Recouvrement et modification de nanoparticules afin d’optimiser leurs propriétés physico-chimiques pour des applications pharmaceutiques

Coating and modification of nanoparticles in order to optimize their physico­chemical properties for pharmaceutical applications

• Auteur / Autrice : Florence Hermal
• Direction : Line Bourel-Bonnet, Béatrice Heurtault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie thérapeutique
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chémo-biologie synthétique et thérapeutique (Strasbourg ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Berque-Bestel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Line Bourel-Bonnet, Béatrice Heurtault, Isabelle Berque-Bestel, Sophie Girod-Fullana
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Berque-Bestel, Sophie Girod-Fullana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vaccins

Vecteurs de médicaments

Propriétés physico-chimiques

Nanoparticules

Mots clés libres

Recouvrement couche par couche

LbL

Vecteur

Virus

Liposomes

Polyélectrolytes

Vaccin

Layer-by-Layer coating

LbL

Vector

Virus

Liposomes

Polyelectrolytes

Vaccine

Résumé

La technique du recouvrement couche par couche (« Layer-by-Layer », LbL) s’est imposée en tant que méthode simple et efficace pour la modification et la fonctionnalisation de surfaces, notamment de nanoparticules. Nous avons exploré cette technique de recouvrement afin d’augmenter la résistance de liposomes conventionnels. Nous avons mis au point une procédure de formulation couche par couche en utilisant deux polyélectrolytes biodégradables et biocompatibles de charges opposées : la poly(L-lysine) (PLL) et l’acide poly(L-glutamique) (PGA). Cette procédure a permis de développer des formulations très homogènes de liposomes recouverts jusqu’à 6 couches de polymères (layersomes) et de liposomes recouverts de deux couches de polyélectrolytes réticulés. Le recouvrement a été caractérisé par diffusion dynamique de la lumière (DLS), par la technique de microbalance à cristal de quartz (QCM), ainsi que par transfert d’énergie entre deux molécules fluorescentes (FRET). Des études de stabilité des formulations à 4°C dans une solution tamponnée ont démontré que certaines structures sont stables sur 2 mois sans impacter leur capacité d’encapsulation. Les résultats suggèrent une meilleure résistance des liposomes recouverts en présence d’un détergent non-ionique (Triton™ X-100) ainsi qu’en présence de plasma. Dans un second temps, cette procédure a été adaptée au recouvrement de particules virales inactivées de type H5N1, dans le but de développer une forme « retard » du virus. Des particules virales recouvertes jusqu’à 4 couches de polymères ainsi que des particules recouvertes de 2 couches de polyélectrolytes réticulés ont été obtenues et caractérisées par DLS, par diffraction laser (LD) ainsi que par microscopies confocale et électronique à transmission. Des études de stabilité ont démontré que le recouvrement des virus conservés à 4°C est stable au moins 2 mois. Nous avons montré que le recouvrement n’a pas eu d’impact sur l’immunogénicité des particules virales et qu’un relargage différé du virus était probable. Ces travaux ont ainsi démontré l’adaptabilité de l’assemblage couche par couche de nanoparticules pour des applications pharmaceutiques variées.

The Layer-by-Layer (LbL) technique has emerged as a simple and effective method for surface modification and functionalization, especially of nanoparticles. We have explored this coating technique to increase the resistance of conventional liposomes. We have developed a layer-by-layer formulation procedure using two biodegradable and biocompatible polyelectrolytes with opposite charges: poly(L-lysine) (PLL) and poly(L-glutamic) acid (PGA). This procedure has allowed the development of very homogeneous formulations of liposomes coated with up to 6 layers of polymers (layersomes) and liposomes coated with two layers of cross-linked polyelectrolytes. The coating was characterized by dynamic light scattering (DLS), quartz crystal microbalance technique (QCM), and energy transfer between two fluorescent molecules (FRET). Studies on the stability of formulations at 4°C in a buffered solution have shown that some structures are stable over 2 months without impacting their encapsulation capacity. The results suggest a better resistance of the coated liposomes in the presence of a non-ionic detergent (Triton™ X-100) as well as in the presence of plasma. In a second step, this procedure was adapted to coat inactivated H5N1 virus particles in order to develop a "delayed" form of the virus. Viral particles coated with up to 4 polymer layers as well as particles coated with 2 layers of cross-linked polyelectrolytes were obtained and characterized by DLS, laser diffraction (LD) as well as confocal and transmission electron microscopy. Stability studies have shown that the coating of viruses stored at 4°C is stable for at least 2 months. We showed that the LbL assembly had no impact on the immunogenicity of the viral particles and that a delayed release of the virus was likely. This work has demonstrated the adaptability of layer by layer assembly of nanoparticles for various pharmaceutical applications.