Faire progresser l'administration de médicaments dans la cornée : comprendre la pénétration cornéenne et le rôle des nanoparticules et des molécules dérivées de l'anticorps

Advancing corneal drug delivery : understanding corneal penetration and the role of nanoparticles and antibody based drugs

• Auteur / Autrice : Inès De Hoon
• Direction : Sabine Szunerits, Stefaan De Smedt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-nanosystèmes et capteurs
• Date : Soutenance le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• 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 : Amar Abderrahmani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Félix Sauvage
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ana Beloqui, Alberto Bianco, Sven Schnichels

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dérivés

Immunoglobulines

Lésions et blessures

Cornée

Voie topique

Mots clés libres

Cornée

Points quantiques de carbone

Délivrance de médicaments

Anticorps

Nanocorps

Cornea

Carbon quantum dots

Drug delivery

Antibodies

Nanobodies

Résumé

Les maladies, les infections, les blessures et plusieurs dystrophies peuvent affecter la cornée et conduire à la cécité cornéenne, qui est actuellement la quatrième cause de cécité. Dans de nombreux cas, la transplantation de cornée est la seule option de traitement qui reste aux patients pour recouvrer la vue, car aucun traitement pharmacologique permanent n'est actuellement disponible. Cependant, la pénurie de donneurs de cornée dans le monde limite le nombre de patients pouvant bénéficier d'une transplantation D'autres options thérapeutiques sont nécessaires, mais la structure complexe de la cornée, qui comporte de nombreuses barrières physiologiques et anatomiques, pose des problèmes importants pour l'administration de médicaments dans l'œil. Dans cette thèse, différentes approches pour surmonter ces limitations ont été conçues et testées en utilisant des yeux entiers de bovins excisés comme modèle d'œil ex-vivo. Les quantum dots de carbone (CQDs) ont été le point focal car ces nanostructures ont démontré un grand potentiel pour la nanomédecine oculaire. Il a été constaté que les CQDs chargés négativement ont une capacité de pénétration limitée dans la cornée, alors que les CQDs chargés positivement et dérivés du chlorhydrate de glucosamine et de la spermidine (CQD-S) peuvent pénétrer l'ensemble de l'épithélium cornéen jusqu'à l'endothélium. Les propriétés d'amélioration de la pénétration des CQD-S ont été notamment soulignées en utilisant le dextran (150 kDa) comme modèle. Les CQDs chargés positivement étaient en outre d'excellents nanostructures pour interférer avec l'agrégation du collagène de type I sous l'illumination laser pulsée à faible énergie. Cette approche a permis la désintégration des agrégats de collagène et d'opacités vitréennes humaines. Finalement, une étude systématique des effets de la taille des immunoglobulines a démontré la faisabilité de l'utilisation de molécules dérivées des immunoglobulines en tant que thérapies potentielles pour guérir les maladies de la cornée et la cécité. Les connaissances acquises grâce à ce travail ont des implications pour le développement de systèmes innovants d'administration de médicaments qui peuvent pénétrer efficacement la cornée et améliorer les résultats des traitements pour les patients souffrant de maladies et de troubles de la cornée.

Diseases, infections, mechanical injuries and several dystrophies can affect the cornea and may lead to corneal blindness. In many cases, corneal transplantation is the only remaining treatment option for patients to regain their sight, as no permanent pharmacological treatment is currently available. The shortage of corneal donors worldwide limits the number of patients who can benefit from transplantation however and alternative concepts are urgently required. As the cornea has a complex structure with physiological and anatomical barriers present, delivering therapeutics into the eye remains challenging. In this thesis different approaches to overcome these limitations have been designed and tested using excised whole bovine eyes as ex-vivo eye model. Carbon Quantum Dots (CQDs) were the focal point as these nanostructures have demonstrated great potential for ocular nanomedicine. It was found that negatively charged CQDs have limited corneal penetration ability, while positively charged CQDs derived from glucosamine hydrochloride and spermidine (CQD-S) can penetrate the entire corneal epithelium all the way down to the endothelium. The penetration enhancement properties of CQD-S were in addition underlined using dextran (150 kDa) as model. The positively charged CQDs were in addition excellent scaffolds to interfere with the aggregation of type I collagen under low-fluence pulsed laser illumination. Disrupting the formation of collagen fibers and disintegrating aggregates of human vitreous opacities and collagen aggregates was possible with this approach. Furthermore, the feasibility of using immunoglobulin-derived molecules as potential therapies for curing corneal diseases and blindness was demonstrated in a systematic study on immunoglobulin size effects. The knowledge gained from this work has implications for the development of innovative drug delivery systems that can effectively penetrate the cornea and improve treatment outcomes for patients with corneal diseases and disorders.