Novel methods for the encapsulation of meglumine antimoniate into liposomes

The antimonial drug, meglumine antimoniate, was successfully encapsulated in dehydration-rehydration vesicles and in freeze-dried empty liposomes (FDELs). High encapsulation efficiencies (from 28 to 58%) and low weight ratios of lipids to encapsulated antimony (from 1:0.15 to 1:0.3) were achieved. These formulations, contrary to those obtained by conventional methods, can be stored as intermediate lyophilized forms and reconstituted just before use. The efficacy of FDEL-encapsulated meglumine antimoniate was evaluated in hamsters experimentally infected with Leishmania chagasi. A significant reduction of liver parasite burdens was observed in animals treated with this preparation, when compared to control animals treated with empty liposomes. In contrast, free meglumine antimoniate was found to be inefficient when administered at a comparable dose of antimony. This novel liposome-based meglumine antimoniate formulation appears to be promising as a pharmaceutical product for the treatment of visceral leishmaniasis.

Photophysical studies of zinc phthalocyanine and chloroaluminum phthalocyanine incorporated into liposomes in the presence of additives

The photophysical properties of zinc phthalocyanine (ZnPC) and chloroaluminum phthalocyanine (AlPHCl) incorporated into liposomes of dimyristoyl phosphatidylcholine in the presence and absence of additives such as cholesterol or cardiolipin were studied by time-resolved fluorescence, laser flash photolysis and steady-state techniques. The absorbance of the drugs changed linearly with drug concentration, at least up to 5.0 µM in homogeneous and heterogeneous media, indicating that aggregation did not occur in these media within this concentration range. The incorporation of the drugs into liposomes increases the dimerization constant by one order of magnitude (for ZnPC, 3.6 x 10(4) to 1.0 x 10(5) M-1 and for AlPHCl, 3.7 x 10(4) to 1.5 x 10(5) M-1), but this feature dose does not rule out the use of this carrier, since the incorporation of these hydrophobic drugs into liposomes permits their systemic administration. Probe location in biological membranes and predominant positions of the phthalocyanines in liposomes were inferred on the basis of their fluorescence and triplet state properties. Both phthalocyanines are preferentially distributed in the internal regions of the liposome bilayer. The additives affect the distribution of these drugs within the liposomes, a fact that controls their delivery when both are used in a biological medium, retarding their release. The addition of the additives to the liposomes increases the internalization of phthalocyanines. The interaction of the drugs with a plasma protein, bovine serum albumin, was examined quantitatively by the fluorescence technique. The results show that when the drugs were incorporated into small unilamellar liposomes, the association with albumin was enhanced when compared with organic media, a fact that should increase the selectivity of tumor targeting by these phthalocyanines (for ZnPC, 0.71 x 10(6) to 1.30 x 10(7) M-1 and for AlPHCl, 4.86 x 10(7) to 3.10 x 10(8) M-1).

Preparation and cytotoxicity of cisplatin-containing liposomes

We encapsulated cisplatin into stealth pH-sensitive liposomes and studied their stability, cytotoxicity and accumulation in a human small-cell lung carcinoma cell line (GLC4) and its resistant subline (GLC4/CDDP). Since reduced cellular drug accumulation has been shown to be the main mechanism responsible for resistance in the GLC4/CDDP subline, we evaluated the ability of this new delivery system to improve cellular uptake. The liposomes were composed of dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE), cholesteryl hemisuccinate (CHEMS), and distearoylphosphatidylethanolamine-polyethyleneglycol 2000 (DSPE-PEG2000) and were characterized by determining the encapsulation percentage as a function of lipid concentration. Among the different formulations, DOPE/CHEMS/DSPE-PEG liposomes (lipid concentration equal to 40 mM) encapsulated cisplatin more efficiently than other concentrations of liposomes (about 20.0%, mean diameter of 174 nm). These liposomes presented good stability in mouse plasma which was obtained using a 0.24-M EDTA solution (70% cisplatin was retained inside the liposomes after 30 min of incubation). Concerning cytotoxic effects, they are more effective (1.34-fold) than free cisplatin for growth inhibition of the human lung cancer cell line A549. The study of cytotoxicity to GLC4 and GLC4/CDDP cell lines showed similar IC50 values (approximately 1.4 µM), i.e., cisplatin-resistant cells were sensitive to this cisplatin formulation. Platinum accumulation in both sensitive and resistant cell lines followed the same pattern, i.e., approximately the same intracellular platinum concentration (4.0 x 10-17 mol/cell) yielded the same cytotoxic effect. These results indicate that long-circulating pH-sensitive liposomes, also termed as stealth pH-sensitive liposomes, may present a promising delivery system for cisplatin-based cancer treatment. This liposome system proved to be able to circumvent the cisplatin resistance, whereas it was not observed when using non-long-circulating liposomes composed of phosphatidylcholine, phosphatidylserine, and cholesterol.

The effect of down-regulation of Smad3 by RNAi on hepatic stellate cells and a carbon tetrachloride-induced rat model of hepatic fibrosis

Searching for effective Smad3 gene-based gene therapies for hepatic fibrosis, we constructed siRNA expression plasmids targeting the rat Smad3 gene and then delivered these plasmids into hepatic stellate cells (HSCs). The effect of siRNAs on the mRNA levels of Smad2, Smad3, Smad4, and collagens I-α1, III-α1 and IV-α1 (Colα1, Col3α1, Col4α1, respectively) was determined by RT-PCR. Eighty adult male Sprague-Dawley rats were randomly divided into three groups. Twice a week for 8 weeks, the untreated hepatic fibrosis model (N = 30) and the treated group (N = 20) were injected subcutaneously with 40% (v/v) carbon tetrachloride (CCl4)-olive oil (3 mL/kg), and the normal control group (N = 30) was injected with olive oil (3 mL/kg). In the 4th week, the treated rats were injected subcutaneously with liposome-encapsulated plasmids (150 µg/kg) into the right liver lobe under general anesthesia once every 2 weeks, and the untreated rats were injected with the same volume of buffer. At the end of the 6th and 8th weeks, liver tissue and sera were collected. Pathological changes were assessed by a semi-quantitative scoring system (SSS), and a radioimmunoassay was used to establish a serum liver fibrosis index (type III procollagen, type IV collagen, laminin, and hyaluronic acid). The mRNA expression levels of the above cited genes were reduced in the HSCs transfected with the siRNA expression plasmids. Moreover, in the treated group, fibrosis evaluated by the SSS was significantly reduced (P < 0.05) and the serum indices were greatly improved (P < 0.01). These results suggest that Smad3 siRNA expression plasmids have an anti-fibrotic effect.

Inhibition of cytohesin-1 by siRNA leads to reduced IGFR signaling in prostate cancer

To explore how cytohesin-1 (CYTH-1) small interfering RNA (siRNA) influences the insulin-like growth factor receptor (IGFR)-associated signal transduction in prostate cancer, we transfected human prostate cancer PC-3 cell lines with liposome-encapsulatedCYTH-1 siRNA in serum-free medium and exposed the cells to 100 nM IGF-1. The mRNA and protein levels of the signal molecules involved in the IGFR signaling pathways were determined by real-time PCR and detected by Western blotting. The relative mRNA levels of CYTH-1, c-Myc, cyclinD1 and IGF-1R (CYTH-1 siRNA group vs scrambled siRNA group) were 0.26 vs 0.97, 0.34 vs 1.06, 0.10 vs 0.95, and 0.27 vs 0.41 (P < 0.05 for all), respectively. The relative protein levels of CYTH-1, pIGF-1R, pIRS1, pAkt1, pErk1, c-Myc, and cyclinD1 (CYTH-1 siRNA group vsscrambled siRNA group) were 0.10 vs 1.00 (30 min), 0.10 vs 0.98 (30 min), 0.04 vs 0.50 (30 min), 0.10 vs 1.00 (30 min), 0.10 vs 1.00 (30 min), 0.13 vs 0.85 (5 h), and 0.08 vs 0.80 (7 h), respectively. The tyrosine kinase activity of IGF-1R was associated with CYTH-1. The proliferative activity of PC-3 cells transfected with CYTH-1 siRNA was significantly lower than that of cells transfected with scrambled siRNA at 48 h (40.5 vs87.6%, P < 0.05) and at 72 h (34.5 vs 93.5%, P < 0.05). In conclusion, the interference of siRNA with cytohesin-1 leads to reduced IGFR signaling in prostate cancer; therefore, CYTH-1 might serve as a new molecular target for the treatment of prostate cancer.

Liposomal photosensitizers: potential platforms for anticancer photodynamic therapy

Photodynamic therapy is a well-established and clinically approved treatment for several types of cancer. Antineoplastic photodynamic therapy is based on photosensitizers, i.e., drugs that absorb photons translating light energy into a chemical potential that damages tumor tissues. Despite the encouraging clinical results with the approved photosensitizers available today, the prolonged skin phototoxicity, poor selectivity for diseased tissues, hydrophobic nature, and extended retention in the host organism shown by these drugs have stimulated researchers to develop new formulations for photodynamic therapy. In this context, due to their amphiphilic characteristic (compatibility with both hydrophobic and hydrophilic substances), liposomes have proven to be suitable carriers for photosensitizers, improving the photophysical properties of the photosensitizers. Moreover, as nanostructured drug delivery systems, liposomes improve the efficiency and safety of antineoplastic photodynamic therapy, mainly by the classical phenomenon of extended permeation and retention. Therefore, the association of photosensitizers with liposomes has been extensively studied. In this review, both current knowledge and future perspectives on liposomal carriers for antineoplastic photodynamic therapy are critically discussed.

Secretory TAT-peptide-mediated protein transduction of LIF receptor α-chain distal cytoplasmic motifs into human myeloid HL-60 cells

The distal cytoplasmic motifs of leukemia inhibitory factor receptor α-chain (LIFRα-CT3) can independently induce intracellular myeloid differentiation in acute myeloid leukemia (AML) cells by gene transfection; however, there are significant limitations in the potential clinical use of these motifs due to liposome-derived genetic modifications. To produce a potentially therapeutic LIFRα-CT3 with cell-permeable activity, we constructed a eukaryotic expression pcDNA3.0-TAT-CT3-cMyc plasmid with a signal peptide (ss) inserted into the N-terminal that codes for an ss-TAT-CT3-cMyc fusion protein. The stable transfection of Chinese hamster ovary (CHO) cells via this vector and subsequent selection by Geneticin resulted in cell lines that express and secrete TAT-CT3-cMyc. The spent medium of pcDNA3.0-TAT-CT3-cMyc-transfected CHO cells could be purified using a cMyc-epitope-tag agarose affinity chromatography column and could be detected via SDS-PAGE, with antibodies against cMyc-tag. The direct administration of TAT-CT3-cMyc to HL-60 cell culture media caused the enrichment of CT3-cMyc in the cytoplasm and nucleus within 30 min and led to a significant reduction of viable cells (P < 0.05) 8 h after exposure. The advantages of using this mammalian expression system include the ease of generating TAT fusion proteins that are adequately transcripted and the potential for a sustained production of such proteins in vitro for future AML therapy.

Inhibitory effect of liposomal quercetin on acute hepatitis and hepatic fibrosis induced by concanavalin A

Immune response plays an important role in the development of hepatic fibrosis. In the present study, we investigated the effects of quercetin on hepatitis and hepatic fibrosis induced by immunological mechanism. In the acute hepatitis model, quercetin (2.5 mg/kg) was injected iv into mice 30 min after concanavalin A (Con A) challenge. Mice were sacrificed 4 or 24 h after Con A injection, and aminotransferase tests and histopathological sections were performed. Treatment with quercetin significantly decreased the levels of alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST). Consistent with this observation, treatment with quercetin markedly attenuated the pathologic changes in the liver. A hepatic fibrosis model was also generated in mice by Con A challenge once a week for 6 consecutive weeks. Mice in the experimental group were treated with daily iv injections of quercetin (0.5 mg/kg). Histopathological analyses revealed that treatment with quercetin markedly decreased collagen deposition, pseudolobuli development, and hepatic stellate cells activation. We also examined the effects of quercetin on the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) and transforming growth factor beta (TGF-β) pathways by immunohistochemistry and real-time reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). NF-κB and TGF-β production was decreased after treatment with quercetin, indicating that the antifibrotic effect of quercetin is associated with its ability to modulate NF-κB and TGF-β production. These results suggest that quercetin may be an effective therapeutic strategy in the treatment of patients with liver damage and fibrosis.

Investigating the role of apoptosis regulator EndoG on exogenous DNA uptake, stability, replication and recombination

Endonuclease G (EndoG) is a well conserved mitochondrial nuclease with dual lethal and vital roles in the cell. It non-specifically cleaves endogenous DNA following apoptosis induction, but is also active in non-apoptotic cells for mitochondrial DNA (mtDNA) replication and may also be important for replication, repair and recombination of genomic DNA. The aim of our study was to examine whether EndoG exerts similar activities on exogenous DNA substrates such as plasmid DNA (pDNA) and viral DNA vectors, considering their importance in gene therapy applications. The effects of EndoG knockdown on pDNA stability and levels of encoded reporter gene expression were evaluated in the cervical carcinoma HeLa cells. Transfection of pDNA vectors encoding short-hairpin RNAs (shRNAs) reduced levels of EndoG mRNA and nuclease activity in HeLa cells. In physiological circumstances, EndoG knockdown did not have an effect on the stability of pDNA or the levels of encoded transgene expression as measured over a four day time-course. However, when endogenous expression of EndoG was induced by an extrinsic stimulus (a cationic liposome transfection reagent), targeting of EndoG by shRNA improved the perceived stability and transgene expression of pDNA vectors. Therefore, EndoG is not a mediator of exogenous DNA clearance, but in non-physiological circumstances it may non-specifically cleave intracellular DNA regardless of its origin. To investigate possible effects of EndoG on viral DNA vectors, we constructed and evaluated AdsiEndoG, a first generation adenovirus (Ad5 ΔE1) vector encoding a shRNA directed against EndoG mRNA, along with appropriate Ad5 ΔE1 controls. Infection of HeLa cells with AdsiEndoG at a multiplicity of infection (MOI) of 10 p.f.u./cell resulted in an early cell proliferation defect, absent from cells infected at equivalent MOI with control Ad5 ΔE1 vectors. Replication of Ad5 ΔE1 DNA was detected for all vectors, but AdsiEndoG DNA accumulated to levels that were 50 fold higher than initially, four days after infection, compared to 14 fold for the next highest control Ad5 ΔE1 vector. Deregulation of the cell cycle by EndoG depletion, which is characterized by an accumulation of cells in the G2/M transition, is the most likely reason for the observed cell proliferation defect. The enhanced replication of AdsiEndoG is consistent with this conclusion, as Ad5 ΔE1 DNA replication is intimately related to cell cycling and prolongation or delay in G2/M greatly enhances this process. Furthermore, infection of HeLa with AdsiEndoG at MOI of 50 p.f.u./cell resulted in an almost complete disappearance of viable, adherent tumour cells from culture, whereas almost a third of the cells were still adherent after infection with control Ad5 ΔE1 vectors, relative to the non-infected control. Therefore, targeting of EndoG by RNAi is a viable strategy for improving the oncolytic properties of first generation adenovirus vectors. In addition, AdsiEndoG-mediated knockdown of EndoG reduced homologous recombination between pDNA substrates in HeLa cells. The effect was modest but, nevertheless demonstrated that the proposed role of EndoG in homologous recombination of cellular DNA also extends to exogenous DNA substrates.

Systèmes vésiculaires colloïdaux pour la vectorisation de la 1-β-D-arabinofuranosylcytosine

La 1-β-D-arabinofuranosylcytosine (ara-C) demeure l’agent anticancéreux principalement utilisé dans le traitement de la leucémie myéloblastique aiguë (LMA), malgré sa dégradation et son élimination rapide après une administration parentérale. Son encapsulation dans des vecteurs pharmaceutiques, majoritairement des liposomes, a permis de surmonter ces inconvénients. L’objectif général de ce projet de doctorat était de développer deux systèmes à libération prolongée, à base de phospholipides, de cholestérol et de poly(éthylène glycol) (PEG) afin d’encapsuler l’ara-C et ultimement, d’améliorer son efficacité dans le traitement de la LMA. Des Sphérulites® (vésicules multilamellaires d’un type particulier) ont d’abord été étudiées pour leur forte capacité d’encapsulation, due à leur mode de préparation. Par la suite, une formulation liposomale capable, d’une part de cibler spécifiquement les cellules leucémiques et, d’autre part, de promouvoir la libération intracellulaire de l’ara-C grâce à sa sensibilité au pH, a été mise au point. Les deux formulations se devaient d’avoir un faible diamètre, une stabilité en présence de fluides biologiques et des temps de circulation prolongés chez l’animal. Une préparation de Sphérulites®, composée de Phospholipon 90G, de Solutol HS15 et de cholestérol, a permis d’obtenir des vésicules de 300 nm de diamètre. Un dérivé lipidique de PEG a pu être fixé à leur surface, sans modifier la disposition concentrique des lamelles, ni changer leur stabilité. Les Sphérulites® PEGylées ont été chargées d’ara-C et injectées chez le rat par la voie intraveineuse. Elles ont démontré des temps de circulation significativement prolongés comparativement aux Sphérulites® sans PEG. Cependant, l’ara-C s’est retrouvée éliminée de la circulation sanguine très rapidement, révélant une libération précoce du principe actif à partir de ces vésicules. Les liposomes sensibles au pH (~150 nm) ont été obtenus suite à l’insertion d’un copolymère à base de dioctadécyle, de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique. L’anticorps anti-CD33, soit complet soit son fragment Fab’, a été fixé à la surface des liposomes afin de cibler les cellules leucémiques. Les essais in vitro ont démontré la spécificité de la formulation pour différentes cellules leucémiques (CD33+), sa stabilité en présence de protéines plasmatiques et la libération intracellulaire d’un marqueur fluorescent et de l’ara-C. Enfin, des études menées chez la souris saine et immunodéprimée inoculée de cellules HL60 ont montré que la formulation exposant le fragment Fab’ possédait un profil pharmacocinétique et une biodistribution semblables à ceux des liposomes contrôles non-ciblés. L’encapsulation de l’ara-C a permis d’améliorer grandement ses temps de circulation après une administration intraveineuse. Cependant, bien que les immunoliposomes ont permis de prolonger la survie des souris leucémiques comparativement à l’ara-C libre, l’addition du polymère sensible au pH n’a pas permis d’apporter de réel avantage à la formulation lorsque administrée in vivo. Les résultats obtenus dans ce travail de thèse ont, dans un premier temps, mis en évidence que les Sphérulites® pourraient s’avérer utiles dans la vectorisation d’agents anticancéreux si leur capacité à retenir le principe actif in vivo était améliorée. Dans un second temps, les données présentées avec les immunoliposomes suggèrent qu’ils pourraient apporter un bénéfice notable dans le traitement de la LMA.

Études des interactions détergents/lipides dans les systèmes membranaires

Les liposomes sont des structures sphériques formés par l'auto-assemblage de molécules amphiphiles sous forme d'une bicouche. Cette bicouche sépare le volume intérieur du liposome du milieu extérieur, de la même manière que les membranes cellulaires. Les liposomes sont donc des modèles de membranes cellulaires et sont formulés pour étudier les processus biologiques qui font intervenir la membrane (transport de molécules à travers la membrane, effets des charges en surface, interactions entre la matrice lipidique et d'autres molécules, etc.). Parce qu'ils peuvent encapsuler une solution aqueuse en leur volume intérieur, ils sont aussi utilisés aujourd'hui comme nanovecteurs de principes actifs. Nous avons formulé des liposomes non-phospholipidiques riches en stérol que nous avons appelés stérosomes. Ces stérosomes sont composés d'environ 30 % d'amphiphiles monoalkylés et d'environ 70 % de stérols (cholestérol, Chol, et/ou sulfate de cholestérol, Schol). Quand certaines conditions sont respectées, ces mélanges sont capables de former une phase liquide ordonnée (Lo) pour donner, par extrusion, des vésicules unilamellaires. Certaines de ces nouvelles formulations ont été fonctionnalisées de manière à libérer leur contenu en réponse à un stimulus externe. En incorporant des acides gras dérivés de l’acide palmitique possédant différents pKa, nous avons pu contrôler le pH auquel la libération débute. Un modèle mathématique a été proposé afin de cerner les paramètres régissant leur comportement de libération. En incorporant un amphiphile sensible à la lumière (un dérivé de l’azobenzène), les liposomes formés semblent répondre à une radiation lumineuse. Pour ce système, il serait probablement nécessaire de tracer le diagramme de phase du mélange afin de contrôler la photo-libération de l’agent encapsulé. Nous avons aussi formulé des liposomes contenant un amphiphile cationique (le chlorure de cétylpyridinium). En tant que nanovecteurs, ces stérosomes montrent un potentiel intéressant pour la libération passive ou contrôlée de principes actifs. Pour ces systèmes, nous avons développé un modèle pour déterminer l’orientation des différentes molécules dans la bicouche. La formation de ces nouveaux systèmes a aussi apporté de nouvelles connaissances dans le domaine des interactions détergents-lipides. Aux nombreux effets du cholestérol (Chol) sur les systèmes biologiques, il faut ajouter maintenant que les stérols sont aussi capables de forcer les amphiphiles monoalkylés à former des bicouches. Cette nouvelle propriété peut avoir des répercussions sur notre compréhension du fonctionnement des systèmes biologiques. Enfin, les amphiphiles monoalkylés peuvent interagir avec la membrane et avoir des répercussions importantes sur son fonctionnement. Par exemple, l'effet antibactérien de détergents est supposé être dû à leur insertion dans la membrane. Cette insertion est régie par l'affinité existant entre le détergent et cette dernière. Dans ce cadre, nous avons voulu développer une nouvelle méthode permettant d'étudier ces affinités. Nous avons choisi la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour sa sensibilité. Les hypothèses permettant de déterminer cette constante d’affinité se basent sur l’incapacité du détergent à exalter le signal SERS lorsque le détergent est inséré dans la membrane. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par titration calorimétrique isotherme (ITC). Les résultats ont montré des différences. Ces différences ont été discutées.

Caractérisation de la pharmacocinétique de formulations sensibles au pH et de formulations destinées au traitement des intoxications médicamenteuses

La préparation de formulations à libération contrôlée est le domaine des sciences pharmaceutiques qui vise à modifier l’environnement immédiat des principes actifs pour en améliorer l’efficacité et l’innocuité. Cet objectif peut être atteint en modifiant la cinétique de circulation dans le sang ou la distribution dans l’organisme. Le but de ce projet de recherche était d’étudier le profil pharmacocinétique (PK) de différentes formulations liposomales. L’analyse PK, généralement employée pour représenter et prédire les concentrations plasmatiques des médicaments et de leurs métabolites, a été utilisée ici pour caractériser in vivo des formulations sensibles au pH servant à modifier la distribution intracellulaire de principes actifs ainsi que des liposomes destinés au traitement des intoxications médicamenteuses. Dans un premier temps, la PK d’un copolymère sensible au pH, à base de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique (MAA) a été étudiée. Ce dernier, le p(NIPAM-co-MAA) est utilisé dans notre laboratoire pour la fabrication de liposomes sensibles au pH. L’étude de PK conduite sur les profils de concentrations sanguines de différents polymères a défini les caractéristiques influençant la circulation des macromolécules dans l’organisme. La taille des molécules, leur point de trouble ainsi que la présence d’un segment hydrophobe à l’extrémité des chaînes se sont avérés déterminants. Le seuil de filtration glomérulaire du polymère a été évalué à 32 000 g/mol. Finalement, l’analyse PK a permis de s’assurer que les complexes formés par la fixation du polymère à la surface des liposomes restaient stables dans le sang, après injection par voie intraveineuse. Ces données ont établi qu’il était possible de synthétiser un polymère pouvant être adéquatement éliminé par filtration rénale et que les liposomes sensibles au pH préparés avec celui-ci demeuraient intacts dans l’organisme. En second lieu, l’analyse PK a été utilisée dans le développement de liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pour le traitement des intoxications médicamenteuses. Une formulation a été développée et optimisée in vitro pour capturer un médicament modèle, le diltiazem (DTZ). La formulation liposomale s’est avérée 40 fois plus performante que les émulsions lipidiques utilisées en clinique. L’analyse PK des liposomes a permis de confirmer la stabilité de la formulation in vivo et d’analyser l’influence des liposomes sur la circulation plasmatique du DTZ et de son principal métabolite, le desacétyldiltiazem (DAD). Il a été démontré que les liposomes étaient capables de capturer et de séquestrer le principe actif dans la circulation sanguine lorsque celui-ci était administré, par la voie intraveineuse. L’injection des liposomes 2 minutes avant l’administration du DTZ augmentait significativement l’aire sous la courbe du DTZ et du DAD tout en diminuant leur clairance plasmatique et leur volume de distribution. L’effet de ces modifications PK sur l’activité pharmacologique du médicament a ensuite été évalué. Les liposomes ont diminué l’effet hypotenseur du principe actif administré en bolus ou en perfusion sur une période d’une heure. Au cours de ces travaux, l’analyse PK a servi à établir la preuve de concept que des liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pouvaient modifier la PK d’un médicament cardiovasculaire et en diminuer l’activité pharmacologique. Ces résultats serviront de base pour le développement de la formulation destinée au traitement des intoxications médicamenteuses. Ce travail souligne la pertinence d’utiliser l’analyse PK dans la mise au point de vecteurs pharmaceutiques destinés à des applications variées. À ce stade de développement, l’aspect prédictif de l’analyse n’a pas été exploité, mais le côté descriptif a permis de comparer adéquatement diverses formulations et de tirer des conclusions pertinentes quant à leur devenir dans l’organisme.

Axe et rotaxane parapluie : vers de nouveaux transporteurs transmembranaires de chlorures et de médicaments cycliques

La membrane cellulaire est principalement une bicouche phospholipidique constituant une barrière qui régule les échanges entre la cellule et son environnement. Son intérieur hydrophobe empêche le passage d’espèces hydrophiles, chargées, de grande masse moléculaire et polaires, qui sont généralement transportées par des protéines à travers la bicouche. Dans certains cas de systèmes défectueux (e.g. les canalopathies), l’équilibre des concentrations en ions à l’intérieur et à l’extérieur des cellules est perturbé et les cellules sont compromises. C’est pourquoi le développement de transporteurs transmembranaires synthétiques est nécessaire. De nombreux travaux ont été faits dans le développement de transporteurs synthétiques d’anions (particulièrement du chlorure). Dans cette thèse, nous présentons nos travaux sur un nouveau transporteur d’anion appelé axe parapluie, capable de changer de conformation dépendamment de la polarité de son environnement. Dans un premier temps, nous avons conçu le design, puis synthétisé ces axes parapluie qui montrent une importante activité en tant que transporteur de chlorures. Ces composés réunissent deux concepts : - Le parapluie, constitué d’acides biliaires amphiphiles (une face hydrophile, une face hydrophobe). La flexibilité des articulations combinée à la grande surface des acides choliques permettent d’empêcher les interactions défavorables entre les parties hydrophiles et hydrophobes, ce qui facilite l’insertion dans la bicouche. - Un site ammonium secondaire en tant que site de reconnaissance, capable de former des ponts hydrogène avec des ions chlorure. De plus, l’axe peut complexer une roue de type éther couronne pour former un pseudo-rotaxane ou rotaxane parapluie ce qui résulte en l’inhibition partielle de leurs propriétés de transport. Ceci nous mène au second objectif de cette thèse, le développement d’un nouveau moyen de transport pour les médicaments cycliques. Certains macrocycles polaires et biologiquement actifs tels que les nactines ont besoin d’atteindre leur objectif à l’intérieur de la cellule pour jouer leur rôle. La membrane cellulaire est alors un obstacle. Nous avons imaginé tirer profit de notre axe parapluie pour transporter un médicament cyclique (en tant que roue d’un rotaxane parapluie). Les assemblages des rotaxanes parapluie furent accomplis par la méthode de clipage. Le comportement de l’axe et du rotaxane parapluie fut étudié par RMN et fluorimétrie. Le mouvement du parapluie passant d’une conformation fermée à exposée dépendamment du milieu fut observé pour le rotaxane parapluie. Il en fut de même pour les interactions entre le rotaxane parapluie et des vésicules constituées de phospholipides. Finalement, la capacité du rotaxane parapluie à franchir la bicouche lipidique pour transporter la roue à l’intérieur de la vésicule fut démontrée à l’aide de liposomes contenant de la α-chymotrypsine. Cette dernière pu cliver certains liens amide de l’axe parapluie afin de relarguer la roue.

Development of a pH-responsive liposomal drug carrier using poly(phosphazenes)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Novel non phospholipid liposomes with high sterol content : development and characterization

Les liposomes sont des nanovecteurs polyvalents et prometteurs quant à leur utilisation dans plusieurs domaines. Il y a une décennie, un nouveau type de liposome constitué d’amphiphiles monoalkylés et de stérols est né fortuitement dans notre groupe. Ils sont nommés Stérosomes puisqu’ils contiennent une grande proportion de stérols, entre 50 et 70 mol %. Les objectifs de cette thèse sont de développer de nouvelles formulations de Stérosomes ayant des caractéristiques spécifiques et d’acquérir une compréhension plus profonde des règles physicochimiques qui dictent leur comportement de phase. Nous avons spécifiquement examiné le rôle de motifs moléculaires des stérols, de la charge interfaciale et de la capacité à former des liaisons H dans les interactions intermoléculaires menant à l’autoassemblage. Le comportement de phase a été caractérisé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par spectroscopie infrarouge (IR) et par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du deutérium (²H NMR). Premièrement, nous avons établi certaines corrélations entre la structure des stérols, leur tendance à former des bicouches fluides en présence d'amphiphile monoalkylé et la perméabilité des grandes vésicules unilamellaires (LUV) formées. La nature des stérols module les propriétés de mélange avec de l’acide palmitique (PA). Les stérols portant une chaîne volumineuse en position C17 sont moins aptes à induire des bicouches fluides que ceux qui ont une chaîne plus simple, comme celle du cholestérol. Un grand ordre de la chaîne alkyle de PA est un effet commun à tous les stérols investigués. Il a été démontré que la perméabilité des LUV peut être contrôlée en utilisant des stérols différents. Cependant, ces stérols n’ont aucun impact significatif sur la sensibilité des Stérosomes au pH. Afin de créer des liposomes qui sont sensibles au pH et qui ont une charge positive à la surface, des Stérosomes composés de stéarylamine et de cholestérol (Chol) ont été conçus et caractérisés. Il a été conclu que l’état de protonation de l’amine, dans ce travail, ou du groupe carboxylique, dans un travail précédent, confère une sensibilité au pH et détermine la charge à la surface du liposome. Les premiers Stérosomes complètement neutres ont été fabriqués en utilisant un réseau de fortes liaisons H intermoléculaires. Le groupe sulfoxyde est capable de former de fortes liaisons H avec le cholestérol et les molécules d’eau. Une bicouche fluide métastable a été obtenue, à la température de la pièce, à partir d'un mélange équimolaire d’octadécyl méthyl sulfoxyde (OMSO) et de Chol. Ce comportement distinct a permis d’extruder le mélange pour former des LUV à la température de la pièce. Après 30 h, le temps de vie de la phase métastable, des Stérosomes stables et imperméables existaient toujours sous une forme solide. Un diagramme de température-composition a été proposé afin de résumer le comportement de phase des mélanges d’OMSO/Chol. Finalement, nous avons élaboré des Stérosomes furtifs en incorporant du polyéthylène glycol (PEG) avec une ancre de cholestérol (PEG-Chol) à l’interface de Stérosomes de PA/Chol. Jusqu’à 20 mol % de PEG-Chol peut être introduit sans perturber la structure de la bicouche. La présence du PEG-Chol n’a aucun impact significatif sur la perméabilité de la LUV. L'encapsulation active de la doxorubicine, un médicament contre le cancer, a été réalisée malgré la faible perméabilité de ces LUV et la présence du PEG à l’interface. L’inclusion de PEG a modifié considérablement les propriétés de l’interface et a diminué la libération induite par la variation de pH observée avec des LUV nues de PA/Chol. Cette formulation inédite est potentiellement utile pour l’administration intraveineuse de médicaments.