Micelles polymères unimoléculaires ou inverses pour l'administration orale d'agent thérapeutiques

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mise au point de micelles polymères pour la formulation d'agents anticancéreux hydrophobes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mise au point de micelles polymères pour la formulation d'agents anticancéreux hydrophobes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Polymeric micelles as versatile carriers for drugs and nucleic acids

Le cancer est la principale cause de mortalité au Canada. Les taxanes (e.g. le paclitaxel et le docétaxel (DCTX)) constituent des remèdes efficaces contre une série de tumeurs solides telles que les cancers du sein, du poumon et de l’ovaire. Par ailleurs, des acides nucléiques (e.g. les oligonucléotides antisens (AON) ou les petits ARN interférents (siRNAs)), capables de supprimer sélectivement certains oncogènes impliqués dans la carcinogénèse, sont actuellement étudiés pour traiter une large gamme de cancers. Bien que l’activité des taxanes et des acides nucléiques soit bien établie sur des modèles humains et/ou animaux, plusieurs aspects physico-chimiques et cliniques restent encore à améliorer. Leur solubilité limitée (pour les taxanes), leur dégradation rapide dans le sang (pour les acides nucléiques), leur élimination précoce, leur absence de sélectivité et leur toxicité envers les tissus sains sont les principaux facteurs limitant leur efficacité. C’est pourquoi de nombreux efforts ont porté sur l’élaboration de systèmes de vectorisation ciblés à base de polymères, dans le but de surmonter les problèmes associés aux thérapies actuelles. Dans cette thèse, deux types de micelles polymères ont été développés pour la vectorisation de DCTX et d’acides nucléiques. D’une part, des micelles de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(oxyde de butylène/styrène) ont été étudiées pour la première fois pour solubiliser le DCTX et le protéger de l’hydrolyse. Ces polymères se sont révélés moins toxiques que le surfactant utilisé commercialement pour solubiliser le DCTX (i.e. polysorbate 80) et ont permis une libération prolongée du principe actif. D’autre part, deux systèmes différents de micelles polyioniques (PICM) ont été mis au point pour la vectorisation d’acides nucléiques. De nouveaux conjugués de poly(éthylène glycol) (PEG)-oligonucléotide ont été proposés pour la protection et la libération contrôlée d’AON. Lorsque ces conjugués ont été formulés avec des dendrimères de poly(amidoamine) (PAMAM), des complexes de taille homogène ont été obtenus. Ces PICM ont permis de prolonger la libération de l’AON et de le protéger efficacement contre la dégradation enzymatique. De plus, des polymères de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(méthacrylate de propyle-co-acide méthacrylique) ont été incorporés afin de conférer des propriétés acido-sensibles aux PICM. Dans ces micelles, formées de ce dernier polymère formulé avec le dendrimère PAMAM, des oligonucléotides (AON et siRNA) ciblant l’oncogène Bcl-2 ont été encapsulés. L’internalisation cellulaire fut assurée par un fragment d’anticorps monoclonal (Fab’) situé à l’extrémité de la couronne de PEG. Après l’internalisation cellulaire et la protonation des unités d’acide méthacrylique sous l’effet de l’acidification des endosomes, les micelles se sont affranchies de leur couronne. Elles ont ainsi exposé leur cœur composé d’acide nucléique et de dendrimère PAMAM, qui possède une charge positive et des propriétés endosomolytiques. En effet, ces PICM acido-sensibles ciblées ont permis d’augmenter la biodisponibilité des acides nucléiques vectorisés et se sont avérées plus efficaces pour silencer l’oncoprotéine Bcl-2 que les micelles non ciblées ou que le dendrimère de PAMAM commercial seul. Finalement, les nanovecteurs polymères présentés dans cette thèse se révèlent être des systèmes prometteurs pour la vectorisation des anticancéreux et des acides nucléiques.

Engineering polymeric micelles for solubilization of poorly-water soluble drugs : a novel approach for oral drug delivery

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Études des interactions entre la mucine et certains polymères bioadhésifs

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Engineering polymeric micelles for solubilization of poorly-water soluble drugs : a novel approach for oral drug delivery

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Études des interactions entre la mucine et certains polymères bioadhésifs

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mise au point de micelles polyioniques pour l'administration de biomacromolécules thérapeutiques : synthèse de polymères et études physicochimiques

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

Molecular Variations In Aromatic Cosolutes: Critical Role In The Rheology Of Cationic Wormlike Micelles.

Wormlike micelles formed by the addition to cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) of a range of aromatic cosolutes with small molecular variations in their structure were systematically studied. Phenol and derivatives of benzoate and cinnamate were used, and the resulting mixtures were studied by oscillatory, steady-shear rheology, and the microstructure was probed by small-angle neutron scattering. The lengthening of the micelles and their entanglement result in remarkable viscoelastic properties, making rheology a useful tool to assess the effect of structural variations of the cosolutes on wormlike micelle formation. For a fixed concentration of CTAB and cosolute (200 mmol L(-1)), the relaxation time decreases in the following order: phenol > cinnamate> o-hydroxycinnamate > salicylate > o-methoxycinnamate > benzoate > o-methoxybenzoate. The variations in viscoelastic response are rationalized by using Mulliken population analysis to map out the electronic density of the cosolutes and quantify the barrier to rotation of specific groups on the aromatics. We find that the ability of the group attached to the aromatic ring to rotate is crucial in determining the packing of the cosolute at the micellar interface and thus critically impacts the micellar growth and, in turn, the rheological response. These results enable us for the first time to propose design rules for the self-assembly of the surfactants and cosolutes resulting in the formation of wormlike micelles with the cationic surfactant CTAB.

Phase diagrams of a CTAB/organic solvent/buffer system applied to extraction of enzymes by reverse micelles

A partial pseudo-ternary phase diagram has been studied for the cethyltrimethylammonium bromide/isooctane:hexanol:butanol/potassium phosphate buffer system, where the two-phase diagram consisting of the reverse micelle phase (L-2) in equilibrium with the solvent is indicated. Based on these diagrams two-phase systems of reverse micelles were prepared with different compositions of the compounds and used for extraction and recovery of two enzymes, and the percentage of enzyme recovery yield monitored. The enzymes glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) and xylose redutase (XR) obtained from Candida guilliermondii yeast were used in the extraction procedures. The recovery yield data indicate that micelles having different composition give selective extraction of enzymes. The method can thus be used to optimize enzyme extraction processes. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Photoreactions of n-alkyl-3-nitrophenyl ethers with aromatic amines in SDS micelles: A laser flash photolysis study

The quenching of the triplet state of three n-alkyl 3-nitrophenyl ethers: 3-nitroanisol (3-NA), n-butyl 3-nitrophenyl ether (3-NB) and n-decyl 3-nitrophenyl ether (3-ND) by four aniline derivatives: aniline (AN), N,N-dimethylaniline (DMA), 2,4,6-trimethylaniline (TMA), and 4-tetradecylaniline (TDA), was investigated in aqueous micellar SDS solutions by laser flash photolysis. The transient absorption spectra for 3-NA and 3-NB reveal the formation of long-lived intermediate species in the presence of all four quenchers. while for 3-ND no amine-induced intermediates are observed. Comparison of the transient absorption spectra of the probe 3-NA in the presence of DMA in aqueous and micellar solutions shows that the intermediate species are favored by the SDS micelles. With DMA and TMA as quenchers the intermediates are suggested to be the ion radicals generated by single electron transfer from the amine to the probe in the triplet excited state. For the quenchers AN and TDA, the intermediates may be a-complexes. The relative quenching efficiencies generally decrease as the affinity of the quencher for the micellar phase (AN < DMA < TMA < TDA) increases and the mobility of the excited probe (3-NA > 2-NB) decreases. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

NMR studies of the low-density lipoprotein receptor-binding peptide of apolipoprotein E bound to dodecylphosphocholine micelles

Circular dichroism and NMR spectroscopy have been used to determine the structure of the low-density lipoprotein (LDL) receptor-binding peptide, comprising residues 130-152, of the human apolipoprotein E. This peptide has little persistent three-dimensional structure in solution, but when bound to micelles of dodecylphosphocholine (DPC) it adopts a predominantly alpha-helical structure. The three-dimensional structure of the DPC-bound peptide has been determined by using H-1-NMR spectroscopy: the structure derived from NOE-based distance constraints and restrained molecular dynamics is largely helical. The derived phi and psi angle order parameters show that the helical structure is well defined but with some flexibility that causes the structures not to be superimposable over the full peptide length. Deuterium exchange experiments suggest that many peptide amide groups are readily accessible to the solvent, but those associated with hydrophobic residues exchange more slowly, and this helix is thus likely to be positioned on the surface of the DPC micelles. In this conformation the peptide has one hydrophobic face and two that are rich in basic amino acid side chains. The solvent-exposed face of the peptide contains residues previously shown to be involved in binding to the LDL receptor.

Solution structures in aqueous SDS micelles of two amyloid beta peptides of A beta(1-28) mutated at the alpha-secretase cleavage site (K16E, K16F)

NMR solution structures are reported for two mutants (K16E, K16F) of the soluble amyloid beta peptide A beta(1-28). The structural effects of these mutations of a positively charged residue to anionic and hydrophobic residues at the alpha-secretase cleavage site (Lys16-Leu17) were examined in the membrane-simulating solvent aqueous SDS micelles. Overall the three-dimensional structures were similar to that for the native A beta(1-28) sequence in that they contained an unstructured N-terminus and a helical C-terminus. These structural elements are similar to those seen in the corresponding regions of full-length A beta peptides A beta(1-40) and A beta(1-42), showing that the shorter peptides are valid model systems. The K16E mutation, which might be expected to stabilize the macrodipole of the helix, slightly increased the helix length (residues 13-24) relative to the K16F mutation, which shortened the helix to between residues 16 and 24. The observed sequence-dependent control over conformation in this region provides an insight into possible conformational switching roles of mutations in the amyloid precursor protein from which A beta peptides are derived. In addition, if conformational transitions from helix to random coil to sheet precede aggregation of A beta peptides in vivo, as they do in vitro, the conformation-inducing effects of mutations at Lys16 may also influence aggregation and fibril formation. (C) 2000 Academic Press.