Le développement de nouvelles formes galéniques nécessite la mise au point de protocoles avec variation d’un ensemble de paramètres jouant sur les caractéristiques du dispositif. Au niveau industriel, cela représente une perte importante de temps et d’argent. Avec le développement d’outils permettant la caractérisation des systèmes et à fortiori des mécanismes impliqués dans la libération du principe actif, l’application des modèles mathématiques se voit être de plus en plus grande permettant de prédire la sortie du principe actif hors de son système. L’un des objectifs de ce travail a été de développer un modèle mathématique mécanique réaliste permettant de quantifier la libération de vitamines à partir de matrice lipidique. Deux techniques différentes de formulation : la compression directe et une suite d’extrusion en phase chauffante/ broyage/ compression directe ont permis la préparation de comprimés à base de Compritol 888 (glyceryl dibehenate NF). L’acide nicotinique a été utilisé comme principe actif modèle hautement soluble dans le milieu environnant. Des études de dissolution ont montrée une libération plus accrue pour des comprimés ayant une charge initiale en vitamine plus importante, cela liée à une augmentation de la porosité de la matrice avec l’épuisement graduel de la vitamine. Concernant la technique de préparation, un taux de sortie beaucoup plus faible dans le cas des comprimés préparés par extrusion en phase chauffante préalable, est mesuré, dû à un emprisonnement de la vitamine par la matrice fondue. A partir de ces observations et des connaissances sur les matrices lipidiques, un modèle basé sur les lois de diffusion de Fick et sur la considération de la coexistence d’une partie du principe actif sous forme dissoute ou non dissoute a été élaboré. Ce modèle permet la prédiction de la quantité de vitamine libérée au cours du temps en fonction de l’impact de la composition, de la technique de préparation et de la taille du système. Ces simulations in-silico sont d’une grande aide pour permettre d’accélérer la production de comprimés à base de Compritol 888. Dans le cas de systèmes multiparticulaires, et encore plus dans le cas de formes enrobées, des modèles mathématiques peuvent également être établis mais montrent une complexité plus grande, notamment due à la membrane polymérique. Dans cette optique, le développement de nouveaux outils pour caractériser les systèmes est primordial. Dernièrement la technologie Terahertz voit son potentiel comme nouvel outil dans la caractérisation de systèmes enrobés croissant. Son emploi dans la détection de différence de taille et d’uniformité de films polymériques d’enrobage pour des systèmes multicouches a été réalisé sur des granules de tailles conventionnelles (1mm de diamètre). Un premier enrobage de metoprolol succinate a été réalisé sur des noyaux de sucre, suivi d’un enrobage permettant le contrôle de la fuite du principe actif à base d’un mélange de Kollicoat SR :Kollicoat IR. Des granules avec différentes tailles d’enrobage ont été étudiées par Terahertz. Une taille homogène de la couche de principe actif pulvérisée a été montré dans tous les types de pellets ; alors qu’une taille croissante de l’enrobage polymérique 46 µm, 71 µm et 114 µm a pu être appréhendée. Ces résultats, mis en corrélation avec les méthodes de dissolution traditionnelles, permettront le développement d’une formule prédisant les cinétiques de libération à partir de la lecture non destructive de l’épaisseur d’enrobage par Térahertz.[...] / Development of new galenic devices needs series experiments with variation of number parameters. For industrial, it’s a lost in time and money. Food and Drug Administration initiated since several years, Process Analytical Technology (PAT) as a tool to analyze and control pharmaceutical process. These tools can be helpful to determine drug release mechanism and allow application of mathematical model to predict drug release kinetics. One objective of this work is to develop a mechanistically realistic mathematical model allowing for the quantification of vitamin release from Compritol 888 (glyceryl dibehenate NF)-based matrix tablets, prepared either by direct compression or via hot-melt extrusion/grinding/compression. Nicotinic acid has been used as highly soluble drug in surrounding medium. Dissolution studies show vitamin release rates increased with increasing initial niacin content, due to the increased matrix porosity upon vitamin depletion. In all cases, niacin release from tablets prepared via hot-melt extrusion was slower than from tablets prepared by direct compression, due to more intense embedding of the vitamin within the lipid. Importantly, a numerical model based on Fick’s law of diffusion and considering the co-existence of dissolved and non-dissolved vitamin could successfully be used to quantify vitamin release from both types of tablets, irrespective of the initial niacin loading and tablet size. In-silico simulations can be very helpful to accelerate product optimization of Compritol 888-based matrices, saving development time and costs. For multiparticulates systems, and more again for coated forms, mathematical models are more complexes. In this goal, development of new tools to characterize devices is primordial. Technology Terahertz offers an interesting potential. This technique can be used to detect difference in size and uniformity for polymeric film from multilayer pellets of 1 mm diameter. Pellets consisting of a sugar starter core and a metoprolol succinate layer were coated with a Kollicoat® SR: Kollicoat® IR polymer blend. Pellets with several coating thickness are studied. No drug layer thickness difference between batches was observed, and the average coating thicknesses were 46 µm, 71 µm and 114 µm, for the different batches. Terahertz results compared with experimental data from dissolution methods, allow predicting coating thickness results correlated with the subsequent drug release behavior. Multiparticulates systems have important interest: they allow avoiding “dose dumping”. Dose dumping is described as an unintended, rapid drug release in a short period of time of the entire amount or a significant fraction of the drug contained in a modified release dosage form (Meyer, 2005). This phenomenon can be observed in the case of ethylcellulose-based devices in presence with ethanol rich-media. Recently, ethylcellulose:guar gum blend have been reported to provide ethanol-resistant drug release kinetics from coated dosage forms. Theophylline matrix pellets were coated with ethylcellulose: guar gum blends. These granules show no change in drug release profiles upon contact with medium containing 40% of ethanol (v/v). This is because the ethanol insoluble guar gum effectively avoids undesired ethylcellulose dissolution in ethanol-rich bulk fluids. However, so far the importance of crucial formulation parameters, including the minimum amount of guar gum to be incorporated and the minimum required guar gum viscosity, remains unclear. It was found that more than 5% guar gum (referred to the total polymer content) must be incorporated in the film coating and that the apparent viscosity of a 1% aqueous guar gum solution must be greater than 150 cPs to provide ethanol-resistance. [...]

Introduction : La résistance aux antibiotiques est une menace de santé, il est donc urgent de développer de nouveaux antibactériens. CIN-102, est un nouvel antibactérien développé par une industrie pharmaceutique. Il possède un large-spectre d’action et aucune résistance n’a été développée jusqu’à présent. Parmi les possibles applications thérapeutiques du CIN-102, notre recherche s’est focalisée sur les Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICIs). Plusieurs facteurs contribuent à l’étiologie des MICIs. Les bactéries intestinales jouent un rôle important dans ces maladies et une augmentation de la charge bactérienne est observée pendant l’inflammation. Les objectifs de ce travail ont été : la caractérisation de l’activité antibactérienne du CIN-102, l’analyse de l’activité antibactérienne des agents anti-inflammatoires et antibiotiques utilisés en cas de MICI et la fabrication des formulations à ciblage colique pour le CIN-102. Le but est de diminuer la charge bactérienne colique par moyen du CIN-102 et améliorer, de cette façon, l’état de l’inflammation.Méthodes: La Concentration Minimale Inhibitrice (CMI), l’Effet Post-Antibiotique (EPA) et le temps de réduction logarithmique du CIN-102 ont été déterminés pour des bactéries aérobies et anaérobies. Les interactions entre le CIN-102 et des antibiotiques sur le marché ont été évaluées. La CMI de l’acide 5-aminosalicylique (5-ASA), GED-0507-34 et antibiotiques ont été déterminées pour des souches anaérobiques. Par rapport aux formulations à libération prolongée : des mini-granules contenant le CIN-102 ont été fabriqués par extrusion-sphéronisation puis pelliculés avec des mélanges de polymères insolubles et polysaccharides. Parallèlement, des mini-comprimés de CIN-102 ont été fabriqués par compression directe. La libération du CIN-102 in vitro, a été mesurée dans des milieux simulant l’estomac et l’intestin grêle. L’efficacité des systèmes à libération prolongée a été évaluée dans un modèle de colite chez la souris. Des prélèvements de selles et tissus coliques ont été soumis à des études bactériologiques. L’expression des cytokines a été mesurée à partir des tissus coliques.Résultats et discussion : Le large-spectre d’action du CIN-102 a été confirmé. Toutes les souches ont été inhibées par le CIN-102. CIN-102 présente un EPA et un temps de réduction logarithmique court. Il présente des interactions synergiques avec plusieurs antibiotiques, notamment la colistine et les aminoglycosides, en les rendant actifs contre des bactéries multirésistantes. Ces résultats in vitro doivent être poursuivis par des études chez l’animal. Des agents anti-inflammatoires utilisés contre les MICIs ne possèdent pas d’activité antibactérienne. Par ailleurs, les antibiotiques testés n’ont pas un large-spectre d’action contre des bactéries anaérobies généralement retrouvées dans l’intestin. Cela confirme le besoin d’un antibiotique à large spectre capable de réduire des charges bactériennes en cas d’inflammation. Dans ce but, des formulations capables de délivrer CIN-102 au niveau du colon ont été étudiées. La libération du CIN-102 des mini-granules pelliculés et mini-comprimés a été réduite dans des milieux simulant l’estomac et l’intestin grêle. Des souris atteintes de colite et traitées avec les formulations du CIN-102 ont eu une diminution des diarrhées et du sang dans les selles. Les concentrations d’entérobactéries adhérentes à la muqueuse colique et dans les selles ont été significativement réduites chez les souris traitées avec le CIN-102. Ces résultats montrent que ces formulations peuvent délivrer CIN-102 dans le tractus gastro-intestinal inferieur, et que la diminution d’entérobactéries semble réduire les symptômes de la colite.Conclusion : CIN-102 est un nouvel antibactérien a large-spectre et des formulations à libération prolongée peuvent délivrer cet agent dans le colon, diminuant la charge d’entérobactéries qui pourrait influencer l’état de l’inflammation. / Introduction: Antibiotic resistance is a major threat to public health and new antimicrobials are urgently needed. CIN-102, a new antibacterial agent which resembles cinnamon essential oils composition, was developed by a pharmaceutical company. CIN-102 had a broad-spectrum of action and resistance was not developed until now. Between all the possible therapeutic applications for CIN-102, a future utilization against Inflammatory Bowel Diseases (IBD) is aimed. IBD are chronic pathologies with a multifactorial etiology. In this context, enteric bacteria are well-known to have an important role, and higher bacterial concentrations are found in the intestine under inflammatory conditions. The objectives of this work were: to characterize the bacteriological activity of CIN-102, to analyze the bacteriological activity of anti-inflammatory agents and antibiotics used in IBD and to fabricate multiparticulate CIN-102 pharmaceutical forms for colonic targeted drug release. The idea is to use CIN-102 to reduce colonic bacterial loads and improve the state of intestinal inflammation. Methodology: The Minimal Inhibitory Concentration (MIC), the Post-Antibiotic Effect (PAE) and the logarithmic reduction time of CIN-102 were determined against several aerobic and anaerobic bacterial isolates. The interactions between CIN-102 and commercialized antibiotics were evaluated. The MIC of 5-aminosalicilyc acid, GED-0507-34 and antibiotics were determined for anaerobic bacterial isolates. Concerning sustained released formulations: CIN-102 pellet cores were fabricated by extrusion-spheronization and subsequently coated with blends of insoluble polymers and natural biodegradable polysaccharides. CIN-102 mini-tablets were fabricated by direct compression. In vitro drug released was measured in simulated gastric and intestinal fluid. The efficacy of best sustained release formulations was assessed in a murine model of colitis. Samples of luminal contents and sections of the colon were taken to perform a bacteriological analysis. Expression of cytokines was analyzed from colonic tissues.Results and discussion: The broad-spectrum activity of CIN-102 was confirmed. All aerobic and anaerobic strains were susceptible to CIN-102. Furthermore, CIN-102 had an important PAE and exerted a fast logarithmic reduction of bacterial inoculum. It interacts synergistically with several antibiotics, mostly with colistin and aminoglycosides, restoring the antibiotic activity against multi-resistant bacteria. The promising in vitro activity of CIN-102 has to be further confirmed by animal studies. Anti-inflammatory agents used against IBD were not provided of antibacterial activity and neither of the antibiotics tested possessed a broad-spectrum of action against anaerobic isolates commonly found in the intestine. These results confirm the need of a broad-spectrum antibiotic capable of reduced increased bacterial loads during inflammation. Following this aim, oral dosage forms able to deliver CIN-102 into the colon were studied. Concerning the sustained release forms, in vitro CIN-102 release from coated-pellets and mini-tablets was reduced in simulated gastric and intestinal fluids. Colitic mice treated with CIN-102 controlled release formulations had less diarrhea and bloody stools. Furthermore, the concentrations of enterobacteria in colonic tissue and stool were significantly reduced in CIN-102 treated mice. These results show that sustained release formulations can effectively deliver CIN-102 in the lower part of the gastrointestinal tract, where the reduction of enterobacteria seems to ameliorate the course of colitis.Conclusion: CIN-102 is novel broad-spectrum antibacterial and sustained release formulations can effectively deliver this agent into the colon, reducing bacterial loads which might influence the state of intestinal inflammation.

Les mini-granules enrobées offrent un grand potentiel pour la libération contrôlée de médicament par voie orale. Cependant, les mécanismes de libération impliqués ne sont pas toujours élucidés et compris. Ainsi, l’impact de certains paramètres de formulation peut être surprenant. Par exemple, il a été démontré dans ce travail :- La libération du propranolol HCl à partir de mini-granules enrobées avec du Kollicoat SR est plus lente si les mini-granules sont composées de noyaux de sucre comparé à des noyaux de cellulose microcristalline (CMC).Généralement, la tendance inverse est observée, car les noyaux de sucre ont une activité osmotique attirant plus rapidement l’eau à l’intérieur du système et entrainant ainsi, une dissolution et diffusion de la substance active. Ce résultat inattendu est dû à une association de 2 phénomènes : (i) l’effet plastifiant dû au sucre sur le film de Kollicoat SR et (ii) la diminution de la solubilité de cette SA dans le milieu de dissolution en présence de sucre dissous.De plus, le Kollicoat SR 30 D [dispersion aqueuse de poly(vinyl pyrrolidone)] offre des possibilités intéressantes de formulation par sa haute flexibilité et ses propriétés mécaniques stables. En revanche, les mini-granules composées de noyaux de sucre ont tendance à gonfler de par le cumul de l’activité osmotique du noyau et de la SA jusqu’à l’apparition de « cracks », révélés par des images obtenues par micro tomographie à rayons X.- Lorsqu’on augmente la quantité en propranolol HCl dans le système, la cinétique de libération est augmentée, particulièrement avec les mini-granules composées de noyaux de CMC.L’opposé est souvent constaté car accroitre la quantité de SA nécessite un plus grand apport en eau afin de pouvoir tout dissoudre. Les mini-granules à base de CMC présentent probablement des « cracks » malgré un faible gonflement du système, et sont accentués par l’augmentation de la concentration en propranolol HCl.En conclusion, des nouvelles connaissances sur les mécanismes de libération à partir de mini-granules enrobées avec du Kollicoat SR ont été apportées et l’importance du type de SA et la nature du noyau composant le système ont été élucidées.- Dans une deuxième partie, des mini-granules enrobées avec un mélange de polymère (Aquacoat ECD et Eudragit NM 30 D) ont été formulées dans le but de libérer la diprophylline, SA modèle, par diffusion à travers le film de polymère et de pouvoir modéliser sa cinétique à partir de modèles mathématiques. / Polymer coated pellets offer a great potential for control drug delivery system. Nevertheless, the underlying drug release mechanisms can be complex and are not fully understood. Thus, the impact of formulation parameters can be surprising. For example, it has been demonstrated during this thesis that:- The release of propranolol HCl was slower from sugar-based pellets coated with Kollicoat SR compared to microcrystalline cellulose (MCC)-based pellets.Generally, the opposite was observed because the sugar cores are osmotically active attracting more and more water into the system leading to a fast dissolution and diffusion of the drug, especially with high water-soluble drug. This unexpected result is due to a combination of two phenomena: (i) The plasticizing effect of sugar for the film coating and (ii) Decrease in drug solubility in the release medium due to the presence of co-dissolved sugar.In addition, Kollicoat SR 30 D [an aqueous dispersion of poly(vinyl acetate) also containing small amounts of poly(vinyl pyrrolidone) and sodium lauryl sulfate] is a very interesting polymer owing to its high flexibility and stable mechanical properties. However, sugar-based pellets tend to swell by the osmotic pressure created by the high water-soluble API and the sugar until crack formation, clearly visible on the images obtained by X-ray micro tomography.- Propranolol HCl release in phosphate buffer pH 7.4 increases by increasing the drug loading into the system, especially from MCC-based pellets.The opposite was often observed since the amount of water within the drug reservoir might not be sufficient to dissolve all drug. MCC-based pellets likely presented also cracks despite a low swelling of the system, accentuated by the increase of propranolol HCl concentration.To conclude, new insights on the underlying drug release mechanisms from Kollicoat SR coated pellets were provided. The importance of the type of drug and the nature of starter cores were elucidated.- In the second part, diprophylline loaded pellets coated with a polymer blend composed of Aquacoat ECD and Eudragit NM were prepared in order to control the drug release only by diffusion through the intact polymeric film and to predict the drug kinetics using mathematical models.