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®.

Growth of boehmite nanofibers by assembling nanoparticles with surfactant micelles

It is known that boehmite (AlOOH) nanofibers formed in the presence of nonionic poly(ethylene oxide) (PEO) surfactant at 373 K. A novel approach is proposed in this study for the growth of the boehmite nanofibers: when fresh aluminum hydrate precipitate was added at regular interval to initial mixture of boehmite and PEO surfactant at 373 K, the nanofibers grow from 40 to 50 nm long to over 100 nm. It is believed that the surfactant micelles play an important role in the nanofiber growth: directing the assembly of aluminum hydrate particles through hydrogen bonding with the hydroxyls on the surface of aluminum hydrate particles. Meanwhile a gradual improvement in the crystallinity of the fibers during growth is observed and attributed to the Ostwald ripening process. This approach allows us to precisely control the size and morphology of boehmite nanofibers using soft chemical methods and could be useful for low temperature, aqueous syntheses of other oxide nanomaterials with tailorable structural specificity such as size, dimension and morphology.

In vivo evaluation of folate decorated cross-linked micelles for the delivery of platinum anticancer drugs

The biodistribution of micelles with and without folic acid targeting ligands were studied using a block copolymer consisting of acrylic acid (AA) and polyethylene glycol methyl ether acrylate (PEGMEA) blocks. The polymers were prepared using RAFT polymerization in the presence of a folic acid functionalized RAFT agent. Oxoplatin was conjugated onto the acrylic acid block to form amphiphilic polymers which, when diluted in water, formed stable micelles. In order to probe the in vivo stability, a selection of micelles were cross-linked using 1,8-diamino octane. The sizes of the micelles used in this study range between 75 and 200 nm, with both spherical and worm-like conformation. The effects of cross-linking, folate conjugation and different conformation on the biodistribution were studied in female nude mice (BALB/c) following intravenous injection into the tail vein. Using optical imaging to monitor the fluorophore-labeled polymer, the in vivo biodistribution of the micelles was monitored over a 48 h time-course after which the organs were removed and evaluated ex vivo. These experiments showed that both cross-linking and conjugation with folic acid led to increased fluorescence intensities in the organs, especially in the liver and kidneys, while micelles that are not conjugated with folate and not cross-linked are cleared rapidly from the body. Higher accumulation in the spleen, liver, and kidneys was also observed for micelles with worm-like shapes compared to the spherical micelles. While the various factors of cross-linking, micelle shape, and conjugation with folic acid all contribute separately to prolong the circulation time of the micelle, optimization of these parameters for drug delivery devices could potentially overcome adverse effects such as liver and kidney toxicity.

Transition from disc to rod-like shape of 16-3-16 dimeric micelles in aqueous solutions

Small-angle neutron scattering (SANS) measurements from bis-cationic C16H33N+(CH3)(2)-(CH2)(3)-N+ (CH3)(2)C16H33 2Br(-) dimeric surfactant, referred to as 16-3-16, at different concentrations and temperatures, are reported. It is seen that micelles are disc-like for concentrations C = 2.5 and 10 mM at temperature T = 30 degrees C. At low concentration C = 0.5 mM micelles are rod-like. Similarly, there is a disc to rod-like transition of micelles on increasing the temperature. For C = 2.5 mM, micelles are rod-like at T = 45 and 70 degrees C.

A H-1-NMR STUDY OF BILIRUBIN IX-ALPHA SOLUBILIZATION BY CHOLATE MICELLES - APPLICATION OF NUCLEAR OVERHAUSER EFFECTS

The solubilization of bilirubin IX-Alpha in aqueous solution by sodium cholate micelles has been examined by 270 MHz 1H-NMR spectroscopy. Incorporation of bilirubin into the micelles is accompanied by specific shifts of bilirubin vinyl and bridgehead protons and the C18 and C19 methyl groups of the steroid. The observed chemical shifts show a monotonic concentration dependence suggesting that changes in aggregation size are continuous. Nuclear Overhauser effects (NOE) have been shown to be a useful probe or micellization. A 4:1 cholate/bilirubin mixture has been investigated by difference NOE spectroscopy. The observation of intermolecular nuclear Overhauser effects between peripheral protons of bilirubin and cholate are diagnostic of spatially proximate groups. Inter-cholate nuclear Overhauser effects increase in magnitude upon bilirubin incorporation suggesting closer packing of steroid molecules on solubilization of the pigment. Intramolecular nuclear Overhauser effects observed for solubilized bilirubin are consistent with a compact intramolecularly hydrogen-bonded conformation resembling that determined for bilirubin in the solid state.