Formulations multifonctionnelles pour le traitement des infections parasitaires cutanéo-muqueuses

Multifunctional formulations for the treatment of mucocutaneous parasitic infections

• Auteur / Autrice : Sophia Malli
• Direction : Kawthar Bouchemal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 29/01/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Christine Vauthier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kawthar Bouchemal, Christine Vauthier, Philippe Lawton, Karine Andrieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Lawton, Karine Andrieux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Leishmaniose

Trichomonase

Formulation (génie chimique)

Mots clés libres

Chitosane

Leishmaniose

Nanoparticules

Trichomonose

Leishmaniasis

Trichomoniasis

Nanoparticles

Chitosan

Résumé

Ce projet vise à proposer des nouveaux candidats médicaments pour lutter contre les infections parasitaires cutanéo-muqueuses qui représentent un problème de santé majeur. C’est notamment le cas de la Trichomonose urogénitale et la leishmaniose cutanée.Malheureusement, l’administration systémique de première intention par le métronidazole (MTZ) pour traiter la trichomonose urogéntitale occasionne des problèmes de résistances et des effets secondaires indésirables. Ainsi, nous avons développé de nouvelles stratégies thérapeutiques en ciblant à la fois les mécanismes pharmacologiques et physiques de l’infection par Trichomonas vaginalis. Après avoir réussi à augmenter la solubilité apparente du MTZ dans l’eau en utilisant une beta-cyclodextrine méthylée, nous l’avons formulé dans un hydrogel thermosensible et mucoadhésif composé de pluronic® F127 et d’un biopolymère cationique et mucoadhésif, le chitosane. Cette formulation est spécifiquement adaptée à une application topique tout en offrant un contrôle de la libération du MTZ et une réduction de son passage systémique à travers la muqueuse vaginale. La viscosité élevée de l’hydrogel à température corporelle nous a conduit à étudier son effet sur la mobilité du protozoaire Trichomonas vaginalis. Il s’agit d’une stratégie physique d’immobilisation du parasite en parallèle à la chimiothérapie par le MTZ. Le suivi des trajectoires des parasites par vidéo-microscopie a montré la capacité de l’hydrogel seul ou en association avec le chitosane à immobiliser complètement T. vaginalis et à inhiber son attachement à la muqueuse. Ces évaluations ont été réalisées chez la souris. Cependant, le chitosane seul n’a pas permis d’immobilier les parasites et n’a pas montré une activité anti-T. vaginalis propre. Dans ce contexte, nous nous sommes inspirés des travaux antérieurs menés par notre équipe sur le développement de formulations à base de chitosane, et plus particulièrement des nanoparticules (NPs) composées de poly(isobutylcyanoacrylates) recouvertes de chitosane. Ces NPs ont une activité trichomonacide propre, même sans rajouter des substances actives, alors que des NPs sans chitosane étaient inactives. Nous avons étudié le mécanisme d’action et nous avons montré une meilleure internalisation des NPs lorsqu’elles étaient recouvertes de chitosane. Ces NPs ont provoqué des altérations morphologiques drastiques de la membrane du parasite. Cette activité pourrait être due en partie à l’interaction électrostatique entre la surface de T. vaginalis chargée négativement et les NPs recouvertes de chitosane cationique.Dans le but d’élargir le champ des applications de ces NPs à d’autres parasites, nous nous sommes intéressés à l’évaluation de leur effet anti-leishmanien vis-à-vis de Leishmania major. En effet, le chitosane connu pour ces propriétés cicatrisantes nous a paru particulièrement adapté pour cette pathologie. Nous avons ainsi montré in vitro et in vivo que les NPs recouvertes de chitosane avaient une activité anti-L. major propre, sans ajouter de substances actives. Dans un deuxième temps, nous avons décidé de nous orienter vers des particules de formes allongées et d’évaluer leur activité anti-leishmanienne. Ces particules appelées « plaquettes » sont constituées d’assemblages de chitosane hydrophobisé avec l’acide oléique et l’alpha-cyclodextrine dans l’eau. Cette stratégie nous a paru intéressante pour améliorer l’interaction des plaquettes avec la membrane de L. major, vue que ces parasites sont également de morphologie non-sphérique. Les résultats histologiques et immunohistochimiques des lésions cutanées ont montré une diminution significative du granulome inflammatoire et une réduction de la charge parasitaire par rapport à l'amphotéricine B seule utilisée comme référence.En conclusion, au cours de cette thèse, plusieurs formulations ont été développées et ont montré des efficacités biologiques en agissant sur des mécanismes pharmacologiques et/ou physiques des parasites.

This project aims at developing new therapeutic strategies against parasitic muco-cutaneous infections such as urogenital trichomonosis and cutaneous leishmaniasis which still represents a major health problem worldwide.Unfortunately, metronidazole (MTZ) is a first-line systemic treatment for urogenital trichomoniasis that causes resistance and side effects. We have thus developed new strategies by acting on both the pharmacological and the physical mechanisms of Trichomonas vaginalis infection. After a successfull increase of the apparent solubility of MTZ in water using a methylated -cyclodextrin, we formulated it in a thermosensitive and mucoadhesive hydrogel composed of pluronic® F127 and a cationic and mucoadhesive biopolymer, chitosan. This formulation is specifically adapted for topical application providing a control of MTZ release and reduction of its systemic passage through the vaginal mucosa.Then, the ability of the high viscosity hydrogel to immobilize T. vaginalis was investigated by video-microscopy. Monitoring the trajectories of each parasite by multiple particle tracking showed the ability of the hydrogel alone or in combination with chitosan to completely immobilize T. vaginalis and to inhibit parasite attachment to the mucosa. These evaluations were performed on mice experimental model. However, chitosan alone did not allow parasite immobilization and did not show any anti-T. vaginalis activity. In this context, we were inspired by previous works conducted by our team on the development of formulations based on chitosan, and more particularly nanoparticles (NPs) composed of poly(isobutylcyanoacrylates) coated with chitosan. These NPs have their own trichomonacidal activity, even without adding active substances, while NPs without chitosan were inactive. Investigated of the mechanism of the activity showed better internalization of NPs when coated with chitosan. These NPs caused drastic morphological alterations on the parasite membrane. This activity could be due to the electrostatic interaction between negatively charged T. vaginalis surface and cationic chitosan coated NPs.In order to broaden the applications of these NPs to other parasites, we were interested in evaluating the anti-L. major activity of NPs coated or not with chitosan. Indeed, chitosan known for its healing properties could be particularly adapted for this pathology. We thus showed in vitro and in vivo that NPs coated with chitosan had intrinsic anti-L. major activity without adding any drug. In a second step, we decided to design chitosan elongated particles and to evaluate their anti-leishmanial activity. These particles called "platelets" are composed of chitosan hydrophobically-modified with oleic acid and cyclodextrin in water. This strategy could be interesting to improve the interaction of platelets with the L. major membrane, as these parasites had also non-spherical morphology. The histological and immunohistochemical results of skin lesions showed a significant decrease in inflammatory granuloma and a reduction in parasitic load compared with amphotericin B alone, used as a reference.In conclusion, during this thesis, several formulations were developed and showed biological activities by acting on pharmacological and/or physical mechanisms of the parasites.