Conception de systèmes de délivrance multifonctionnels, basés sur des polymères éco-compatibles

Porteurs de projet  : Claire Monge (CR) et Thomas Trimaille (MCU)

Personnes impliquées dans le projet : Sofia Caridade (Post-Doc), Anne-Lise Paris (doctorante ANRS) , Damien Ficheux (IE), Evelyne Colomb (IE).

Un de nos enjeux majeurs est la production de biomatériaux eco-friendly. Les seuls solvants organiques utilisés sont l’acétone et le DMSO, considérés comme respectueux de l’environnement. Aucun agent de couplage toxique n’est utilisé.

Objectif 1 : Nano-assemblages biodégradables à base de PLA

Notre solide expérience des nanoparticules (NPs)/micelles de PLA nous a permis de développer des systèmes avancés de nano-délivrance autour de 3 thématiques :

  • Design de NPs fluorescents pour le suivi du trafic des NPs in vivo et ex vivo en utilisant un large panel d’outils d’imagerie cellulaire. Par exemple, nous maîtrisons la synthèse de particules de PLA marquées par des fluorophores hydrophobes (ex coumarin 6, Dir…), ce qui permet le suivi de leur trafic in vivo.

 

Distribution de NPs fluorescente dans l’infra-rouge 24h après leur administration par voie sous-cutanée, intratrachéale ou intranasale. Les flèches blanches indiquent les points d’injection. Ces images mettent en avant l’accumulation des particules dans les structures lymphoïdes secondaires après administration chez la souris. Analyse par tomographie à fluorescence (FTM 4000)

 

  • Systèmes de délivrance de vaccins ou de médicaments, par la conception de micelles capables de libérer des biomolécules en fonction d’un certain stimulus. Par exemple, nous développons des micelles basées sur un squelette de PLA capable de porter des protéines ou des acides nucléiques.

Représentation schématique de NPs micellaires développées comme adjuvant vaccinal ; (A) micelles polymériques obtenues par auto-assemblage de block copolymères amphiphiles dans l’eau, dans/sur lequel le peptide antigénique est encapsulé ou couplé à la surface (les groupes réactifs sont représentés par des étoiles). D’après Jimenez-Sanchez et al, Pharm Res. 2015,32 (1)311-20

 

  • Stratégies de revêtement de NPs pour leur administration par voie orale. Il s’agit de développer des formulations et des excipients pharmaceutiques afin d’éviter les effets dénaturants du pH ou des enzymes gastriques. Des revêtements sensibles au pH permettent en effet de traverser l’environnement gastro-intestinal et de maintenir la stabilité colloïdale pour la nébulisation. Par exemple, nous comparons les micelles et les NPs de PLA pour la délivrance pulmonaire d’antibiotiques ou d’acides nucléiques en utilisant l’imagerie corps entier et l’administration intratrachéale.

 

Objectif 2 : Systèmes de délivrance multifonctionnels à base de nanofibres ou d’hydrogels de PLA

La régénération tissulaire demande souvent plusieurs approches thérapeutiques basées sur différents agents actifs qui, pour plus d’efficacité, pourraient être combinés dans un seul système de délivrance implantable. Alors que l’approche nanoparticulaire permet la libération contrôlée des molécules actives (facteurs de croissance, antibiotiques, anti-inflammatoires…) au moment le plus adapté à la réponse tissulaire souhaitée, les matrices biodégradables ont une importance cruciale de support à la néo-colonisation cellulaire. C’est pourquoi nous développons des biomatériaux dégradables hybrides basés sur l’association matrice/NPs de PLA.

Forts de notre expertise en NPs de PLA, nous poursuivons cet objectif par :

  • le design de matrices de nanofibres biodégradables mimant la matrice extracellulaire

Notre stratégie concerne particulièrement le contexte de la cicatrisation, avec pour but de procurer un environnement optimal pour la régénération des tissus. Dans le cas de la cicatrisation (ANR Astrid), nous nous sommes concentrés sur les matrices de PLA/PLGA (orientées ou non) créées par la technique jet-spraying (collaboration avec J. Sohier, D. Sigaudo-Roussel), associées avec des NPs de PLA fonctionnalisées avec diverses biomolécules d’intérêt (antibiotiques, anti-oxydants, facteurs de croissance).

Illustration des différentes stratégies suivies pour associer NPs et nanofibres. Différents grossissements d’images de MEB des matrices de nanofibres/NPs obtenues par co-projection des NPs pendant le jet-spraying du PLGA (A) et du (PLA). D’après Keloglu N, et al, 2016 Colloids Surf B Biointerfaces. 2016 Apr 1;140:142-9.
 
  • la conception de formulations topiques basées sur des hydrogels biocompatibles incorporant des NPs

Cette stratégie est dédiée à la libération topique d’agents actifs, qui sont soit inclus dans le gel lui-même ou chargés dans la matrice des NPs. Par exemple, dans le cas d’une maladie de peau (le psoriasis), nous travaillons sur la conception d’un hydrogel contenant des NPs avec un fort accent sur les hydrogels biocompatibles avec une administration topique. Le défi reste d’arriver à maintenir les propriétés colloïdales des NPs après incorporation dans l’hydrogel.

 

Objectif 3 : Films de polyélectrolytes multicouches pour la délivrance de molécules actives

La libération contrôlée de molécules actives est un des principaux défis de la pharmaco-biologie. Notre réponse est le développement d’une membrane auto-supportée capable de libérer des molécules hydrophiles avec un contrôle spatial et temporel de leur relargage.

La technologie Layer-by-Layer (LbL) est utilisée pour construire des films épais de plusieurs µms, voire plusieurs dizaines de µms, en déposant successivement des couches de polyanion (PA) et de polycation (PC). Les membranes obtenues sont complètement biodégradables et biocompatibles.

 

Fabrication de membrane Layer-by-Layer. Les polymères anioniques (PA) et cationiques (PC) sont successivement déposés sur un support de polypropylène (PP). Après sécha     ge à l’air, les membranes peuvent être manipulées facilement.

 

Ces membranes peuvent être chargées de diverses molécules (cytokines, acides nucléiques, facteurs de croissance…) [pour revue voir Monge et al, Adv Healthc Mat, 2015]. La quantité de molécules bioactives, le degré de réticulation ou la taille des polymères permettent de réguler finement le relargage des molécules incorporées. Le confinement des molécules à l’intérieur de la matrice de la membrane assure leur libération topique. Les membranes LbL sont des outils versatiles, adaptables à l’ingénierie tissulaire ou au traitement chimiothérapique et facilement implantables in vivo.


Sélection de publications  :

Berthet M, Gauthier Y, Lacroix C, Verrier B, Monge C. (2017) Nanoparticle-Based Dressing: The Future of Wound Treatment? Trends Biotechnol. 35(8):770-784.

Jiménez-Sánchez G, Terrat C, Verrier B, Gigmes D, Trimaille T. (2017) Improving bioassay sensitivity through immobilization of bio-probes onto reactive micelles. Chem Commun (Camb). 2017 Jul 13;53(57):8062-8065.

Monge C, Almodóvar J, Boudou T, Picart C. (2015) Spatio-Temporal Control of LbL Films for Biomedical Applications: From 2D to 3D. Adv Healthc Mater. 4(6):811-30.

Trimaille T, Verrier B. (2015) Micelle-Based Adjuvants for Subunit Vaccine Delivery. Vaccines (Basel). 3(4):803-13.

Caridade SG, Monge C, Almodóvar J, Guillot R, Lavaud J, Josserand V, Coll JL, Mano JF, Picart C. (2015) Myoconductive and osteoinductive free-standing polysaccharide membranes. Acta Biomater. 15:139-49.

Caridade SG, Monge C, Gilde F, Boudou T, Mano JF, Picart C. (2013) Free-standing polyelectrolyte membranes made of chitosan and alginate. Biomacromolecules. 2013 May 13;14(5):1653-60.

Collaborations inter équipes LBTI : D. Sigaudo-Roussel, J. Sohier, F. Pirot.

Projets financés : Astrid 2015-2018, PECSDDeli, CNRS interdisciplinary Program (Granted in January 2015).