La vectorisation des medicaments

Les principes actifs delivres par les formes galeniques classiques (comprime, formes dermatologiques,collyres...) se distribuent dans Porganisme sans specificite particuliere en fonction de leurs seules proprietesphysico-chimiques (pka, hydrophilie, poids moleculaires etc...)- La proportion du principe actif qui atteinteffectivement le site d'action est done faible comparee a la dose administree. Entre-temps le principe actif estpartiellement metabolise et/ou interagit avec d'autres sites, perdant de son activite et provoquant des effetssecondaires indesirables. De plus ces formes classiques d'administration ne sont plus adaptees aux nouvellesmolecules a fort potentiel therapeutique mais souvent instables et / ou mal absorbees et qui necessitent d'etreadressees vers le site d'action cellulaire ou tissulaire. C'est la raison pour laquelle, le developpement devecteurs de medicaments a pris un essor considerable au pours des dernieres annees.

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/. Definition:La vectorisation est une operation visant a moduler et si possible a totalement maitriser la distribution

d'une substance en 1'associant a un systeme approprie appele « vecteur ».Son principe consiste a rendre la distribution des medicaments dans 1'organisme aussi independante quepossible des proprietes de la molecule active; pour la soumettre aux proprietes physico-chimiques d'unvecteur choisi en fonction de 1'objectif envisage.

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//. Avantages de la vectorisation :Les vecteurs font partie de la nouvelle generation de formes galeniques qui favorisent la delivrance de

certains principes actifs dont le faible indice therapeutique, la specificite, les effets secondaires(anticancereux), la fragilite (proteines) et la profondeur du site d'action (ADN) rendent 1'administrationdelicate et couteuse. L'incorporation de ces principes actifs dans des vecteurs permet d'envisagerP administration de doses moins elevees et de diminuer ainsi la toxicite de ces medicaments.

MedicamentLibre

MMhatnent

Vecteur

Protection du,site

^administration

t

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Protection du PAcentre une evmtaette

inactivation

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Amelioration dufranchissement

des b&rneres

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///. Qualites requisespour un bon vecteur:V Atoxique

S Biodegradable pour eviter 1'accumulation toxique du vecteur dans Porganisme apresadministration repetee.

S De taille convenable permettant:

- Incorporation d'une gamme de principes actifs- Internalisation de la molecule dans la cellule cible

Administration facile

S Assurant une specificite d'action par un tropisme positif pour un type d'organe ou de tissu

S Liaison PA-VECTEUR stable et reversible '

J Protection de la molecule active du site d'administration jusqu'a la cible visee.

IV. Classification:

Les vecteurs peuvent etre classes en :

1. Vecteurs microparticulaires:

On retrouve dans ce groupe les micro-emboles pour chimio embolisation qui sont des microparticules(taille : 100-800 uin) dans lesquelles est disperse ou dissous un agent antitumoral. Us sont places dans1'artere nourriciere de la tumeur en vue d'un double effet:

• Obliterer 1'artere irriguant la tumeur et provoquer sa necrose—*> Embolisation I( Y Chimio embolisatioi

« Liberer progressivement ragent antitumoral ». Chimiotherapie

Figure : Representation schematique du concept de chimioembolisation

Deux systemes microparticulaires ont ete elabores :

• Les'microcapsules : systemes creux, P.A : solution, emulsion ou solide dans un reservoir.

• Les microspheres : systemes pleins (matrices) ou le P.A est dissous ou disperse dans le materiau.

Envelope ~' actif liilliP

Microcapsule Microsphere

2. Vecteurs nanoparticulaires:

Destines a etre administres par voie intravasculaire, ces vecteurs relevent des nanotechnologies.

a. Les vecteurs de l*re generation a tropisme hepatosplenique :

v' Les liposomes:Ce sont des systemes vesiculaires, biocompatibles et biodegradables composes d'une (liposomes

unilamellaires) ou de plusieurs bicouches (liposomes multilamellaires) de phospholipides organises en phaseIamellaire et delimitant un ou plusieurs compartiments aqueux. Des principes actifs hydrophiles peuvent etreencapsules dans la phase aqueuse tandis que les molecules lipophiles se localisent dans la (les) bicouche(s).

0bo«ihallpa (imitate!wsot pn*ar hawJ sos

HCttm*

Figure : un liposome en microscopie electronique

Selon la taille et le nombre de lamelles, on distingue differents types de liposomes.

Denomination

Volume aquey x

Srands

sjnifaraellahresLW

Srand

Liposomesiljut»«

MUf

40C-S508

ofettts Lifxtsomes

mrfSUV

2.S-3&

Faible

Tableau : Classification des liposomes selon leur nombre de bicouches et leur taille

Les liposomes sont instables => Fuite du PAPour stabiliser la paroi on peut ajouter du cholesterol (diminue la fluidite membranaire et diminue lapermeabilite), des substances ioniques (repulsion electrostatique) ou d'un agent antioxydant alpha tocopherol

Preparation:De nombreux precedes ont etc mis au point pour la preparation des liposomes on distingue :

:

»t» La methods de BANGHAM: Les premiers liposomes ont etc prepares en 1965 par BANGHAM,

Principales etapes:• Dissolution des phospholipides et des autres constituants de la paroi des liposomes dans un solvant

volatil tel que le chloroforme.• Evaporation du solvant sous pression reduite dans un evaporateur rotatif: il se forme un film

lipidique translucide sur la paroi du ballon.• Addition sous agitation d'une solution aqueuse pour hydrater les phospholipides, addition qui se

fait a une temperature superieure a la temperature de transition de phase des phospholipides.

- Addition du principe actif: ;,• S'il est lipophile : il sera ajoute a la solution organique de phospholipides au debut de

F operation.* S'il est hydrophile : il sera ajoute a la solution aqueuse.

La methode de BANGHAM produit des liposomes multi lamellaires (MLV) de diametre eleve et de tailletres heterogene. A fin d'homogene"iser, de reduire la taille des vesicules MLV ou de les transformer en SUV,plusieurs techniques peuvent etre utilisees entre autres les ultrasons

Figure : formation des liposomes apres evaporation du solvant et hydratation

*** La methode d'evaporation en phase inversee « Reverse Phase »:

Cette methode permet d'obtenir des liposomes LUV, elle comprend deux etapes principales :> Preparation d'une emulsion a partir de la phase organique contenant les phospholipides dissous dans

un solvant volatil et de la phase aqueuse en ayant recours aux ultrasons, on obtient alors une emulsionH/L : dans laquelle les phospholipides entourent des compartiments aqueux.

> Evaporation du solvant sous pression reduite dans un evaporateur rotatif: il se produit apres. gelification progressive une inversion de phase, la pression est d'avantage reduite, 1'agitation est

maintenu et le gel donne naissance a des vesicules.

Quelque soit la methode utilisee apres leur formation les liposomes seront separes du produit non encapsulereste libre en solution le plus souvent par ultrafiltration.

v' tfanoplirticules :Ce sont des systemes colloi'daux (10 a 1000 nm) dont la structure est generalement constituee de polymeres

biodegradables (acide poly lactique PLA, albumine..) ou non (methacrylate, alpha cyanoacrylate). Lesnanoparticules peuvent etre de type matriciel (nanospheres); dans ce cas, le principe actif peut etre disperseou dissous dans la matrice polymere et etre libere par simple diffusion ou a la suite de la biodegradation dupolymere dans i'organisme. Les nanoparticules peuvent aussi etre de type reservoir (nanocapsules) ; dans cecas, elles sont constitutes d'un noyau central generalement liquide entoure par une mince paroi polymere dontPepaisseur ne depasse pas quelques nanometres.

Lip o some Nano sphere Mono cap side

»> Devenir in vivo;Apres administration par voie intraveineuse, les nanoparticules comme les liposomes interagissent

fortement avec les proteines plasmatiques (= opsonines : IgG, elements du complement, fibronectine etc.) enraison de la tres grande surface specifique qu'ils developpent.Ces vecteurs colloi'daux decores d'opsonines sont reconnues par des recepteurs specifiques localises au niveaudes macrophages du Systeme des Phagocytes Mononuclees (SPM) (foie, rate, moe'lle).Apres avoir interagi avec le recepteur macrophagique (les cellules de Kupffer du foie et les macrophages de lazone marginale de la rate), les vecteurs sont internalises par la voie de I'endocytose et ils finiront dans desphagolysosomes ou ils pourront eventuellement etre degrades par les enzymes lysosomiales. Cette distributionhepato-splenique est egalement favorisee par la structure histologique de I'endothelium vasculaire qui, auniveau de ces tissus, a un caractere discontinu autorisant le passage des colloides.

OpsonineReoepteur

Reeomasssance

XH& Ciblagehepataspleoique

Figure ; Apres administration intraveineuse, les nanoparticules sont recouvertes d'opsonines plasmatiques etreconnues par les macrophages.

•** Application .*La distribution tissulaire (hepatosplenique) et intracellulaire (lysosomotropisme) de ces vecteurs de

premiere generation a ete mise a profit pour vectoriser des molecules d'interet therapeutique au niveau de cessites biologiques et trailer ainsi differentes pathologies.

- Traiter les metastases hepatiques : les cellules de Kupffer du foie jouent le r61e de reservoir de PA .- Re"duiresla toxicite de medicaments en les detournant de leur cible toxicologique : la toxicite cardiaque

de la doxorubicine (Daunosome^ et la toxicite" renale de ramphothericine B (Ambisome®) a pu etrereduite apres encapsulation dans des liposomes ou des nanoparticules.

- Le traitement des infections intracellulaires: La localisation tissulaire (foie, rate), cellulaire(macrophages) et subcellulaire (endosomes/lysosomes) des vecteurs de premiere generation en font doneune navette de tout premier choix pour le transport efficace d'antibiotiques au niveau des cellulesinfectees (beaucoup d'antibiotiques sont peu actifs sur des germes h localisation intracellulaire car ilsn'atteignent pas les compartiments intracellulaires infectes (endosomes/lysosomes)).

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b. Les vecteurs de 2 me generation ou le concept de residence vasculaire prolongee

»»» Devenir in vivo :Le recouvrement des vecteurs par des polymeres hydrophiles et flexibles comme les polyethyleneglycols

(PEG) empeche les proteines, en particulier les opsonines, de s'adsorber a leur surface (concept de « repulsionsterique » developpe par 1'equipe de de Gennes des le debut des annees 1990).Apres administration intraveineuse, ces liposomes « peggyles » se caracterisent par un temps de demi-vieplasmatique prolonge et une capture hepatique reduite.Le caractere « furtif » (absence de reconnaissance par le MPS) est d'autant plus prononce que les liposomessont de faible taille. Des approches similaires ont ete effectuees avec les nanoparticules, en y greffant, commedans le cas des liposomes, des chaines de PEG. Les particules ainsi « peggylees » ne sont plus reconnues parles macrophages du SPM et elles resident plus longtemps dans la circulation generate.

PEG

PEG

Vecteur de I1"* generation

Opsonines

Figure : Representation schematique du concept de repulsion sterique qui evite 1'opsonisation et lareconnaissance par les macrophages

»** Application:Ces vecteurs « furtifs », a remanence vasculaire prolongee peuvent ainsi atteindre des tumeurs ou des

foyers infectieux localises hors du SPM en raison de la permeabilite accrue de 1'endothelium vasculaire de cestissus. Get effet de permeabilite et de retention tissulaire permet done le ciblage de tumeurs localisees hors duterritoire hepato-splenique.Ces vecteurs « furtifs » de deuxieme generation ont montre une efficacite remarquable dans le traitement detumeurs experimentales, ce qui a d'ailleurs abouti recemment a la mise sur le marche du DoxilR (liposomespeggyles charges en doxorubicine).

Figure ; Representation schematique de la diffusionselective a travers 1'endothelium vasculaire tumoral

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c. Les vecteurs de 3emegeneration ou I'utilisation de ligands a reconnaissancesmoleculaire

»«« Devenir in vivo:Lorsque les vecteurs de deuxieme generation sont decores de ligands (anticorps, peptides, sucres, acide

folique), ils sont alors capables de reconnaitre de maniere selective des antigenes ou des recepteurs qui sonthyperexprimes a la surface des cellules cible (cellules cancereuses, cellules infectees etc.). La conception deces vecteurs de troisieme generation necessite la construction d'edifices supramoleculaires composes :

- D'un coeur biodegradable (phospholipides ou polymeres),- D'une couche de polymeres hydrophiles et flexibles (PEG) pour eviter la reconnaissance hepatosplenique,- D'un ligand de reconnaissance membranaire a 1'extremite de certaines chaines de PEG.

L'internalisation cellulaire se fait generalement par la voie de Fendocytose, le vecteur etant alors localise auniveau des lysosomes ou du cytoplasme cellulaire en fonction du trafic intracellulaire suivi par le ligand.Ces vecteurs restent neanmoins confrontes a certains obstacles dont:

- L'h£terogeneite des antigenes tumoraux- L'antigenicite possible

La liaison vecteur + anticorps diminue I'affinite pour la cible visee. Get inconvenient est corrige par inclusiond'un SPACER entre le vecteur et Panticorps

^*V'i_i',,..i|«-*^

LIPQSCiWE •SPACER.i

Schema d'un vecteur de troisieme generation

-

Figure: Representation schematiquede 1'adressage moleculaire d'un

vecteur a une cellule cible grace a unligand de reconnaissance

Figure: Representation schematiquede la Permeabilite des neo vaisseaux

tumoraux

*»* Application :L'utilisation de ligands a reconnaissances moleculaire a abouti, par exemple, a coupler a la surface de

liposomes « peggyles » un anticorps monoclonal (anticorps 34A) reconnaissant des glycoproteines de surfaceexprimees au niveau luminal de 1'endothelium vasculaire pulmonaire, Lorsque ces liposomes sont chargesd'amphomericine B, ils sont tres actifs dans les aspergilloses pulmonaires experirnentales.

Comme le recepteur de I'acide folique est exprime de maniere tres selective a la surface de certainescellules cance~reuses (carcinomes ovariens), I'acide folique a aussi ete utilise comme ligand de reconnaissanceet couple a la surface de nanoparticules via des chaines de PEG. II a ete montre que ce vecteur etait capable dereconnaitre son recepteur in vitro avec une tres grande affinite. Cette strategic presente un double avantage :I'acide folique est une petite molecule (contrairement aux anticorps) qui n'induit pas d'encombrementexcessif a la surface du vecteur et ne masque pas 1'effet de repulsion des opsonines par les chaines de PEG.D'autre part, le complexe acide folique/recepteur de I'acide folique est internalise par endocytose des qu'il estforme.

Membrane c

Figure : Ciblage tumoral par le recepteur de I'acide folique

Vecteurs colloidawc actifs:Leur distribution est guidee par un procede extracorporel

S Liposomes thermosensibles:Ils sont constitues par des phospholipides ayant une temperature de transition de phase Tc> 37°C

(Tc= temperature au-dela de laquelle les phospholipides passe de 1'etat solide a 1'etat fluide)Une hyperthermie locale provoquee au niveau de la cible visee (par des bains chauds, des frictionsd'alcool, ou des micro ondes pour les cibles profondes), permet d'atteindre la Tc, les phospholipidespassent alors a 1'etat fluide et liberent le PA.

v' Liposomes pH sensibles:Leur distribution est dependante des caracteristiques de la cible.

Ce sont des liposomes sensibles a Fabaissement de pH, et pour lesquels la liberation de leur PA a37°C est plus rapide a pH 6 qu'a pH physiologique.L'abaissement du pH peut etre du a un metabolisme eleve: tumeur primaire, metastase, tissuinfiammatoire

•S ^Nanospheres magnetiques:Ce sont des nanospheres dans lesquelles sont dispersees, en plus du PA, des particules magnetiques.

L'ensemble est guide vers la cible visee grace a un champ magnetique extracorporel.

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