Etude de l’état d’agrégation de l’amphotéricine B dans différents systèmes d’administration

Study of amphotericin B molecular aggregation into different carrier system

• Auteur / Autrice : André Silva
• Direction : Gilles Ponchel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 19/10/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Universidade federal do Rio Grande do Norte (Natal, Brésil)
• 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 : Gilles Ponchel, Christine Vauthier, Philippe Legrand, Frédéric Jean Georges Frezard, Eryvaldo Socrates Rabosa do Egito, Franceline Reynaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Legrand, Frédéric Jean Georges Frezard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liposomes

Colloïdes

Agrégation (chimie)

Amphotéricine B

Mots clés libres

Amphotéricine B

États d'agrégation

Super agrégats

Micelles

Liposomes

Émulsions

Amphotericin B

Aggregation state

Super-Aggregates

Micelles

Liposomes

Emulsions

Résumé

L'amphotéricine B (AmB) est une molécule utilisée en thérapeutique pour ses propriétés antifongiques remarquables. Cependant, ses caractéristiques physico-chimiques très particulières, rendent difficile la conception et la fabrication de systèmes thérapeutiques chargés en AmB qui soient simultanément efficaces et peu toxiques. La littérature montre qu'il existe une relation intime entre la façon dont l’AmB est associée au système transporteur et les effets pharmacologiques et toxicologiques qui sont observés. Malgré de très nombreuses études, l’état d’association des molécules d’AmB dans les différentes formulations commercialisées contenant de l'AmB n’est toujours pas connus avec suffisamment de précision. Pour cette raison, le but de ce travail expérimental est de caractériser différents systèmes contenant de l'AmB, dans l’objectif de prédire les effets biologiques induits par l’état d’association de cette molécule à ces systèmes supramoléculaires. Dans ce travail, nous avons caractérisé un système micellaire original ainsi que deux autres produits similaires tout en les comparant. De plus, nous avons étudié les mécanismes par lesquels se forment des super-agrégats d’AmB par l'augmentation de la stabilité des systèmes chauffés. Dans un second temps et pour la première fois, la capacité de l’AmBisome®, à former des super-aggrégats a également été caractérisée et testée. Enfin, l'incorporation de l'AmB dans des systèmes de type nano- et micro-émulsion a été étudiée, avant d’être appliquée au traitement des maladies oculaires fongiques et de la leishmaniose viscérale. Les principales techniques utilisées pour la caractérisation physico-chimiques de l’état d’agrégation ont été : la spectroscopie électronique (UV-Vis), le dichroïsme circulaire (DC) et la diffusion dynamique de la lumière (DLS). La calorimétrie à titrage isotherme (ITC) a été utilisée afin de tenter de mesurer l’énergie de formation des super-agrégats. De plus, un dérivé soluble de l’AmB a été développé et caractérisé par spectroscopie de masse atomique, infrarouge, UV-Vis et DC. Afin de disposer d’un système d’administration adéquat, ce dérivé soluble a été ensuite incorporé dans une micro-émulsion. Au total, l’ensemble des travaux expérimentaux conduits, montrent que l’état d'agrégation moléculaire de l’AmB dépend très largement du système d’administration utilisé, ainsi que des procédés par lesquels l’AmB est associées à ces systèmes. Ces résultats ont une réelle importance pratique puisque la littérature montre sans ambiguïté que l'efficacité du médicament ainsi qu’à sa toxicité dépendent étroitement de l'état d'agrégation de l’AmB. Ainsi, dans la nanoémulsion, l’AmB se trouve dans des états agrégés et multi-agrégés. Au contraire, dans la micro-émulsion, l’AmB se présente plutôt sous forme « monomère ». Une fois chauffés, les systèmes micellaires forment des super-agrégats d'AmB, tandis que les liposomes étudiés sont incapables de donner naissance à cette structure supramoléculaire. Enfin, le dérivé soluble d'AmB que nous avons préparé présente des caractéristiques distinctes par rapport à la molécule d'origine. Cependant, une fois associé à une microémulsion, son état d'agrégation est modifié et redevient similaire à celui de l'AmB originale, comme l’indique les études en UV-Vis et en DC. On peut donc conclure de ce travail que l'état d'agrégation d'AmB varie considérablement en fonction du type de système d’administration utilisé, de la concentration de l’AmB ainsi que du mode d'incorporation de la molécule, y compris pour un même système. Enfin, ce travail a permis la mise au point d’un dérivé soluble original de l’AmB qui offre la possibilité d’utiliser des formulations aqueuses adaptées à différentes voies d’administration et pourrait renouveler l’intérêt de cette molécule ancienne dans le traitement de différentes pathologies fongiques pour lesquelles il n’existe pas de formulations réellement adapatées.

The amphotericin B (AmB) is a drug of peculiar physicochemical features: being amphiphilic and amphoteric. These characteristics turn difficult the drug load into therapeutic systems. AmB is currently available in the market as micelles, liposomes and lipid complex for injection. The literature show that there is an intimate correlation between the AmB bound to the carrier and its biological response. However, there is a deficiency concerning the physicochemical characterization of the available AmB-containing products. Therefore, the aim of this work was to characterize AmB-containing carriers seeking a prediction to its biological response. The AmB-containing micellar system was the first product available for clinical use. The patent of this product has already expired some years ago. In this work we have characterized the original system and two other similar micellar products. In addition, we studied the stability increase of heated systems, by the formation of AmB “super-aggregates”. AmBisome®, an AmB-containing liposomal system, was also characterized and, for the first time, tested for the possibility of super-aggregates formation. The AmB incorporation into nano and microemulsion systems was presented and the physicochemical characteristics evaluated, focusing mainly on applications for the treatment of fungal ocular diseases and also for visceral leishmaniasis. The main techniques used for characterization were electronic spectroscopy, circular dichroism and dynamic light scattering. The isothermal titration calorimetry (ITC) was used as an attempt to measuring the super-aggregates energy formation. Besides, an AmB soluble derivative was developed and characterized by atomic mass spectroscopy, infra-red, UV-Vis and circular dichroism. Then, this AmB-derivative was loaded into a microemulsion as a vehiculation strategy. The overall results show that the AmB-containing systems presented different molecular aggregation states that depends on the carrier, the way the drug is incorporated and also on the diluent. According to the literature, the aggregation state is associated with both, drug efficiency and toxicity. In nanoemulsion systems, the drug is found aggregated and multi-aggregated. In microemulsions, AmB is loaded as monomers. The heated micellar systems form AmB super-aggregates while the liposomal system is unable to form such molecular structure. Moreover, the AmB soluble derivative presented distinct features when compared to the original molecule. However, once incorporated into the microemulsion, the aggregation state is similar to that of the original AmB molecule, as supported by UV-Vis and circular dichroism results. It can be concluded that the AmB aggregation state varies according to the kind of carrier, the drug concentration and also the way of drug incorporation, even into one same carrier. Finally, the soluble derivative opens the possibility for drug carrying into aqueous vehicles for the treatment of many diseases by different administration routes.