Les cellules épidermiques des téguments des graines d’Arabidopsis thaliana, espèce myxospermique, libèrent un halo de mucilage polysaccharidique lors de leur imbibition. Les polysaccharides du mucilage sont produits et accumulés au cours du développement de la graine, selon un processus de différenciation déjà largement décrit (Western et al. 2006). Au laboratoire, une mutation naturelle a été mise en évidence chez l’accession Djarly, dont les graines ne libèrent pas de mucilage au cours de leur imbibition. Le clonage positionnel a démontré que le locus affecté chez Djarly code pour un inhibiteur de pectine méthylestérase (PMEI6). Les PMEIs exercent un contrôle négatif sur l’activité des pectines méthylestérases (PME), enzymes qui déméthylestérifient les homogalacturonanes, par la formation d’un complexe PME-PMEI (Di Matteo et al., 2005 ; Hothorn et al., 2004). Des études génétiques, cytologiques et biochimiques ont prouvé que PMEI6 régule la méthylestérification des homogalacturonanes du mucilage et des parois cellulaires distales des cellules épidermiques de la graine retardant la libération du mucilage séminal. L’expression de PMEI6 dépend des régulateurs de transcription GLABRA2 et MUM1. L’activité PME dans les cellules épidermiques des graines est aussi modulée par la subtilisine serine protéase AtSBT1.7, et le phénotype additif du mutant pmei6 atsbt1.7 indique que PMEI6 régule d’autres PMEs. Djarly fait partie d’un groupe de vingt accessions, dont les graines flottent à cause de modifications des propriétés du mucilage séminal. Ces accessions portent au moins dix mutations indépendantes, qui affectent au moins 4 locus différents. Cette étude nous a permis de proposer que la modification des propriétés du mucilage est impliquée dans l’adaptation à l’environnement local, permettant la dispersion à longue distance des graines par l’eau. / Upon imbibition, the myxospermous seeds of Arabidopsis thaliana, form a mucilage from hydrated polysaccharides released from the epidermal cells of the seed coat. These polysaccharides are produced and accumulated during seed development in a differentiation process that has been described in detail (Western et al. 2006). A screen of Arabidopsis accessions identified Djarly as a natural mucilage mutant affected in mucilage release on imbibition. The locus defective in Djarly was identified by map-based cloning as encoding a pectin methylesterase inhibitor (PMEI6). Theseproteinaceous inhibitors negatively control the activity of pectin methylesterases (PME), enzymes that demethylesterify HG, through the formation of a PME-PMEI complex (Di Matteo et al., 2005; Hothorn et al, 2004). Genetic, cytological and biochemical studies demonstrated that PMEI6 regulates methylesterification of homogalacturonans present in mucilage and the outer cell wall of seed coat epidermal cells. Delayed seed mucilage release in pmei6 mutants results, therefore, from the reduced level of homogalacturonan methylesterification. Expression of PMEI6 required the transcription regulators GLABRA2 and MUM1. PME activity in seed coat epidermal cells is also modulated by the subtilisin serine protease AtSBT1.7, and the additive phenotype of pmei6 atsbt1.7 mutants indicates that PMEI6 regulates different PMEs. Djarly is one of twenty accessions where seeds float due to modifications of mucilage properties. At least ten independent mutations are responsible for the mucilage modifications in these accessions, affecting at least 4 different loci. This study has led us to propose that these mucilage modifications are local adaptations that allow longdistance seed disperal on water.

Les nucléotides naturels et les analogues nucléotidiques présentent des activités pharmacologiques importantes : par exemple, le nucléotide adénosine triphosphate (ATP) présente un intérêt pour le traitement de l'ischémie ou de plaques d'athérosclérose. L'utilisation clinique de ces molécules est cependant limitée en raison de la présence d'un groupe triphosphate, qui est sujet à l'hydrolyse in vivo, et responsable de la forte hydrophilie des molécules, ce qui limite fortement leur capture par les cellules cibles et l'accès à leurs cibles pharmacologiques intracellulaires. Pour surmonter ces limitations et permettre l'administration de nucléotides et d’analogues nucléotidiques, l'utilisation de systèmes de drug delivery comme les nanoparticules pourrait assurer la protection et l'administration ciblée des molécules actives. Cependant, les nanoparticules conçues pour l’administration intraveineuse ne sont pas toujours adaptées au traitement de certaines maladies chroniques. C’est pour cela qu’un implant sous-cutané avec des caractéristiques de libération prolongée peut représenter une alternative valable, tout en étant peu invasif et capable d’atteindre les tissus lymphatiques, cible importante de plusieurs thérapies.Le premier chapitre de cette thèse porte sur la formulation de nanoparticules pour encapsuler l’ATP ou la zidovudine triphosphate (AZT-TP), grâce à la présence du chitosane (CS). Ces nanoparticules sont formées par interactions ioniques entre les charges positives du chitosane et les charges négatives des groupes triphosphates de l’ATP ou de l’AZT-TP. Dans ce travail, les nanoparticules sont caractérisées et leur délivrance cellulaire de l’ATP et de l’AZT-TP est démontrée sur une lignée cellulaire de macrophages. Dans un deuxième temps, la stabilité de ces systèmes a été améliorée afin d'obtenir un meilleur comportement en conditions physiologiques. Cette amélioration de la stabilité a été obtenue par la complexation du fer(III) au chitosane (CS-Fe). Cette stratégie a été appliquée aux nanoparticules de tripolyphosphate (TPP) et d’ATP. Les nanoparticules ont été ensuite testées sur deux lignées de cellules macrophagiques, montrant une internalisation améliorée de l’ATP par rapport aux nanoparticules précédentes. Enfin, les nanoparticules à base de CS-Fe et ATP ont été dispersées dans une solution de PLGA, dans le but de mettre au point un implant à formation in situ. Une fois en contact avec les fluides physiologiques, la suspension prend la forme d’un dépôt solide. Des études de libération in vitro montrent la capacité des systèmes de retenir les nanoparticules à l’intérieur de la matrice et de les libérer de façon progressive pendant 5 jours. Après administration sous-cutanée chez la souris, les implants de PLGA contenant les nanoparticules ont retenu l’ATP au lieu de l’injection jusqu’à 50 heures, comparé à quelques heures pour l’ATP libre et les nanoparticules libres, montrant ainsi leur pertinence comme systèmes pour la libération prolongée de nucléotides. / Natural nucleotides and nucleotide analogs display important pharmacological activities: for example the nucleotide adenosine triphosphate (ATP) could be an interesting molecule for the treatment of ischemia or atherosclerotic plaques. The clinical use of these molecules is however limited due to the presence of a triphosphate group, which is prone to hydrolysis in vivo, and responsible for the high hydrophilicity of the molecules, thereby strongly limiting their uptake by targeted cells and access to their intracellular pharmacological targets. To overcome these limitations and enable the administration of nucleotides and nucleotide analogs, the use of drug delivery systems such as nanoparticles may enable the protection and the targeted delivery of these drugs. Nanoparticles designed for intravenous injections are however not always convenient, e.g. in the case of chronic diseases. Therefore, a subcutaneous implant with sustained release features might represent a valid alternative, which is less invasive and can reach lymphatic tissues (important targets of many therapies). The first chapter of this thesis presents the formulation of nanoparticles to encapsulate ATP as well as zidovudine triphosphate (AZT-TP), thanks to the presence of chitosan (CS). These nanoparticles are formed through ionic interactions between the positive charges of chitosan and the negative charges of the triphosphate groups of ATP or AZT-TP. In this work, nanoparticles are characterized and their cellular delivery of ATP and AZT-TP inside a macrophage cell line is demonstrated. In a second time, the stability of these systems has been improved in order to obtain a better behavior in physiological conditions. This improved stability has been achieved through the complexation of chitosan to iron(III) (CS-Fe). This strategy has been applied to TPP and ATP nanoparticles. These nanoparticles have been tested on two macrophages cell lines showing an improved internalization compared to the previous ones. Finally, CS-Fe/ATP nanoparticles have been dispersed in a PLGA solution in order to develop an in situ forming implant. Once in contact with physiological fluids, the suspension turns into a solid depot. In vitro release studies show the ability of the systems to retain nanoparticles inside the matrix and to gradually release them over 5 days. After subcutaneous administration to mice, PLGA implants containing nanoparticles were able to retain ATP at the injection site for up to 50 hours, as compared to few hours of free ATP or free nanoparticles, showing therefore their relevance as sustained release systems of nucleotides.

La capacité à incorporer le diclofenac de sodium (DFS) ou des composés à base de platine comme le cisplatine (CisPt), le sel de Zeise ou le tétrachlorure de platine IV (PtCl₄) au sein des matrices hybrides basées sur les chaînes polyéther de caractère hydrophilique (PEO) ou hydrophobique (PPO) et utilisant comme points de réticulation des nodules de type siloxane a été étudiée. Ces composés d’intérêt académique possèdent des applications dans le traitement du cancer (cipslatine) ou en catalyse (sel de Zeise). Dans les matrices avec DFS la diminution de la température de fusion de l'hybride PEO1900 semi- cristallin et la réduction des valeurs de Tg associés aux mesures Raman confirment l'existence d'interactions entre le DFS et les chaînes PEO de la matrice hybride. La coexistence dans l’hybride de phase amorphe et cristalline a été clairement démontrée par la libération bimodale du médicament pour PEO1900 matrice.Les quantités optimales pour avoir une matrice homogène incorporant le CisPt sont 5.4 % m/m avec PEO1900 et 1.8% m/m avec PPO2000. Les mesures EXAFS et Raman convergent vers une préservation de la structure locale du CisPt dans les matrices. Les mesures de SAXS montrent que l’intensité du pic de corrélation entre nœuds de réticulation de type siloxane est affectée par l’incorporation du CisPt dans la matrice en diminuant d’intensité sans changer de position. Ce résultat est interprété par le remplissage de l’espace entre les nœuds par le CisPt. Les profils de libération des matrices PEO1900 montrent que la libération est indépendante de la concentration en CisPt et que le gonflement de la matrice est le mécanisme dominant permettant d’expliquer la cinétique de libération.Pour les hybrides incorporant PtCl₄, il a été montré la coexistence de deux entités de Pt, une espèce Pt(II) et une espèce Pt(IV). L’espèce Pt(II) est identifiée comme (PtCl₄)²⁻ alors que l’espèce Pt(IV) est PtCl₄ dissout dans la matrice. Le rapport entre espèces Pt(II) et Pt(IV) change avec la matrice : L’espèce Pt(II) est dominante pour les matrices à base de PEO alors que les proportions Pt(II) et Pt(IV) sont quasi équivalentes pour les matrices à base de PPO. Il est proposé que l’espèce (PtCl₄)²⁻ interagisse avec les groupements urée localisés en bout de chaînes ainsi qu’avec les chaînes polymériques par les groupements éther. Ces interactions sont favorisées par le caractère anionique de l’espèce Pt(II). L’espèce neutre PtCl₄ interagit avec la matrice de la même façon que le CisPt, ie en remplissant l’espace libre laissé par les chaînes polymériques. Lors des tests de libération, l’espèce neutre est facilement libérée en solution aqueuse, l’espèce anionique Pt(II) restant emprisonnée.Tout comme PtCl₄, le sel de Zeise se montre soluble dans les matrices hybrides et permet l'obtention d'échantillons homogènes et transparents. L’EXAFS et la spectroscopie Raman montrent que si les liaisons Pt-Cl des échantillons hybrides sont identiques à celles caractérisant le sel de Zeise, les vibrations Pt-C₂H₄ ne sont mises en évidence dans les échantillons qu’après une période de vieillissement. Pour la matrice hybride PEO1900 avec sel de Zeise, la formation de platine métallique au cours du processus de libération a été mise en évidence.L’analyse structurale des matrices incorporant différentes molécules de platine et la corrélation des résultats obtenus avec les tests de libération montrent que l’interaction faible avec la matrice des molécules neutres comme le CisPt est responsable d’une libération contrôlée par les propriétés de la matrice vis-à-vis du gonflement. L’incorporation d’espèces de Pt anioniques, comme (PtCl₄)²⁻ ou le sel de Zeise, conduit à des échantillons pour lesquelles les quantités d’espèces Pt libérées sont notablement plus faibles comparativement au CisPt. Les fortes interactions de la matrice avec les espèces anioniques sont responsables des difficultés rencontrées pour les libérer en solution. / The capacity of hydrophilic (POE) or hydrophobic (POP) siloxane-polyether hybrid matrixes to incorporate platinum based compounds like platinum (IV) tetrachloride (PtCl₄), cisplatin (CisPt), Zeise salt and sodium diclofenac (SDF) was studied. These compounds present academic interest and are applied in cancer disease treatment (CisPt) or catalysis (Zeise salt).The decrease in melting temperature of the semi-crystalline POE1900 hybrid and the decrease of the Tg values together with the Raman results confirm the interactions between SDF and the POE chains of the hybrid matrix. The coexistence of a crystalline and amorphous hybrid phase was clearly evinced by the bimodal drug release pattern achieved for the POE1900 matrix. Optimum amounts for the preparation of homogeneous matrix with CisPt are 5.4% m/m and with PEO1900 1.8% m/m with PPO2000. The local structure of CisPt inside the matrices is preserved. SAXS measurements show that the intensity of the correlation peak between siloxane crosslinks is affected by the CisPt incorporation in the matrix. The observed decrease in intensity without shift in position is interpreted as resulting from the filling of the space between the SiO2 nodes by CisPt. The release profiles of PEO1900 matrices show that the release is independent of the CisPt concentration and that the swelling of the matrix is the dominant process for explaining the release mechanism.For hybrids incorporating (PtCl₄), it has been shown the existence of two Pt entities, a Pt(II) species and a Pt (IV) ones. The Pt(II) species is identified as(PtCl₄)²⁻ whereas the Pt(IV) species is (PtCl₄) dissolved in the matrix. The ratio of Pt(II) and Pt(IV) species is dependent on the matrix nature: The Pt(II) species is dominant for the PEO-based matrices whereas Pt(II) and Pt(IV) proportions are almost equal for matrices based on PPO. It is proposed that the (PtCl₄)²⁻ species interact with the urea groups located at the ends of the polymeric chain and with the by ether groups of the polymer chains. These interactions are facilitated by the anionic nature of the species Pt(II). The neutral species PtCl₄ interact with the matrix in the same way that the CisPt, ie by filling the empty space between the polymer chains. During release essays, the neutral PtCl₄ species is easily released in aqueous solution, the anionic Pt (II) species remaining embedded inside the matrix. As PtCl₄, the Zeise salt is soluble in matrixes giving rise to homogeneous and transparent samples. Raman spectroscopy and EXAFS show that if the Pt-Cl bonds of the hybrid are identical to those found in the Zeise salt,Pt-C₂H₄ vibrations are only identified in the samples after a ageing period. For PEO1900 hybrid matrix loaded with Zeise salt, the formation of metallic platinum was observed during the release essays.The correlation of the structural results gained on the matrices incorporating different platinum molecules with the results of the release assays evidences that the weak interaction of neutral molecules with the matrix is responsible to the fact that the release of CisPt is mainly controlled by the swelling properties of the matrix. The incorporation of anionic Pt species, as (PtCl₄)²⁻ or Zeise salt, gives rise to samples for which the amount of released Pt species are significantly lower than the one obtained for hybrids loaded with CisPt. The strong interactions between the matrix and the anionic species are responsible for the fact that the anionic species is not easily released in solution.

Les systèmes à libération prolongée de principe actif constituent un enjeu thérapeutique dans le domaine pharmaceutique et vétérinaire. Ces systèmes présentent différents avantages comme une réduction de la fréquence d’administration permettant une meilleure observance du traitement ainsi qu’un apport optimisé de la dose thérapeutique. Des systèmes à base de principe actif hydrophobe, de polymère et de composé hydrosoluble, ont été élaborés selon différents procédés et ont été caractérisés. Les relations structure/fonctionnalité des différents systèmes ont été mises en évidences grâce à différentes techniques comme la spectroscopie Raman. Les structures, les mécanismes et le temps de libération de l’actif diffèrent selon la nature du polymère, la formulation et la technique de mise en forme. Ce travail fournit des éléments de compréhension et des outils méthodologiques utiles pour le développement de nouvelles formes galéniques à base de polymères biocompatibles, modulables en termes de taille, de temps de libération et de cible thérapeutique. / Controlled release systems are a therapeutic challenge in the pharmaceutical and veterinary. These systems give advantages such as reduced frequency of administration for better observance and an optimized intake of the therapeutic dose. Systems based on hydrophobic active ingredient, polymer and water soluble compound, have been developed by various methods and have been characterized. The structure / functionality have been put into evidence through various techniques such as Raman spectroscopy. The structures, mechanisms and the release time depending on the type of polymer, formulation and shaping technique. This work provides elements of understanding and useful methodological tools for the development of new formulations based on polymeric matrix system, flexible in terms of size, time of liberation and therapeutic target.

Jusqu'à aujourd'hui, le traitement des maladies oculaires postérieures, telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge, la rétinopathie diabétique et l'uvéite, reste difficile. L'œil avec ses différentes barrières oculaires est bien protégé des agressions extérieures. Ces barrières réduisent également la biodisponibilité des médicaments pour le vitré. Après une administration topique, seule une quantité limitée (0,001 - 0,0004 %) permet d'atteindre le vitreux. Ceci est causé par exemple par une dilution des larmes et une faible perméabilité cornéenne du médicament. Après une administration systémique ou orale, les barrières hémato-oculaires empêchent le médicament d'entrer et seulement environ 2 % du médicament administré se trouve dans le vitré. Afin d'atteindre des concentrations thérapeutiques, une dose élevée doit être administrée, ce qui augmente le risque d'effets secondaires. La façon la plus efficace de traiter les maladies postérieures restent l'injection intravitréenne. Cependant, de petites molécules lipophiles comme la dexaméthasone peuvent facilement se diffuser à travers la rétine et les barrières oculaires et ont donc une demi-vie limitée de quelques heures seulement. Étant donné que de nombreuses maladies postérieures sont chroniques, une injection intravitréenne fréquente serait nécessaire. Chaque injection comporte des risques de décollement de la rétine, d'hémorragie et d'autres effets secondaires. Les implants biodégradables pour administration intravitréenne peuvent prolonger la libération du médicament et en diminuer les effets secondaires. PLGA est un polymère largement utilisé qui est biocompatible et biodégradable. Il peut également soutenir la libération du médicament de quelques jours à plusieurs mois. Dans cette étude, les implants de formation in situ (ISFI) et les implants préformés préparés par extrusion à chaude ont été étudié en profondeur. L'objectif de ce travail était (i) d'étudier l'impact du volume du rejet (ii) évaluer le comportement de libération, de gonflement et de dégradation des implants préformés préparés avec différentes charges de médicament et différents types de polymères, (iii) visualiser la libération de médicament et l'absorption d'eau des implants préformés et de l'ISFI en utilisant des médicaments modèles colorés et (iv) étudier l'effet des quantités variables des différents additifs sur les caractéristiques essentielles de l'ISFI. Ces informations peuvent aider à fabriquer des implants avec différents profils de libération. Nos études montrent que l'ISFI est assez robuste en ce qui concerne les différents volumes de l'humeur vitreuse que l'on peut rencontrer in vivo. Cependant, le poids moléculaire et la concentration du polymère ont une forte influence sur la morphologie et le gonflement de l'implant. Par conséquent, la dégradation et la libération du médicament sont affectées. Pour les implants préformés, le gonflement "orchestre" la libération du médicament. Au début, seule une quantité limitée d'eau peut se diffuser dans les implants. Ainsi, seules des quantités insignifiantes du médicament sont dissoutes et peuvent être libérées. Lorsque le PLGA commence à se dégrader, le polymère devient plus hydrophile et de plus grandes quantités d'eau peuvent pénétrer. Ce gonflement du polymère facilite la dissolution et la diffusion du médicament et déclenche la libération du médicament. Les études utilisant des médicaments modèles colorés corroborent le rôle de la pénétration de l'eau et de la dissolution du médicament pour les implants préformés. En ce qui concerne l'ISFI, il a visualisé l'importance de la concentration du polymère sur la structure interne de l'implant qui en résulte et par conséquent l'absorption d'eau et la libération du médicament. Le comportement de gonflement et la morphologie de l'ISFI pourraient également être modifiés de manière significative en utilisant différents additifs. L'effet global sur la libération du médicament a été limité. / Until today, the treatment of posterior eye diseases, such as age-related macular degeneration, diabetic retinopathy and uveitis, remains challenging. The eye with its different ocular barriers is well protected from external factors. Those barriers also reduce the bioavailability of drugs to the vitreous. After a topical administration, only a limited amount (0.001 – 0.0004 %) reaches the vitreous. This is caused by for example reflexive blinking, tear dilution and a low corneal permeability of the drug. After a systemic or oral administration, the blood-aqueous and the blood-retinal barrier hinder the drug from entering and only around 2 % of the administered drug is found in the vitreous. In order to reach therapeutic concentrations, a high dose has to be given which in turn increases the risk for systemic side effects. The most efficient way to treat posterior diseases remains the intravitreal injection. However, small lipophilic molecules like dexamethasone can easily diffuse through the retina and the blood-ocular barriers and, thus, have a limited half-life of just a few hours. Since many of the posterior diseases are chronic, a frequent intravitreal injection would be necessary. Every intravitreal injection bears the risks for retinal detachment, hemorrhage, and other side effects. Biodegradable implants for intravi-treal administration can prolong the drug release and in turn decrease the side effects. Poly(lac-tic-co-glycolic acid) (PLGA) is a widely used polymer that is biocompatible and biodegrada-ble. It can also sustain the drug release from a few days up to several months. In this study, in-situ forming implants (ISFI) and pre-formed implants prepared via hot melt extrusion were studied in depth. The aim of this work was (i) to study the impact of the volume of the release medium, polymer type and concentration as well as drug content of different ISFI, (ii) to eval-uate the drug release, swelling and degradation behavior of pre-formed implants prepared with different drug loadings and polymer types, (iii) to visualize the drug release and water uptake of ISFI and pre-formed implants using colored model drugs and (iv) to investigate the effect of varying amounts of different additives on key features of ISFI. This knowledge can help to manufacture implants with different release profiles. Our studies show that ISFI are rather ro-bust regarding different volumes of the vitreous humor that could be encountered in vivo. How-ever, the polymer molecular weight and polymer concentration have a strong influence on the morphology and swelling behavior of the implants. Consequently, the degradation and drug release are affected. For pre-formed implants the swelling “orchestrates” the drug release. In the beginning only limited amounts of water can diffuse into the implants. Thus, only insignif-icant amounts of the drug are dissolved and can be released. When the PLGA starts to degrade, the polymer becomes more hydrophilic and bigger amounts of water can penetrate. This poly-mer swelling facilitates drug dissolution and diffusion and initiates the drug release. The studies using colored model drugs corroborate the role of water penetration and drug dissolution for pre-formed implants. Concerning ISFI, it visualized the importance of the polymer concentra-tion on the resulting inner implant structure and consequently the water uptake and drug release. The swelling behavior and morphology of ISFI could also be significantly altered using differ-ent additives. The overall effect on the drug release was limited.

Dans le domaine pharmaceutique, la voie orale demeure la voie d’administration de prédilection, car plus simple et mieux acceptée par les patients. Cependant, ce mode d’administration pose problème pour de nombreux principes actifs (PA) présentant une faible solubilité, une faible perméabilité et/ou une instabilité dans l’environnement gastro-intestinal. Leur micro-encapsulation dans des matrices polymériques peut permettre d’y répondre, notamment si les microparticules générées résistent aux environnements rencontrés lors du tractus gastro-intestinal et jouent alors un rôle protecteur, tant pour le principe actif que pour les muqueuses rencontrées. La recherche de nouveaux excipients, issus des agro-ressources tels que les polymères naturels, est en plein essor. Les protéines végétales, grâce à leurs propriétés fonctionnelles telles qu’une bonne solubilité, une viscosité relativement basse, et des propriétés émulsifiantes et filmogènes, représentent des candidats privilégiés. De plus, la grande diversité de leurs groupements fonctionnels permet d’envisager des modifications chimiques ou enzymatiques variées. L’objectif de ce travail était d’étudier l’intérêt de la protéine de soja en tant que matériau enrobant de principes actifs pharmaceutiques destinés à la voie orale, et plus particulièrement en tant que candidat pour l’élaboration de formes gastro-résistantes. Un isolat protéique de soja (SPI) été utilisé comme matière enrobante et l’atomisation comme procédé. L’ibuprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien, a été choisi comme molécule modèle du fait de sa faible solubilité nécessitant une amélioration de sa biodisponibilité, et de ses effets indésirables gastriques nécessitant une mise en forme entérique. Deux modifications chimiques des protéines (l’acylation et la succinylation) ont été étudiées dans le but de modifier la solubilité de la protéine de soja. Ces modifications ont été effectuées dans le respect des principes de la Chimie Verte, notamment en absence de solvant organique. Les microcapsules obtenues par atomisation ont été caractérisées en termes de taux et efficacité d'encapsulation, morphologie et distribution de tailles des particules, état physique du PA encapsulé et capacité de libération en milieu gastrique et intestinal simulé. Les résultats obtenus ont permis de valider l’intérêt des modifications chimiques de la protéine de soja pour moduler les cinétiques de libération d’actif. Les modifications chimiques sont apparues particulièrement adaptées pour l’encapsulation de principes actifs hydrophobes, et ont permis de l’obtention de cinétiques de libération d’ibuprofène ralenties à pH acide (gastrique). La dernière partie de ce travail a permis de valider cette dernière hypothèse par la réalisation de formes gastro-résistantes sur le modèle des comprimés MUPS (multiple unit pellet system). Les résultats de ce travail exploratoire démontrent que les protéines de soja, associées à un procédé de mise en forme multi-particulaire couplé à de la compression directe, peuvent constituer une alternative biosourcée, respectueuse de l’environnement (manipulation en solvant aqueux, temps de séchage et étapes de compression réduits) et sûre à l’enrobage utilisé dans les formes gastro-résistantes traditionnelles.

La thèse présente l'étude des polymères biocompatibles dans le domaine de la libération contrôlée de médicaments. Les principes de la libération contrôlée sont soulignés et les applications des polymères sont décrites. Séries de copolymères de HEMA ont été synthétisées par polymérisation en suspension-dispersion, polymérisation précipitante et en masse. La fonctionnalisation a été donnée par l'introduction de monomères comme : methacryloxyethyl phospahte, guanidino-propyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, diallyldimethyl ammonium chloride, methacryloyloxyethyl acetoacetate, methacryloyloxyethyl trimethylammonium chloride, glycidyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate. Les polymères ont été caractérisés physico-chimiquement et biologiquement. Les rapports de réactivité des monomères dans les systèmes : MMA-TIPA, HEMA-AA, AA-dDMA, HEMA-dDMA-AA ont été étudiés. Une autre direction a été l'étude du comportement de ces copolymères avec des colorants fluorescents, et d'un copolymère contenant du MMA et un monomère iodé, pour la détection biologique. Pour l'obtention de systèmes actifs de libération, on aa utilisé deux méthodes : liaison physique en cas de thalidomide et liaison chimique pour le nafcilline. La liaison polymère-médicament a été analysée par FT-IR et UV, et a été confirmée par MEB et EDX. On a effectué des études in vitro pour vérifier les interactions entre les polymères chargés avec médicaments et les cellules, en utilisant comme méthode d'analyse le FOM, dans le cas du thalidomide, et l'UV-VIS, pour le nafcilline. Les résultats obtenus donnent une vraie option pour une future utilisation dans le domaine de l'anti-angiogenèse des tumeurs.

Le recours à l'utilisation des polymères naturels ou d'origine naturelle dans le développement de différentes formes galéniques solides est très commun dans l'industrie pharmaceutique. Un de ces polymères est l'amidon, un polysaccharide biocompatible et abondant, qui provient de sources renouvelables. Dans le présent projet, le carboxyméthyl amidon (CMA), un des dérivés de l'amidon, a été testé in vitro comme excipient pour le transport de substances actives avec des comprimés obtenus par compression directe de poudres. L'objectif principal consistait à préparer des matrices qui permettent des libérations contrôlées simulant le transport des substances actives à différentes parties du tractus gastro-intestinal. En utilisant l'acétaminophène comme substance active modèle, la première étude a montré que la vitesse et le mécanisme de libération à partir des matrices à base de CMA dépendent du degré de carboxyméthylation du CMA, du ratio de protonation (RP) des groupements carboxylates et du pH du milieu de dissolution. La libération la plus lente dans un fluide intestinal simulé a été obtenue avec un CMA de DS 0,11. Avec des DS plus petits, les matrices n'ont pas développé un hydrogel suffisant pour contrôler la libération. Avec des DS plus élevés, les CMA sont devenus très solubles et ont favorisé 1' érosion des matrices. La protonation des excipients de CMA avant leur utilisation dans la formulation peut, selon les cas, avoir deux effets inverses sur les temps de libération à partir des matrices. Lorsque les groupements carboxyles du CMA sont libres (non-liés), ils interagissent avec les molécules d'eau du milieu de dissolution pour développer un hydrogel qui permet une libération plus lente que celle obtenue avec la forme sodium du CMA. Par contre, lorsque les groupements carboxyles du CMA sont liés via des liaisons d'hydrogène inter- et intra-chaîne, le taux d'hydratation du polymère et sa capacité à développer un hydrogel deviennent très faibles. Dans ce dernier cas, la diffusion du liquide à l'intérieur des matrices s'accélère et la libération de l'acétaminophène devient très rapide. Les interactions carboxyles-carboxyles ou carboxyles-hydroxyles au sein du polymère via des liaisons d'hydrogène augmentent avec l'augmentation du DS et du RP. Afin d'assurer une libération prolongée à partir des matrices, les études subséquentes ont été consacrées à l'élaboration et à l'étude d'un excipient moins soluble que le CMA dans un fluide intestinal simulé et, par conséquence, moins sensible à l'action de l'α-amylase. Ainsi, un complexe polyélectrolyte (CPE) de CMA et de chitosane a été préparé par une simple coprécipitation des deux polymères. Les matrices à base de CPE ont permis des libérations plus lentes de l'acétaminophène, de l'aspirine et de l'ovalbumine que celles obtenues avec les matrices à base de CMA. Ces matrices ont aussi permis une très bonne protection de l'ovalbumine formulée contre la dégradation par la pepsine. Le mélange physique CMA:chitosane contenant la même proportion de chitosane que celle du complexe n'a pas montré une amélioration en termes de protection et de temps de libération par rapport au CMA. Ceci a permis de constater que l'association du CMA et du chitosane au niveau moléculaire favorise plus d'interaction entre ces deux polymères que dans le cas du mélange physique. Cette conclusion a été confirmée par imagerie RMN en évaluant les vitesses de diffusion des milieux de dissolution dans des comprimés monolithiques non chargés et en mesurant les taux de gonflement de ces comprimés. Les propriétés de mucoadhésion des comprimés, la bonne protection de l'ovalbumine formulée contre la dégradation par la pepsine et les différents temps de libération assurés par les matrices sont importants pour le développement des formulations convenables pour des vaccinations par voie orale. La pertinence et l'originalité du présent projet réside dans l'utilisation d'un excipient d'origine naturelle et économique, le CMA, et d'une simple méthode de formulation pour préparer des matrices pouvant assurer des libérations contrôlées et des différents temps de libération des substances actives. La mise au point d'un nouveau complexe polyélectrolyte CMA-chitosane a permis la préparation des matrices qui peuvent assurer des libérations prolongées des substances actives sans avoir recours à la réticulation des polymères avec des agents de réticulation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : carboxyméthyl amidon, chitosane, complexe polyélectrolyte, excipient, formulations pharmaceutiques, comprimés monolithiques, voie orale, libération contrôlée, libération prolongée.

Une approche couplant analyses physicochimique et sensorielle a été mise en oeuvre pour comprendre le rôle de la viscosité complexe, modifiée par la composition en protéines et l'intensité du traitement mécanique appliqué, sur la perception olfactive au cours de la consommation de yaourts brassés aromatisés. La viscosité complexe des yaourts influence les propriétés sensorielles des matrices et la libération des composés d'arôme en conditions statiques, c'est-à-dire en conditions non agitées et à l'équilibre entre phases aire et matrice. Globalement, les yaourts les plus visqueux libèrent de plus faibles quantités de composés d'arôme et sont perçus les moins intenses en arôme, quel que soit le facteur de variation de la viscosité complexe, composition protéique ou traitement mécanique. Or, la consommation est un processus dynamique. C'est pourquoi des mesures in vivo de libération des composés d'arôme dans la cavité nasale ont été effectuées en parallèle de l'évaluation de la perception olfactive au cours de la consommation. Lors de l'ingestion, les variations de quantités de composé d'arôme libérés dans la cavité nasale, dépendantes des différences de viscosité complexe des matrices, contribuent à expliquer les différences de perception de l'intensité aromatique. Par ailleurs, la composition protéique influence la libération des composés d'arôme uniquement lorsque les yaourts présentent de larges variations de viscosité complexe et par conséquent de texture. Lorsque les yaourts subissent un fort traitement mécanique, aucun effet de la composition protéique sur la libération et la perception des composés d'arôme n'est observé. Ainsi, en bouche, la libération des composés d'arôme et leur perception sont plus influencées par les différences de viscosité complexe que par les interactions protéine-composés d'arôme. Afin d'affiner les hypothèses des mécanismes de libération des composés d'arôme en bouche, l'impact de la déstructuration des matrices a été étudié en conditions in vitro. Mais, la libération des composés ne dépend pas de cette déstructuration. Ainsi, la viscosité complexe, qui pourrait expliquer des différences de surface d'échange entre le produit et la cavité buccale, constituerait le facteur clé à l'origine de la perception aromatique. Par ailleurs, l'influence de l'emballage sur les caractéristiques physicochimiques et sensorielles de yaourts brassés aromatisés a également été étudiée au cours du stockage. Les propriétés physicochimiques et sensorielles des yaourts à 0% de matière grasse sont davantage influencées par la nature de l'emballage que celles des yaourts à 4% de matière grasse. Un emballage en polystyrène semble préférable pour éviter la perte des notes fruitées du yaourt. Ces résultats montrent la nécessité d'intégrer la nature de l'emballage dans la formulation de la composition aromatique du yaourt.

La mésalamine est couramment utilisée dans le traitement des maladies inflammatoires de l'intestin (MII) et son efficacité est étroitement reliée à une action locale, au niveau du côlon. L'absorption systémique de la mésalamine, dans les parties pré-coloniques, entraîne non seulement une réduction importante de la dose efficace, mais aussi un risque élevé des effets indésirables. Actuellement, les formes commerciales (i.e. Asacol®) administrées par voie orale sont majoritairement basées sur un système pH-dépendant. L'inconvénient majeur de cette technologie est la grande variation interindividuelle du pH gastro-intestinal avec un impact notable sur le profil de libération de la mésalamine. L'objectif principal de la présente recherche a été d'élaborer un nouveau système pH-indépendant qui assure une protection de la mésalamine durant le passage gastrique et une livraison dans le côlon. Pour y parvenir, un nouvel excipient à base de Carboxyméthylamidon (CMA) a été mis au point et utilisé comme excipient pour le transport de la mésalamine dans le côlon. Le CMA a été déjà proposé comme matrice pour la libération contrôlée de petites molécules ou des agents bioactifs mais il reste moins performant pour la livraison au côlon à cause de sa solubilité élevée dans un milieu neutre et de sa sensibilité à l'amylolyse. Dans ce contexte, nous avons considéré la complexation du CMA avec la lécithine (L) afin d'obtenir une matrice plus hydrophobe qui pourrait assurer une libération retardée des substances actives. Le complexe CMA/L a été obtenu par traitement à haute température du mélange de CMA et de L. La formation du complexe a été élucidée à l'aide du test d'iode, des analyses d'infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), de diffraction des rayons X (DRX) et de la microscopie électronique de balayage (MEB). Les résultats ont montré qu'il y a une insertion partielle des chaines alkyle de l'acide gras à l'intérieur de l'hélice du CMA, tandis que la partie polaire est dirigée à l'extérieur. De plus, certaines parties alkyles des L non incluses dans l'hélice (extra-hélicales) sont stabilisés entre les deux chaines macromoléculaires de CMA via des interactions ioniques et associations hydrophobes. L'étude des profils de dissolution a montré qu'il y a une très faible (< 5 %) libération de mésalamine pour les premières 5 h, mais une libération rapide à partir de 6 h et complète après 8 h dans le milieu intestinal simulé. Aucune différence significative n'a été observée entre les profils cinétiques de la mésalamine à des différentes valeurs de pH du milieu intestinal (6,5-7,5) suggérant que la matrice CMA/L est un système pH-indépendant au niveau intestinal. Par ailleurs, en variant la proportion de la matrice, une libération temps-dépendante a été observée, ce qui permet de « programmer » la livraison des médicaments aux sites désirés. Ce type de complexe est différent des complexes de l'amidon (amylose) avec des acides gras (monoalkyles) inclus dans la structure hélicoïdale et aussi différent des complexes polyélectrolytes du CMA avec le chitosane. À notre connaissance, cette étude est une des premières à mettre en évidence des relations entre l'amidon modifié et les lipides dialkyles, ce qui pourrait servir de base à différentes applications telles que cosmétique, nutraceutique ou alimentaire, etc. Un autre complexe à base de mésalamine (MES) et de sucralfate (SUC) a été préparé et caractérisé. Les études d'analyse structurale ont montré que les interactions entre la MES et le SUC ont lieu dans le mi lieu aqueux. Selon notre hypothèse dans ce type de complexes, le sucralfate par ses propriétés muco-adhésives, pourrait prolonger le temps de séjour du comprimé dans le côlon. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Carboxyméthylamidon, Lécithine, Complexe, Libération temps-dépendante, Côlon, Mésalamine, Maladies inflammatoires de l'intestin.