytes. Néanmoins, l’encapsulation des principes actifs dans les microparticules de PLGA a permis d’éliminer cette toxicité, protégeant donc efficacement les cellules articulaires. Les microparticules développées permettent alors d’envisager l’encapsulation d’autres molécules anti-inflammatoires ou une combinaison de molécules ayant des effets complémentaires (anti-inflammatoire et antidouleur). L’utilisation de la clonidine dans ces indications devra être réévaluée en étudiant de façon approfondie son efficacité dans la douleur. / Both osteoarthritis and rheumatoid arthritis are articular diseases characterized by the degeneration of the joint cartilage, resulting from the production of various inflammatory mediators. The current treatment of these diseases is restricted to alleviate the painful and inflammatory episodes of the patients and to improve its quality of life. In osteoarthritic patients, few treatments allow to significantly stop the evolution of the degradation of the cartilage and, consequently, the disease. In rheumatoid arthritis, the evolution can be slowed down following the administration of some drugs. Nevertheless, these treatments are often associated to a short-term efficacy. The objective of this work is to develop new therapeutic options that allow to reduce the frequency of administration and the side effects of the current treatments. The intraarticular delivery combined to controlled-release presents the advantage to expose the sites directly involved in the evolution of the disease to one or more molecules effective to relieve the pain, inflammation and to help the regeneration of the cartilage. Clonidine or betamethasone-loaded PLGA microparticles were optimized to reach suitable encapsulation efficiencies (clonidine HCl: EE ≈ 20%; betamethasone dipropionate: EE ≈ 70%), an appropriate size for an intraarticular delivery (12 – 38 µm) and a controlled-release of the molecule over 5 to 8 weeks. The release of clonidine implies mechanisms of diffusion and degradation/erosion of the polymer. Given the absence of an inflammatory reaction, the developed microparticles were properly tolerated by the chondrocytes, synoviocytes, PMBC and neutrophils, which are the main cells involved in the inflammatory reaction of osteoarthritis and rheumatoid arthritis. The assessment of the anti-inflammatory efficacy of the drug-free and drug-loaded microparticles through the evaluation of the expression and the secretion of various inflammatory mediators allowed to draw several conclusions: (i) drug-free microparticles were associated to an anti-inflammatory effect, (ii) clonidine-loaded microparticles did not show any anti-inflammatory activity that could be attributed to clonidine, and (iii) betamethasone- loaded microparticles confirmed the anti-inflammatory effect of betamethasone. Finally, the evaluation of the toxicity of the drugs and microparticles showed a significant toxicity of clonidine against synoviocytes. Nevertheless, the encapsulation of the drugs in PLGA microparticles induced the suppression of this toxicity, protecting in this way the articular cells. Entrapping other anti-inflammatory molecules or a combination of molecules with complementary effects (anti-inflammatory and anti-nociceptive drugs) in the PLGA microparticles developed has to be considered. Moreover, the use of clonidine in these indications has to be reassessed by a thorough study of its anti-nociceptive potential., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques, info:eu-repo/semantics/published

L’arthrose et l’arthrite rhumatoïde sont deux pathologies articulaires caractérisées par la dégradation du cartilage articulaire, subséquente à la production de divers médiateurs inflammatoires. Le traitement de ces pathologies se limite généralement à soulager le patient des épisodes douloureux et inflammatoires et à améliorer sa qualité de vie. Dans le cas de l’arthrose, peu de traitements permettent d’enrayer significativement l’évolution de la dégradation du cartilage et donc de la maladie. Par contre, l’arthrite rhumatoïde peut être efficacement ralentie grâce à l’administration de certaines molécules. Néanmoins, ces traitements n’ont généralement montré qu’une efficacité à court-terme, requérant une administration fréquente. L’objectif de ce travail repose donc sur l’élaboration de nouvelles options thérapeutiques permettant de réduire la fréquence d’administration ainsi que les effets indésirables des traitements actuels. La délivrance de molécules en intra-articulaire associée à une libération prolongée offre l’avantage d’exposer les sites directement impliqués dans l’évolution de la maladie à une ou plusieurs molécules efficaces contre l’inflammation et la douleur, et aidant à la régénération du cartilage, durant plusieurs semaines, voire des mois.Des microparticules de PLGA chargées en clonidine ou en bétaméthasone ont donc été optimisées afin d’obtenir des efficacités d’encapsulation appréciables (clonidine HCl :EE ≈ 20% ;dipropionate de bétaméthasone :EE ≈ 70%), une taille adaptée à l’administration intra-articulaire (12 – 38 µm) et une libération de la molécule s’échelonnant sur 5 à 8 semaines. La libération prolongée de la clonidine implique des mécanismes de diffusion de la molécule ainsi que de dégradation/érosion du polymère. Au vu de l’absence de réaction inflammatoire, les microparticules développées sont correctement tolérées par les chondrocytes, synoviocytes, PBMC et neutrophiles, principales cellules impliquées dans les mécanismes inflammatoires de l’arthrose et de l’arthrite rhumatoïde. L’évaluation de l’efficacité anti-inflammatoire des microparticules vides et chargées en clonidine ou en bétaméthasone via l’étude de l’expression et de la sécrétion de différents médiateurs de l’inflammation a permis d’aboutir à plusieurs conclusions :(i) les microparticules vides sont associées à un effet anti-inflammatoire, (ii) les microparticules chargées en clonidine n’ont pas montré d’activité anti-inflammatoire propre pouvant être attribuée à la clonidine, et (iii) les microparticules de bétaméthasone ont confirmé l’effet anti-inflammatoire de la bétaméthasone. Enfin, l’étude de la toxicité des principes actifs et microparticules vides ou chargées a montré une toxicité significative de la clonidine sur les synoviocytes. Néanmoins, l’encapsulation des principes actifs dans les microparticules de PLGA a permis d’éliminer cette toxicité, protégeant donc efficacement les cellules articulaires.Les microparticules développées permettent alors d’envisager l’encapsulation d’autres molécules anti-inflammatoires ou une combinaison de molécules ayant des effets complémentaires (anti-inflammatoire et antidouleur). L’utilisation de la clonidine dans ces indications devra être réévaluée en étudiant de façon approfondie son efficacité dans la douleur. / Both osteoarthritis and rheumatoid arthritis are articular diseases characterized by the degeneration of the joint cartilage, resulting from the production of various inflammatory mediators. The current treatment of these diseases is restricted to alleviate the painful and inflammatory episodes of the patients and to improve its quality of life. In osteoarthritic patients, few treatments allow to significantly stop the evolution of the degradation of the cartilage and, consequently, the disease. In rheumatoid arthritis, the evolution can be slowed down following the administration of some drugs. Nevertheless, these treatments are often associated to a short-term efficacy. The objective of this work is to develop new therapeutic options that allow to reduce the frequency of administration and the side effects of the current treatments. The intraarticular delivery combined to controlled-release presents the advantage to expose the sites directly involved in the evolution of the disease to one or more molecules effective to relieve the pain, inflammation and to help the regeneration of the cartilage.Clonidine or betamethasone-loaded PLGA microparticles were optimized to reach suitable encapsulation efficiencies (clonidine HCl: EE ≈ 20%; betamethasone dipropionate: EE ≈ 70%), an appropriate size for an intraarticular delivery (12 – 38 µm) and a controlled-release of the molecule over 5 to 8 weeks. The release of clonidine implies mechanisms of diffusion and degradation/erosion of the polymer. Given the absence of an inflammatory reaction, the developed microparticles were properly tolerated by the chondrocytes, synoviocytes, PMBC and neutrophils, which are the main cells involved in the inflammatory reaction of osteoarthritis and rheumatoid arthritis. The assessment of the anti-inflammatory efficacy of the drug-free and drug-loaded microparticles through the evaluation of the expression and the secretion of various inflammatory mediators allowed to draw several conclusions: (i) drug-free microparticles were associated to an anti-inflammatory effect, (ii) clonidine-loaded microparticles did not show any anti-inflammatory activity that could be attributed to clonidine, and (iii) betamethasone- loaded microparticles confirmed the anti-inflammatory effect of betamethasone. Finally, the evaluation of the toxicity of the drugs and microparticles showed a significant toxicity of clonidine against synoviocytes. Nevertheless, the encapsulation of the drugs in PLGA microparticles induced the suppression of this toxicity, protecting in this way the articular cells. Entrapping other anti-inflammatory molecules or a combination of molecules with complementary effects (anti-inflammatory and anti-nociceptive drugs) in the PLGA microparticles developed has to be considered. Moreover, the use of clonidine in these indications has to be reassessed by a thorough study of its anti-nociceptive potential., Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques, info:eu-repo/semantics/nonPublished