Administration orale de nanoparticules polysaccharidiques : Impact de leurs propriétés de forme et de surface sur la mucoadhésion, la translocation, la capture cellulaire et l'effet anti-inflammatoire dans un modèle murin de maladie intestinale inflammatoire

Oral delivery of polysaccharidic nanoparticles : Impact of their shape and surface properties on mucoadhesion, translocation, cellular capture, and anti-inflammatory effect in a murine Inflammatory Bowel Disease model

• Auteur / Autrice : Hicheme Hadji
• Direction : Kawthar Bouchemal, Gilles Ponchel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Soutenance le 29/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Werner Weitschies
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karine Andrieux, Francisco Javier Otero Espinar, Arnaud Beduneau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Andrieux, Francisco Javier Otero Espinar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Administration par voie muqueuse

Anisotropie

Nanoparticules

Polysaccharides

Mots clés libres

Forme

Voies muqueuses

Nanoparticules anisotropes

Polysaccharides

Shape

Mucosal routes

Anisotropic nanoparticles

Polysaccharides

Résumé

La voie orale est souvent utilisée pour l'administration de médicaments en raison de sa disponibilité et de son prix abordable. Ces caractéristiques ont suscité l'intérêt pour l'étude du comportement de différents types de nanoparticules (NPs) lorsqu'elles sont administrées par voie orale. Cependant, alors que la taille des NP a été largement étudiée, il y a un manque d'études sur le rôle de forme et des propriétés de surface des NP dans leur internalisation cellulaire et leur passage transmuqueux. Le but de ce projet est d'évaluer l'effet de la morphologie et de la surface des NPs sur l'absorption cellulaire et le transport transmuqueux. Dans ce contexte, des NP de trois morphologies différentes (sphérique, en forme de bâtonnet et aplatie) et recouvertes de trois polysaccharides différents (chitosane, dextrane et acide hyaluronique) ont été étudiées. Les NPs de forme aplatie ont été obtenues par une technique d'étirage de film à partir de NPs sphériques composées d'un noyau de poly(isobutyle cyanoacrylate) et recouvertes de chitosane, de dextrane ou d'hyaluronane. Les rapports de forme (SR=Longueur/Largeur) étaient de 3,0, 2,3 et 2,5 pour les trois polysaccharides, respectivement. Des nano-plaquettes aplaties ont été obtenues par autoassemblage de chitosane, de dextrane ou d'hyaluronane hydrophobes avec de la cyclodextrine dans l'eau. Une fois les NPs formulées, des criblages ont été réalisés pour sélectionner les NPs ayant les meilleures propriétés en termes de cytotoxicité et de capture céllulaire. Les résultats ont montré que les nano-plaquettes d'hyaluronane se sont démarquées du reste des NPs en montrant un effet cytotoxique très faible sur les cellules CACO2 et les macrophages, même à des concentrations élevées. Sur la base de ces résultats et compte tenu des propriétés anti-inflammatoires de l'acide hyaluronique, nous avons voulu étudier les propriétés muco-adhésives et anti-inflammatoires des nano-plaquettes d'hyaluronane. Les expériences de mucoadhesion ont consisté en l'évaluation du temps de séjour d'une nano-plaquette d'hyaluronane marquée au cy5.5. Les résultats ont montré un temps de résidence élevé des nano-plaquettes d'hyaluronane, qui sont restés jusqu'à 6 heures le long du tractus gastro-intestinal après un gavage oral. Pour évaluer les propriétés anti-inflammatoires des nano-plaquettes d'hyaluronane administrées par voie orale, un modèle murin de maladie intestinale inflammatoire a été choisi. À cette fin, une colite a été induite dans le segment distal du côlon par une administration rectale d'acide 2,4,6-trinitrobenzènesulfonique (TNBS). Ensuite, les rats ont reçu des traitements de 3 jours avec des nano-plaquettes d'hyaluronane et leurs contrôles (PENTASA®, hyaluronane natif, hyaluronane hydrophobisé et une solution saline). notre évaluation a consisté en la détermination de l'inhibition des cytokines pro-inflammatoires dans les homogénats sériques et tissulaires, un scoring macroscopique et histologique en outre à l'évaluation de la réduction du stress oxydatif. Bien que des efforts supplémentaires restent à entreprendre pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine de ces effets, nos travaux suggèrent que les nano-plaquettes pourraient exercer un effet anti-inflammatoire significatif. Ces résultats encourageants ouvrent de nouvelles voies pour l’investigations sur les propriétés anti-inflammatoires des nano-plaquettes d'hyaluronane.

Oral route is often used for drug delivery due to its availability and affordability. These characteristics have sparked interest in studying the behavior of different types of nanoparticles (NPs) when administered orally. However, while the size of NPs has been widely studied, there is a lack of studies on the role of NP shape and surface properties in their cellular internalization and transmucosal passage. The aim of this project is to evaluate the effect of the morphology and the surface of NPs on cellular uptake and transmucosal transport. In this context, NPs of three different morphologies (spherical, rod-shaped, and flattened) and covered with three different polysaccharides (chitosan, dextran and hyaluronic acid) were studied. The flattened NPs were obtained by a film stretching technique from spherical NPs composed of a poly (isobutyl cyanoacrylate) core and coated with chitosan, dextran or hyaluronan. The aspect ratios (SR = Length / Width) were 3.0, 2.3 and 2.5 for the three polysaccharides, respectively. Flattened nanoplatelets have been obtained by self-assembly of hydrophobic chitosan, dextran or hyaluronan with cyclodextrin in water. Once the NPs were formulated, screens were carried out to select the NPs having the best properties in terms of cytotoxicity and cell uptake. The results showed that the hyaluronan nanoplatelets stood out from the rest of the NPs by showing a very weak cytotoxic effect on both CACO2 cells and macrophages, even at high concentrations. On the basis of these results and considering the anti-inflammatory properties of hyaluronic acid, we wanted to study the mucoadhesive and anti-inflammatory properties of hyaluronan nano-platelets. The mucoadhesion experiments consisted of evaluating the residence time of a hyaluronan nanoplatelet labeled with cy5.5. The results showed a high residence time of hyaluronan nanoplatelets, which remained for up to 6 hours along the gastrointestinal tract after oral gavage. To evaluate the anti-inflammatory properties of hyaluronan nanoplatelets administered orally, a mouse model of inflammatory bowel disease was chosen. To this end, colitis has been induced in the distal segment of the colon by rectal administration of 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS). Then, the rats received 3-day treatments with hyaluronan nanoplatelets and their controls (PENTASA®, native hyaluronan, hydrophobized hyaluronan and saline solution). our evaluation consisted of the determination of the inhibition of pro-inflammatory cytokines in serum and tissue homogenates, a macroscopic and histological scoring in addition to the evaluation of the reduction of oxidative stress. Although additional efforts remain to be undertaken to better understand the mechanisms behind these effects, our work suggests that nanoplatelets could exert a significant anti-inflammatory effect. These encouraging results open up new avenues for investigating the anti-inflammatory properties of hyaluronan nanoplatelets.