Développement d’une méthode d’analyse de bactéries par Spectroscopie Raman Exaltée de Surface : application à la caractérisation de probiotiques microencapsulés pour le ciblage colique

Development of a method for bacterial analysis by Surface Enhanced Raman Spectroscopy : application to the characterization of microencapsulated probiotics for colonic targeting

• Auteur / Autrice : Elie Akanny
• Direction : Claire Bordes, Sandrine Bourgeois, François Bessueille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/11/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de génie Pharmaceutique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicole Jaffrezic-Renault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Bordes, Sandrine Bourgeois, François Bessueille, Gérald Thouand, Ali Tfayli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Meireles, Olivier Piot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microencapsulation

Particules (matière)

Lactobacilles

Probiotiques

Mots clés libres

Probiotiques

Lactobacillus Rhamnosus GG

Microparticules

Ciblage colique

Microencapsulation

Spectroscopie Raman Exaltée de Surface

Nanoparticules d'or

Rhodamine 6G

Probiotics

Lactobacillus Rhamnosus GG

Microparticles

Colonic delivery

Microencapsulation

Surface Enhanced Raman Spectroscopy

Gold nanoparticles

Rhodamine 6G

Résumé

L’administration orale de probiotiques en vue d’un ciblage colique fait face à un problème majeur lié aux conditions délétères à leur survie rencontrées tout au long de leur parcours dans le tractus gastro-intestinal. En effet, il s’avère que la quantité de microorganismes viables arrivant au colon peu souvent être insuffisante pour apporter l’effet bénéfique souhaité, c’est-à-dire un maintien ou une restauration des fonctions du microbiote intestinal. Pour lever ce verrou thérapeutique, la technologie de la microencapsulation a été envisagée. L’un des objectifs de ce travail de thèse a donc été de développer un système d’encapsulation permettant d’assurer le ciblage colique, après administration par voie orale, du Lactobacillus rhamanosus GG (LGG), souche probiotique indiquée dans le traitement et la prévention de la diarrhée associée aux antibiotiques. Le développement d’un tel système implique l’emploi d’une technique de quantification des microorganismes afin de déterminer par exemple le rendement d’encapsulation ou encore la cinétique de libération des bactéries. Pour cela, la technique classique de dénombrement sur milieu solide est généralement employée mais apparait comme longue et fastidieuse. Du fait de sa rapidité et simplicité, la Spectroscopie Raman Exaltée de Surface (SERS), permettant l’augmentation importante du signal Raman conventionnel de molécules adsorbées sur des surfaces métalliques nanostructurées de métaux nobles (argent, or), a été investiguée en tant que technique alternative. Une méthode SERS de quantification des LGG a donc été développée et appliquée pour caractériser le système d’encapsulation formulé. Les microparticules encapsulant les LGG ont été obtenues par spray-drying d’une solution aqueuse d’un polymère entérique contenant un agent de protection des bactéries des effets délétères du séchage. Un bon maintien de la viabilité des microorganismes a donc pu être observé au cours du procédé de spray-drying. La protection des LGG en conditions gastro-intestinales simulées, assurée par la matrice d’encapsulation, atteste de l’obtention d’un système d’encapsulation adapté au ciblage colique de LGG viables en nombre suffisant pour potentiellement assurer l’efficacité du traitement probiotique après administration par voie orale

For their specific colonic delivery after oral administration, probiotics have to deal with the deleterious conditions of the gastro-intestinal tract that could alter their viability or functionality. Indeed, the quantity of viable microorganisms reaching the colon is often insufficient to provide the desired beneficial effect, namely, to maintain or restore the functions of the intestinal microbiota. To resolve this problem, the microencapsulation technology was considered. One aim of this project was thus to develop an encapsulation system for the colonic delivery via the oral route of the Lactobacillus rhamanosus GG (LGG), indicated for the treatment and the prevention of antibiotic-associated diarrhea. The development of such system requires a reliable quantification method of the bacteria to determine formulation characteristics such as encapsulation efficiency or release kinetics. The conventional counting method, using plating and culturing, is the most widely used method to this end but it appears tedious and above all time consuming. Due to its rapidity and simplicity, Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) technic, allowing to provide a high enhancement of Raman scattering from molecules adsorbed on a nanostructured noble metal surface (silver, gold), has been investigated as an alternative. SERS quantification method of LGG was therefore developed and applied to characterize the formulated encapsulation system. Microparticles encapsulating LGG were obtained by the spray-drying of an aqueous feed solution containing an enteric coating polymer and a protective agent of bacteria against the harmful effect of dehydration stress. A high cell viability was thus achieved after process. The protection of LGG strain against simulated gastrointestinal conditions, provided by the encapsulation matrix, attests that the developed encapsulation system is suitable for its use as a carrier for the specific colonic delivery of LGG via the oral route