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

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser. / The development of corneal contact lenses initially aimed to correct vision troubles but more recently targets to improve administration of ophthalmic drugs. Eye drops from ophthalmic solutions has a poor administration efficiency of 5% or less and is currently the most used method to deliver drugs to the eye. Such administration technique needs to be improved and contact lenses could be the solution according to many opticians. However, no marketed therapeutic contact lenses has been marketed up to date. In this project we have developed a model of a contact lens made of 2-(hydroxyethyl)methacrylate embedding microgels of poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM), encapsulating a model drug. We first developed an analytical method capable to quantify simultaneously seven ophthalmic drugs: Pilocarpine, lidocaine, proparacaine, atropine, triamcinolone acetonide, timolol and prednisolone. This method was developed on a HPLC-MS/MS device and was validated according to FDA and ICH criteria. Using this method, we achieved very low detection and quantitation limits with high precision and accuracy in both simulated lachrymal fluids and in rabbit ocular tissues. Each seven drugs was validated using this method. We proceeded with the synthesis of negatively charged microgels of NIPAM using methacrylic acid (MAA) as comonomer. Resulting size were ranging between 200-600 nm and zeta potential was found to increase (absolute value) with temperature. The microgels were used to encapsulate a model molecule, rhodamine 6G (R6G), in different medium and were loaded in the microgel up to 38% (drug loading, DL%). Using Langmuir isotherms to measure affinity and adsorption of R6G, it was found well correlated to MAA content in microgels, suggesting electrostatic interaction was the main parameter for drug loading. Release kinetics was performed using a model hydrogel of acrylamide embedding the R6G-loaded microgels. The measured release was found to follow an affinity-based mechanism for over 4-24 hours. The release kinetics were then compared to a formulation of liposomes and nanogels of chitosan embedded in hydrogel. All formulations exhibited interesting release profiles making them promising systems for different therapeutic applications. Finally, we changed the acrylamide gels for pHEMA designed to reproduce contact lenses containing drug-loaded microgels. The hydrogel composition, in terms of monomer / cross-linker ratio, was first optimized to fit contact lenses properties of 260-340 µm thick contact lenses. We also made use of semi-interpenetrated polyvinylpirrolidone (PVP) in the pHEMA hydrogel matrix to increase its water content. The highest DL% of negatively charged microgels were obtained using lidocaine and were used for release studies, where the total content of lidocaine was released in approximately 2 hours with and without microgels. In the end, this was a pilot study aiming to evaluate the potential of microgel usability in contact lenses. However, the impact of microgels on release was not fully conclusive. Additional studies should be undertaken to achieve a better comprehension and characterization of the release mechanism such as using more eye relevant physiological models. Such studies would provide further insights on the use of such materials for eye drug delivery and its applicability.

Les émulsions doubles de type eau-dans-huile-dans-eau (E/H/E) sont des systèmes dans lesquels des globules gras sont dispersés dans une phase continue aqueuse. De par leur structure compartimentée, ces systèmes permettent d’encapsuler des composés hydrosolubles au niveau des gouttelettes aqueuses internes. Néanmoins, leur utilisation requiert la maîtrise de leur stabilité thermodynamique et la compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la libération des espèces encapsulées. C’est dans ce contexte que différents paramètres de formulation, i.e., nature de l’huile, concentration en émulsifiant hydrophile, fraction volumique en globules gras, complexation de l’espèce encapsulée ont été testés de manière à appréhender leur influence sur la libération des ions magnésium. Les constituants utilisés pour la préparation des émulsions E/H/E sont de grade alimentaire en vue de leur application dans les secteurs pharmaceutique ou alimentaire. La fuite des ions magnésium s’effectue essentiellement par un mécanisme de diffusion/perméation. Un modèle basé sur la diffusion du magnésium à travers la phase huileuse a été proposé, prenant en compte le coefficient de perméation de l’espèce ionique, la chélation du magnésium et l’ajustement des pressions osmotiques entre les phases interne et externe. Ainsi, le coefficient de permétation dépend de la localisation et de la concentration du chélatant, mais n’est que faiblement influencé par la pression osmotique. De plus, ce coefficient évolue au cours du temps notamment pour les fractions volumiques en globules gras élevés. / Double water-in-oil-in-water (W/O/W) emulsions are systems in which fat globules are dispersed in an aqueous continuous phase. They provide a compartmented structure that allows the encapsulation of hydrosoluble compounds in the internal aqueous droplets. Nevertheless, the application of multiple emulsions is limited by their thermodynamical instability and the possible diffusion of hydrosoluble matter from one aqueous phase to the other one through the oil layer. In this context, the influence of several formulation parameters (oil nature, hydrophilic emulsifier concentration, oil globule mass fraction, complexation of the encapsulated species) was investigated relatively to magnesium release. All the ingredients used were food grade to match pharmaceutical and food application requirements. Magnesium leakage occurred without film rupturing. A model based on diffusion was proposed in which the rate of release was determined by the permeation coefficient of magnesium across the oil phase, by magnesium chelation and by the osmotic pressure mismatch between the internal and external aqueous phases. The permeation coefficient depended on the chelating agent location and concentration but was poorly influenced by the osmotic pressure. Moreover, the permeation coefficient evolved with time, especially at high oil globule fractions.

Cette thèse se focalise sur la synthèse et l'étude de nouvelles molécules photoactives et leurs applications en tant que marqueurs, senseurs moléculaires et récepteurs d’ions photomodulables en milieux aqueux et organisés. Les fluorophores développés sont principalement des dérivés du bore-dipyrométhene (BODIPY), comportant des groupements réactifs (azoture, perfluorophényle), des chaines hydrophobes, ou sont intégrés à un récepteur de calcium biocompatible. Le développement d'architectures auto-assemblées multicompartimentées de type vésicules dans des polymersomes géant y est décrit. Ces architectures ont été utilisées pour la génération de lumière blanche dans un micro-domaine, et constitue un modèle pour l'étude de transfert d'ions calcium entre vésicules localisées dans des polymersomes individuels. Ce transfert entre nano-objets confinés à l'intérieur d'un polymersome géant représente un système prototype de communication cellulaire artificiel rudimentaire. / The thesis focuses on the study and design of novel photoactive molecules and their application as labeling agents, fluorescent molecular Ca2+-sensors and photolabile Ca2+-decaging agents in aqueous media and organized supramolecular assemblies. The designed fluorophores are based on boron-dipyrromethene (BODIPY) bearing hydrophobic chains or a reactive group like an azide or a perfluorophenyl moiety. Biocompatible calcium receptors have been prepared harnessing the fluorescence properties of BODIPY, naphthalimide and furan fluorophores. The development of self-assembled multicompartmentalized architectures, namely fluorocarbon vesicles in giant polymersomes is reported and the system has been used to create white light emission in confined microdomains. The Ca2+-based ion transfer ion the confined polymer compartments between individual fluorinated vesicles has been studied. The ion transfer in between vesicles in polymer microcompartments has been established as an artificial prototype system for cellular communication.

L'objectif de ce travail était la synthèse en une étape de nanoparticules à cœur de poly(n-butyl cyanoacrylate) et couronne hydrophile, par polymérisation en miniémulsion. Deux familles de polymères amphiphiles ont été utilisées pour stabiliser la polymérisation. La première est constituée de trois dérivés amphiphiles du dextrane synthétisés au laboratoire: DexP11, DexP16 et DexP22. La seconde est composée de dérivés commerciaux du POE: le Brij®78, le Brij®700, et le Tween®80. Après avoir vérifié leur stabilité dans les conditions de polymérisation, leurs propriétés tensioactives ont été caractérisées en tensiométrie dynamique. Bien que le n-butyl cyanoacrylate soit un monomère extrêmement réactif, des nanoparticules de poly(n-butyl cyanoacrylate) ont pu être synthétisées avec succès par polymérisation anionique et/ou radicalaire en miniémulsion. La nature et la concentration du polymère amphiphile dans la phase aqueuse lors de la polymérisation en miniémulsion contrôlent la taille des particules, leur taux de recouvrement et l'épaisseur de la couche hydrophile à leur surface. La masse molaire du polymère constituant le cœur de la nanoparticule est quant à elle influencée par le pH de la phase continue et le mode de polymérisation (anionique ou radicalaire). Enfin, l’étude de l'encapsulation et de la libération d'une molécule modèle, le pyrène, a été abordée / The aim of this study was the one-step synthesis via miniemulsion polymerization, of nanoparticles with a hydrophobic core based on poly(n-butyl cyanoacrylate) and a hydrophilic shell. Two families of amphiphilic polymers were used to stabilize the miniemulsion. The first one was constituted of three dextran derivatives synthesized in the laboratory: DexP11, DexP16 and DexP22. The other three stabilizers were commercial products based on PEO: Brij®78, Brij®700, and Tween®80. Their stability under the conditions used for miniemulsion polymerization was checked. Their adsorption at oil-water interface was studied by dynamic surface tension measurement. Despite the high reactivity of the monomer, nanoparticles of poly(n-butyl cyanoacrylate) were synthesized via anionic and/or radical miniemulsion polymerization. Particle size, surface coverage and hydrophilic layer thickness were controlled by the structure and the amount of the amphiphilic polymer in the continuous phase, while the molar mass of the poly(n-butyl cyanoacrylate) depending on the pH of the continuous phase and the polymerization mechanism (anionic or radical). Finally, the encapsulation and the release of a model compound were studied

Une nouvelle plateforme hydrogel uniquement formée par l’association de nanocapsules lipidiques (NCLs) a été développée en s’inspirant de précédents travaux utilisant une gemcitabine modifiée. Afin de limiter la toxicité de l’hydrogel, la gemcitabine a été remplacée par la cytidine, rendue amphiphile par une chaîne aliphatique (Cyt-C16). Placée à l’interface huile/eau des NCLs, la Cyt-C16 permet la formation d’un réseau tridimensionnel de NCLs à l’origine de la gélification. Un plan de mélange a permis d’optimiser les procédés de formulation de 4 tailles de NCLs modèles. Les propriétés viscoélastiques des hydrogels sont modulables. Plus les concentrations en NCLs et Cyt-C16 sont élevées, plus le gel est « rigide », indépendamment de la taille des NCLs qui doit être supérieure à 50 nm pour permettre la gélification. Les hydrogels sont injectables et permettent une libération prolongée de NCLs (de taille mono-disperse), sans toxicité supplémentaire in vitro, du fait de la présence de la Cyt-C16. De plus, uniquement solubilisée dans l’huile,la Cyt-C16 permet d’obtenir un organogel, dont les propriétés viscoélastiques sont renforcées en augmentant sa concentration. L’injection sous-cutanée (SC) in vivo des deux gels est bien tolérée et entraine une réaction inflammatoire locale comparable à celle provoquée par un excipient pharmaceutiquement acceptable. Ces deux formes pourront être utilisées pour libérer de façon prolongée différents actifs. Deux applications précliniques des hydrogels ont été explorées, l’une utilisant la voie SC pour cibler les ganglions lymphatiques, la seconde permettant un traitement local des suites opératoires d’une résection de glioblastome. / An innovative hydrogel platform obtained by the association of lipid nanocapsules (LNCs) was based on the previous work on modified gemcitabine. To limit the inherent toxicity of the hydrogel, gemcitabine was replaced by cytidine, then modified by an aliphatic chain (Cyt-C16). The hydrogel network was allowed by H-bond interactions between cytidine moieties exposed at the oil/water interfaces of LNCs. An experimental plan provided the formulation processes for 4 optimized sizes of model LNCs. The gelation was only possible for LNC sizes higher than 50 nm, and the hydrogel viscoelastic properties are versatile. The hydrogel is more “rigid” when LNC and Cyt-C16 concentrations increase, independently of the LNC size. The hydrogels are injectable and allow a sustained release of LNCs (withmonodisperse size), without additional in vitrocytotoxicity due to Cyt-C16. Moreover, when solubilized in oil, Cyt-C16 alone produced an organogel platform, whose viscoelastic properties are strengthened increasing its concentration. Both types of gels showed a good biocompatibility after an in vivo subcutaneous (SC) injection, with a local inflammatory response similar to that of induced by an approved excipient. These two forms could be used to sustain the release of various drugs, and two preclinical applications of hydrogels have been explored : one using the SC route to target lymph nodes, and the second for local treatment after glioblastoma resection.

La libération des composés d'arôme détermine la qualité aromatique des produits alimentaires, et contribue ainsi aux choix et préférences des consommateurs. Dans ce contexte, la compréhension et la modélisation de la cinétique de libération est un défi scientifique et un enjeu de santé afin de pouvoir formuler des produits en intégrant des critères nutritionnels et sensoriels. Ce travail de thèse a permis d'étudier et de modéliser les mécanismes en bouche responsables de la dynamique de libération des stimuli olfactifs lors de consommation d'un aliment liquide ou solide chez l'homme.<br />• Dans un premier temps, un modèle mécanistique décrivant la libération des composés d'arôme au cours de la consommation d'un aliment liquide ou semi-liquide a été développé. Ces produits ont un temps de résidence en bouche très court et ne nécessitent pas de manipulation intra-orale complexe. Le modèle a été construit sur la base de bilans de matière prenant en compte des mécanismes de transfert entre certains sous-compartiments du système, ainsi que les conditions spécifiques aux différentes étapes de la consommation. Une comparaison du modèle avec des données de libération in vivo lors de la consommation de fluides newtnoniens aromatisés avec du diacétyle et de l'hexanoate d'éthyle a été effectuée. Cette étude nous a permis de comprendre le rôle du résidu post-pharyngé et de la viscosité sur la libération des composés d'arôme : • l'épaisseur du bol tapissant les muqueuses a pu être estimée à environ 15µm; • contrairement à l'hypothèse initiale, il a été mis en évidence que les propriétés pertinentes à prendre en considération pour la libération des composés d'arôme à partir d'un fluide newtonien sont celles d'un mélange de produit hautement dilué par la salive. • Dans un second temps, le modèle a été adapté à des produits nécessitant une mastication. Pour en rendre compte, de nouveaux mécanismes ont été intégrés: phénomènes de transfert de matière et de dissolution du produit dans la salive, génération d'une surface d'échange produit/fraction liquide du bol et l'ouverture vélopharyngienne lors de la mastication du produit. Le modèle a ensuite été confronté avec les données de libération du propanoate d'éthyle in vivo lors de la consommation de matrices fromagères modèles. Le modèle a pu être ajusté de façon satisfaisante à l'ensemble des données expérimentales et les deux paramètres inconnus de notre modèle (la vitesse d'incorporation moyenne de salive dans le bol au cours de la consommation et la fréquence d'ouverture du vélopharynx) ont pu être estimés. Cette étude nous a permis de comprendre le rôle de la mastication sur la libération des composés d'arôme lors de la consommation d'aliments solides. De plus, l'étude de la libération de la 2-nonanone a permis de mettre en évidence un phénomène d'adsorption sur les muqueuses pour cette molécule. • Enfin, il ressort de la comparaison des deux modèles que les paramèters clés gouvernant la libération des composés d'arôme ne sont pas les mêmes selon la catégorie de produit (liquide ou solide) considérée: • lors de la consommation d'aliments liquides ou semi-liquides, le coefficient de transfert de matière dans le bol, la fréquence respiratoire de l'individu et l'épaisseur du résidu post-pharyngé sont les trois facteurs clés gouvernant la libération des composés d'arôme; • en revanche, lors de la consommation de produits solides mastiqués, ce sont la vitesse d'incorporation moyenne de salive dans le bol, la fréquence d'ouverture du vélopharynx et la durée de mastication qui sont les trois paramètres ayant un effet majeur sur les cinétiques de libération. La démarche de modélisation nous a permis de mieux comprendre les parts relatives du produit, de l'individu, et de l'interaction produit-individu sur la libération des composés d'arôme au cours de la consommation d'un aliment. / Delivery of aroma compounds to olfactory receptors determines the aromatic quality of food products and contributes to consumer choices and preferences. Therefore, understanding and modelling the release kinetic is a scientific challenge and a health issue in order to formulate products of both high nutritional and sensory quality. This thesis studied in-mouth mechanisms responsible of the dynamics of olfactory stimuli release during food consumption. • First, a mechanistic model describing the aroma compounds release during consumption of a liquid or semi-liquid food has been developed. These products have a very short in-mouth residence time and do not require complex intra-oral manipulation. The model takes into account mass balances, transfer mechanisms occurring between some sub-compartments of the system, and the specific conditions at the different stages of consumption. A comparison of the model predictions with in vivo release data during the consumption of Newtnonien fluids flavored with diacetyl and ethyl hexanoate was performed. This study highlighted the role of post-pharyngeal residue and viscosity on the aroma compounds release: • the thickness of bolus covering the mucous membranes has been estimated at about 15μm; • it was found that the relevant properties to be considered for the release of aroma compounds from a Newtonian fluid are those of a mixture highly diluted by saliva. • Second, the model previously developed was adapted for products requiring chewing. It takes into account the phenomena of mass transfer and dissolution of the product in the saliva during chewing. The generation of a product/liquid contact surface as well as the velopharyngial opening that occurs during the mastication of the product were also integrated into the model. The model was then confronted with in vivo release data for ethyl propanoate during consumption of four cheese matrices. All simulations have been satisfactorily fitted to experimental data and the two unknown parameters of our model (the average rate of saliva incorporation into the bolus and the frequency of velopharyngial opening) could be estimated. This study has enabled us to understand the role of mastication on the release of aroma compounds during consumption of solid food: • the opening of velopharynx during intra-oral manipulation of the product produces a continuous supply of aroma compounds in the nose; • the residence time of solid product in the mouth are much longer than for the consumption of liquid and semi-liquid foods, allowing the secretion of significant volumes of saliva. In addition, the study of the release of 2-nonanone highlighted an adsorption phenomenon on the mucous membranes for this molecule. • Finally, sensitivity analysis of the two release models indicates that: • when eating a liquid or semi-liquid food, the mass transfer coefficient in the bolus, the breath rate and the thickness of post-pharyngeal residue are the three key factors governing the release of aroma compounds; • however, when eating a solid food product, it is the average rate of saliva incorporation into the bolus during consumption, the frequency and duration of velopharyngeal opening, and the mastication time which are the three parameters that have major effects on the kinetics of release. The modeling approach allowed us to better understand the relative effects of the product, the individual, and individual-product interaction on the release of aroma compounds during food consumption. The results of this work indicated that the most important parameters depend on the category of product (liquid or solid) under consideration.

L’objectif général de cette thèse a été d’étudier le potentiel de billes à base de molécules d’α-cyclodextrine et d’huile de soja, pour l’administration orale de principes actifs peu solubles dans l’eau.Nous avons tout d’abord vérifié qu’il était possible d’encapsuler dans les billes des molécules actives (la progestérone et l’indométacine) autres que les rétinoïdes et le diazépam, avec une teneur élevée et un rendement de fabrication satisfaisant. L’étude du comportement des billes nues lyophilisées, en termes de stabilité et de libération dans des milieux digestifs simulés, nous a permis de proposer un mécanisme de libération de la molécule encapsulée qui se déroule en plusieurs étapes: i) hydratation des billes, ii) dissolution de la matrice hydrophile d’α-cyclodextrine, iii) libération de gouttelettes d’huile contenant le principe actif puis de la fraction dissoute dans l’huile par un phénomène de partage, iiii) fragmentation des billes fragilisées et libération totale de l’huile. La présence de sels biliaires dans le milieu, accélère à la fois la libération et la quantité dissoute, en fragilisant les billes et en réduisant la valeur du coefficient de partage du principe actif entre l’huile et le milieu digestif. Nous avons montré in vitro et in vivo qu’il est possible de moduler la libération d’un principe actif à partir d’une même formulation de départ, en jouant sur l’organisation du système (émulsion sèche, billes nues, billes coquées par un nouvel ajout d’α-cyclodextrine sur les billes nues). Les études in vivo chez le rat ont révélé que l’émulsion sèche se comporte comme une forme à libération immédiate, les billes coquées comme une forme à libération prolongée et les billes nues comme une forme à libération intermédiaire. Enfin, la libération du principe actif encapsulé peut également être modulée en modifiant le mode de séchage des billes. Comparativement à la lyophilisation, le séchage à l’étuve modifie les propriétés des billes en augmentant leur résistance dans les milieux digestifs simulés et prolonge la libération de la molécule encapsulée. / The general aim of this thesis was the study of the potential of beads, made of α-cyclodextrin and soybean oil, for the oral delivery of poorly water soluble drugs. We have first verified that it was possible to encapsulate in beads, active molecules (progesterone and indomethacin), other than retinoid and diazepam, with a high drug loading and a satisfying yied. The study of the behaviour of freeze-dried naked beads, in terms of stability and drug release in simulated gastro-intestinal fluids, allowed to propose a mechanism for the release of the encapsulated drug, involving several steps: i) hydration of the freeze-dried beads, ii) dissolution of α-CD hydrophilic matrix, iii) release of oily droplets containing the active drug and then of the fraction of drug dissolved in oil, following a partition phenomenon, iiii) fragmentation of the weakened beads and at last the total release of oil. The presence of bile salts in the medium accelerates both the release and the dissolved amount, by weakening the beads and reducing the partition coefficient value of the active molecule between oil and digestive medium.We have shown in vitro as well as in vivo that it is possible to modulate the release of a model drug from the same initial formulation, according to the degree of organization of the system (dry emulsion, naked beads, coated beads obtained by an additional amount of α-cyclodextrine to the preformed naked beads). In vivo studies in rats have highlighted that dry emulsion behaves as a fast release formulation, the coated beads as a sustained release formulation and the naked beads as an intermediate one. Finally, the release of the encapsulated drug can also be modulated by modifying the drying method of the beads. Compared to freeze-drying, oven-drying modifies the properties of the beads by increasing their resistance in simulated gastro-intestinal fluids and sustaining the release of the encapsulated drug.

Les systèmes in situ sont des liquides à base de polymère et de solvant organique pharmaceutiquement acceptable, contenant le principe actif. Après injection sous-cutanée, lors du contact avec les fluides corporels, le polymère précipite sous forme d'implant (ISI) ou de microparticules (ISM) qui se dégradent progressivement en libérant le principe actif. Dans ce travail, des ISI et des ISM réalisés à partir d'un copolymère d'acide lactique et glycolique ont été développés pour la libération prolongée de S-nitrosothiols (RSNO), des donneurs de monoxyde d'azote. L'influence du type de formulation, du solvant, de l'hydrophobie du principe actif et de l'environnement (in vitro ou in vivo) sur la solidification, la dégradation de la matrice polymérique et sur la libération du RSNO ont été étudiés. Les expériences in vivo ont prouvé la prolongation par la formulation de l'effet des RSNO sur la pression artérielle chez le rat (jusque 42 h). Néanmoins, le temps de dégradation des formulations est supérieur à 1 mois et doit donc être optimisé pour une application de longue durée. Le potentiel de ces formulations dans un modèle d'infarctus a été évalué. La faisabilité d'une injection directe dans le myocarde infarci a été démontrée. D'après les premiers résultats, ces implants chargés en RSNO permettraient d'améliorer la perfusion du coeur. Enfin, la porosité de ces systèmes augmente durant leur dégradation, ce qui rend la matrice susceptible de recruter et d'héberger des cellules. In vitro, des ISI ont permis l'adhésion et la prolifération de cellules musculaires. Ces formulations adaptées aux RSNO pourraient constituer un outil thérapeutique dans le cadre des maladies ischémiques / In situ forming injectable systems are liquids based of a polymer and a pharmaceutically acceptable organic solvent, to which drug is added. After subcutaneous injection, contact with aqueous body fluids triggers polymer precipitation as implant (ISI) or microparticles (ISM). This matrix degrades then slowly while releasing the drug. In this work, ISI and ISM made of a copolymer of lactic and glycolic acid were developed for sustained release of S-nitrosothiols (RSNO), prodrugs of nitric oxide. Influence of formulation type, solvent, drug hydrophobicity and environment (in vitro vs in vivo) on polymeric matrix solidification, degradation and on RSNO release was studied. In vivo experiments proved that formulation extend (until 42 h) RSNO effect on arterial pressure of rats. However, matrix life-span is higher than 1 month, thus need optimization in view of an application requiring a long lasting release. Evaluation of these formulations has begun in a model of cardiac infarction. First, the feasibility of a direct injection into the infarct area has been established. Second, first results seem to indicate that these implants loaded with RSNO could enhance heart perfusion. Finally, porosity of these systems increases during their degradation, allowing cell recruitment and colonization of resulting matrix. An in vitro study conducted on implants with porosity artificially increased showed adhesion and proliferation of muscular cells seeded onto the systems. As a result, in situ formulations are suitable drug delivery systems for S-nitrosothiols, and represent a potential therapeutic tool, in particular in the field of ischemic diseases

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