La délivrance transdermique des médicaments par la nanotechnologie et la science des matériaux : de nouvelles avancées pour la médicine personnalisée du diabète

Nanotechnological and material science for diabetics and advanced transdermal delivery

• Auteur / Autrice : Anna Voronova
• Direction : Sabine Szunerits, Amar Abderrahmani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-nanosystèmes et capteurs
• Date : Soutenance le 14/10/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Jury : Président / Présidente : Catherine Foulon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eva Jakab-Toth, Thomas Hubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Dalle, Sylvain Gabriele

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médecine personnalisée

Oxyde de graphène

Nanoparticules

Protéines -- Agrégation

Soins médicaux

Diabétiques

Médicaments -- Administration par voie transcutanée

Mots clés libres

Délivrance non invasive de médicaments

Diabetics

Transdermal delivery

Protein aggregration

Nanomaterials

Résumé

Les avancées remarquables qui ont été réalisées ces dernières années dans la science des matériaux et dans la nanotechnologie, ont permis de faire des progrès importants dans les modes de délivrance de médicaments, et ainsi de progresser dans le développement de la médecine personnalisée (MP). Aujourd’hui, des médicaments peuvent être administrés par de nombreuses voies, comme la voie buccale, orale, rectale, parentérale et des muqueuses. Une autre voie d’administration de médicaments extrêmement pertinente pour la MP du diabète est la voie transdermique (TDS). Cette voie offre un avantage de pouvoir administrer des médicaments qui sont peu ou pas tolérés lorsqu’ils sont ingérés ou inhalés, et aussi d’éviter leur dégradation par le système gastro-intestinale. En plus, la TDS, si elle est non-invasive, peut améliorer l’efficacité thérapeutique du médicament en améliorant adhésion thérapeutique des patients. Cependant, l'administration de médicaments par TDS, de manière contrôlée et à la demande, reste un verrou technologique à surmonter. Dans cette thèse, nous avons étudié différentes approches permettant de contrôler la délivrance non-invasive TDS d'insuline, de metformine et de ramipril, comme l'utilisation de la chaleur en combinaison avec des matrices d'oxyde de graphène. Des tests in vitro et in vivo ont été réalisés pour évaluer l'efficacité des concepts proposés. De plus, des tapis de fibres électrofilées avec du graphène incorporé ont été étudiés pour l'administration de médicaments par voie buccale plutôt que par voie transdermique. En outre, l'utilisation de nanostructures pour inhiber l'agrégation de l'IAPP (Islet Amyloid Polypeptide) et les premiers résultats prometteurs sont discutés.

Advances in materials science and nanotechnology have allowed the refinements of current drug delivery systems, expected to facilitate the development of personalized medicine (PM). Nanotechnology is the foundation of new generations of nano- andmicro-electromechanical systems for controlled antidiabetic drug delivery. Today, drugs can be administered by many routes, such as buccal, oral, rectal, parenteral, and mucous membranes. Another highly relevant route of drug administration for diabetic personalized medicine is the transdermal route. This route offers the advantage of being able to administer drugs which are little or not tolerated when ingested or inhaled, and also of avoiding their degradation by the gastrointestinal system. Transdermal delivery systems (TDS) using nanotechnology are realistically becoming a key delivery mode for implementing PM. Additionally, TDS, if non-invasive, may ameliorate the therapeutic efficacy of the drug by improving patient adherence. However, the administration of drugs by TDS, in a controlled manner and on demand, remains a technological barrier to be overcome. In this thesis, we investigated different approaches to control the non-invasive TDS delivery of insulin, metformin and ramipril, such as the use of heat in combination with graphene oxide matrices. In vitro and in vivo tests were carried out to evaluate the effectiveness of the proposed concepts. In addition, mats of electrospun fibers with incorporated graphene have been investigated for oral rather than transdermal drug delivery. Furthermore, the use of nanostructures to inhibit the aggregation of IAPP (Islet Amyloid Polypeptide) and the first promising results will be discussed.