Administration orale d'insuline par double encapsulation : développement du système nanoparticulaire par coacervation complexe insuline/chitosane

Oral route insulin administration by double encapsulation : Development of nanoparticular system by complex coacervation insulin/chitosan

• Auteur / Autrice : Adeline Callet
• Direction : Yves Frère, Séverine Sigrist
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chitosane

Insuline

Voie orale

Capsules médicamenteuses

Nanoparticules

Mots clés libres

Coacervation

Résumé

Le diabète est une maladie chronique qui touche plus de 3 millions de personnes en France. Se traduisant par une perte du contrôle de la glycémie, son traitement actuel par injections pluri-quotidiennes d’insuline entraîne un inconfort des patients. D’autres voies d’administrations ont été développées, comme la voie orale qui constitue la voie d’administration la plus physiologique, la plus confortable et la mieux acceptée par le patient. Néanmoins, des contraintes physico-chimiques peuvent entraîner une perte de l’activité hypoglycémiante de l’insuline. Afin de la protéger et de permettre son administration orale, un vecteur pharmaceutique complexe a été élaboré par double encapsulation : un véhicule apportant une protection gastrique et des nanoparticules apportant une protection intestinale. L’insuline ainsi encapsulée au sein de ces nanoparticules est protégée du milieu intestinal et peut alors franchir la barrière intestinale pour rejoindre la circulation sanguine afin d’être libérée. Ces nanoparticules sont obtenues par coacervation complexe avec le chitosane, polymère naturel bioassimilable. Néanmoins, celui-ci présente une solubilité limitée à pH physiologique rendant difficile sa complexation avec l’insuline. Deux dérivés du chitosane ont été utilisés : un dérivé obtenu par modifications chimiques, le N-,O-carboxyméthyl chitosane (NOCC) et un sel de chitosane, le chitosane chlorhydrate. Une caractérisation approfondie de ces deux dérivés hydrosolubles du chitosane permet d’envisager la complexation de l’insuline à pH physiologique. L’étude de la complexation est réalisée dans le cas de ces deux dérivés. L’obtention de diagrammes de turbidité permet de définir la zone de formation des nanoparticules. Celles-ci présentent une taille moyenne comprise entre 300 et 500 nm, une charge positive (+ 40 mV) et contiennent en moyenne 85 à 90 % d’insuline encapsulée. Des études in vitro ont permis de montrer leur stabilité en milieu intestinal. Leurs propriétés biologiques ont été vérifiées à l’aide de manipulations in vivo sur des rats diabétiques. Ces essais ont montré la conservation de l’activité biologique de l’insuline et la capacité des nanoparticules à induire une diminution de la glycémie pouvant conduire à l’obtention de la normoglycémie, 8 heures après leur administration. Les nanoparticules obtenues à l’aide des deux dérivés hydrosolubles du chitosane protègent l’insuline (conservation de son activité biologique) du milieu intestinal et lui permettent de traverser la barrière intestinale. Ces résultats permettent la validation du concept d’encapsulation d’insuline par coacervation complexe. Les nanoparticules peuvent désormais faire partie intégrante du vecteur pharmaceutique complexe afin d’être administrées par voie orale.

Diabetes mellitus is a chronic disease which affects more than 3 millions people in France. Translated by a loss of glycaemia control, its current treated by daily insulin injections entailing discomfort of patients. Other administrations way have been developed and the oral route constitute the most physiological, comfortable and best accepted by patients. Nevertheless, physico-chemical constraints can lead to lose hypoglyceamiant activity of insulin. To avoid it, a pharmaceutical complex vector was developed by double encapsulation: a vehicle bringing a gastric protection and nanoparticles bringing an intestinal protection. By this way, encapsulated insulin in nanoparticles is protected from the intestinal environment and can then cross intestinal barrier to join the blood circulation to be released. These nanoparticles were obtained by complex coacervation with chitosan, a natural and biocompatible polymer. Nevertheless, its low solubility at physiological pH makes its complexation with insulin difficult. Two different water-soluble chitosan derivatives were formed: one obtained by chemical modifications, N-, O-carboxymethyl chitosan (NOCC) and one chitosan salt, chitosan chlorhydrate. A detailed characterization of these two water-soluble derivatives allows insulin complexation at physiological pH. A complexation study made for these two compounds allows the definition of a complexation area where nanoparticles were formed. They had shown average size from 300 to 500 nm, positive charge (+40 mV) and encapsulation efficiency of 85-90 %. In vitro studies allowed to show nanoparticles stability as well as intestinal resistance. Their biological properties were verified by in vivo experiments on diabetic rats, showing the conservation of insulin biological activity and ability to induce glycaemia decrease going to normoglycaemia in 8 hours. Nanoparticles obtained with two water-soluble chitosan derivatives, protect insulin (conservation of biological activity) from the intestinal environment and allow it to cross intestinal barrier. These results permit the validation of insulin encapsulation by complex coacervation concept. Hence nanoparticles can be included in the complex pharmaceutical vector to be administered by oral way.