Des microparticules de rifampicine pour l'administration intraoculaire ont été développées en vue du traitement prophylactique de l'endophtalmie post-chirurgicale. Ces microparticules à base d'un polymère biodégradable, le PLGA, sont produites par émulsion-diffusion. Tout d'abord l'influence des paramètres de formulation et de procédé sur les caractéristiques des microparticules (taille, charge, taux d'encapsulation...) a été étudiée. La formulation a par la suite pu être optimisée par la mise en place d'un plan d'expérience, ce qui a permis de mettre en valeur les paramètres clefs influençant les propriétés des microparticules (concentrations en PLGA et PVA, présence ou non d'un coeur huileux...) et donc d'optimiser la formulation pour obtenir des microparticules adéquates pour l'administration intraoculaire de rifampicine (1μm

Aujourd'hui, l'encapsulation de protéines dans le but de chercher une action prolongée reste un défi dans le domaine de microencapsulation. Ce sujet de recherche attire beaucoup l'attention des chercheurs depuis des décennies en raison des avantages que l'encapsulation de protéines pourrait apporter au confort du patient et à l'efficacité du traitement thérapeutique. L'encapsulation de protéines dans des systèmes polymériques comme par exemple des microparticules de PLGA (polylactique- glycolique-acide) est une des approches permettant d'atteindre ce objectif. Nombreuses méthodes d'encapsulation ont été décrites mais le point négative généralement observé dans ces méthodes est l'utilisation des solvants organiques volatiles, considérés toxiques pour la santé humaine et l'environnement. Le but de ce travail était d'élaborer de nouveaux procédés de préparation de particules de PLGA en vue de l'encapsulation de protéine. Des solvants miscibles avec l'eau, non-volatiles et peu-toxiques (glycofurol, ,isosorbide dimethyl ether) ont été choisis pour l'utilisation dans des procédés présentés dans ce travail. Le CO2 pressurisé, possédant des propriétés physicochimiques fortement modulables, a été utilisé pour le développement de ces nouveaux procédés. Différents procédés ont été développés en basant soit sur le phénomène de séparation de phase, soit sur la méthode d'émulsification/extraction. Des particules sphériques de taille variant de 0.3 à 30 μm ont été générés avec le rendement d'encapsulation satisfaisant (65-80%). Les détails de la formulation sont présentés et le mécanisme de formation de particules est discuté. La méthodologie de plan d'expérience a été utilisée pour évaluer l'influence des paramètres opératoires et pour prédire le rendement d'encapsulation dans le domaine expérimental choisi.

This research centers on the fabrication, characterization, and engineering of inverse opal scaffolds, a novel class of three-dimensional (3D) porous scaffolds made of biocompatible and biodegradable polymers, for applications in tissue engineering and regenerative medicine. The unique features of an inverse opal scaffold include a highly ordered array of pores, uniform and finely tunable pore sizes, high interconnectivity, and great reproducibility. The first part of this work focuses on the fabrication and functionalization of inverse opal scaffolds based on poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA), a biodegradable material approved by the U.S. Food and Drug Administration (FDA). The advantages of the PLGA inverse opal scaffolds are also demonstrated by comparing with their counterparts with spherical but non-uniform pores and poor interconnectivity. The second part of this work shows two examples where the PLGA inverse opal scaffolds were successfully used as a well-defined system to investigate the effect of pore size of a 3D porous scaffold on the behavior of cell and tissue growth. Specifically, I have demonstrated that i) the differentiation of progenitor cells in vitro was dependent on the pore size of PLGA-based scaffolds and the behavior of the cells was determined by the size of individual pores where the cells resided in, and ii) the neovascularization process in vivo could be directly manipulated by controlling a combination of pore and window sizes when they were applied to a mouse model. The last part of this work deals with the novel application of photoacoustic microscopy (PAM), a volumetric imaging modality recently developed, to tissue engineering and regenerative medicine, in the context of non-invasive imaging and quantification of cells and tissues grown in PLGA inverse opal scaffolds, both in vitro and in vivo. Furthermore, the capability of PAM to monitor and quantitatively analyze the degradation of the scaffolds themselves was also demonstrated.

L'embolisation thérapeutique est devenu le traitement de choix pour l'hémorragie, les malformations artériovéneuses ou certains types de cancer. Parmi différents agents d'embolisation,les microsphères non dégradables (Embozene®, Bead BlockTM,...) sont les plus utilisées. Leur forme bien sphérique et leur taille calibrée permettent un meilleur ciblage dans les vaisseaux et une bonne qualité de l'occlusion. Dans certains cas cliniques, l'embolisation temporaire, envisageable avec l'utilisation des microsphères résorbables peut être bénéfique pour les patients. Le but du travail réalisé au cours de cette thèse a été le développement de microsphères résorbables satisfaisant les différents critères pour être employées comme matériaux d'embolisation (taille calibrée,biocompatibles, élastique pour être injectée au travers des cathéters mais suffisamment rigide pour résister à la pression sanguine). Dans cet objectif, nous avons développé une méthode de synthèse de microsphères constituées d'hydrogels hydrolysables par polymérisation en suspension. Une large gamme de microsphères ont été synthétisées en modulant la nature du réticulant et/ou la composition des milieux de polymérisation. Les expériences in vitro ont démontré que les microsphères obtenues sont satisfaisantes pour permettre leur injection au travers des cathéters. La dégradation rapide des ponts de réticulation a été confirmée à travers la diminution du module élastique G' et du pH du surnageant, accompagnée d'une augmentation du taux de gonflement.Malgré une dégradation partielle des microsphères (due à une réaction secondaire formant des liaisons de réticulation non dégradables), le temps de l'hydrolyse a répondu parfaitement au cahier de charges (entre 7 et 49 jours). Des études complémentaires pour optimiser la réaction de polymérisation vont permettre le développement de microsphères totalement dégradables.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-09-21T20:30:20Z No. of bitstreams: 1 TeseHWK.pdf: 5259387 bytes, checksum: 72d4bd1fcb3174ede9d168165f46252a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-28T19:23:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseHWK.pdf: 5259387 bytes, checksum: 72d4bd1fcb3174ede9d168165f46252a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-28T19:23:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseHWK.pdf: 5259387 bytes, checksum: 72d4bd1fcb3174ede9d168165f46252a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-28T19:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseHWK.pdf: 5259387 bytes, checksum: 72d4bd1fcb3174ede9d168165f46252a (MD5) Previous issue date: 2015-03-26 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The present study aimed to evaluate the effect of two different Biosilicate® (P2O5-Na2O-CaO-SiO2 system) presentations - highly porous scaffold and composite material – on a tibial bone defect model in rats. Two studies were performed; the first one aimed at evaluating the effect of highly porous scaffolds on bone regeneration using histopathological analysis, immunohistochemistry and immunoenzymatic assay. In this study, 80 male Wistar rats (12 weeks old and body weight of approximately 300 g) were divided in two groups (control and Biosilicate®) and euthanized after 3, 7, 14 and 21 days post-surgery. The histopathological evaluation revealed that both groups presented similar inflammatory responses after 3 and 7 days. At all time points, the scaffold degradation was observed, mainly in the border of the material, allowing the ingrowth of newly formed bone. The immunohistochemical analysis showed that the Biosilicate® scaffolds induced the synthesis of (i) ciclooxigenase 2 (COX-2), (ii) vascular endothelial growth factor (VEGF) and (iii) runt-related transcription factor 2 (RUNX-2). Additionally, the immunoenzymatic assay indicated that the Biosilicate® group did not presented significant statistical difference in the levels of tumor necrosis factor alpha (TNF-α) in all evaluated periods compared to the control group. In addition, the Biosilicate® group presented a higher concentration of interleukin 4 (IL-4) at day 14 and a lower concentration of interleukin 10 (IL-10) 21 days after the surgery when compared to the control group. The second study aimed at investigating the effects of Biosilicate®/poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) composites on the process of bone repair using histopathological, morphometric, immunohistochemical and gene expression (Real-Time PCR, qRT-PCR) analyses. In this study, 80 male Wistar rats were distributed in two groups (Biosilicate® and Biosilicate®/PLGA) and euthanized 3, 7, 14 and 21 days after the material implantation. The main findings showed that the incorporation of PLGA into the Biosilicate® had a significant effect in the material morphological structure, leading to a pH decrease and accelerating the mass loss upon incubation in phosphate buffered saline (PBS). Moreover, the histological evaluation revealed that the Biosilicate®/PLGA group presented a higher material degradation accompanied by a higher bone formation when compared to the plain Biosilicate® after 21 days. The immunohistochemical analysis did not show any difference in the immunolabeling for Runx2, RANKL and OPG between Biosilicate® and Biosilicate®/PLGA. In addition, the qRT-PCR indicated that the Biosilicate®/PLGA induced the osteogenic gene expressions (bone morphogenetic protein 4, Runtrelated transcription factor 2 and osteocalcin) at 21 day after surgery. The results evidenced by the present studies suggest that both materials (highly porous Biosilicate® scaffolds and Biosilicate®/PLGA composites) were effective in inducing the repair of tibial bone defects in rats, demonstrating that these materials are promising alternatives for treating bone fractures. / O presente estudo teve como objetivo principal avaliar a ação de duas diferentes apresentações (scaffold altamente poroso ou compósito contendo PLGA) de uma vitrocerâmica bioativa do sistema quaternário P2O5-Na2O-CaO-SiO2 (Biosilicato®) sobre o processo de reparação óssea em um modelo de defeito ósseo tibial em ratos. Para isto, foram realizados dois estudos, sendo que o primeiro teve como objetivo avaliar os efeitos dos scaffolds altamente porosos de Biosilicato® sobre o processo de regeneração óssea por meio da avaliação histopatológica, imunohistoquímica e ensaio imunoenzimático. Neste estudo, 80 ratos machos Wistar (12 semanas de idade e peso corporal de aproximadamente 300 g) foram divididos em dois grupos (controle e Biosilicato®) e eutanasiados após 3, 7, 14 e 21 dias do procedimento cirúrgico. A avalição histopatológica revelou que ambos os grupos apresentaram uma resposta inflamatória similar no período de 3 e 7 dias após a cirurgia. Durante todos os períodos experimentais, a degradação dos scaffolds de Biosilicato® foi observada principalmente na região periférica do material, o que possibilitou o desenvolvimento do tecido ósseo neoformado para o interior destes materiais. A Análise imunohistoquímica demonstrou que os scaffolds de Biosilicato® estimularam a síntese da ciclooxigenase 2 (COX-2), fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) e fator de transcrição relacionado a runt-2 (Runx2). Além disso, o ensaio imunoenzimático revelou que o grupo Biosilicato® não apresentou diferença estatística significativa nos níveis do fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) em todos os períodos avaliados quando comparado ao grupo controle. Ainda, o grupo Biosilicato® apresentou uma maior concentração da interleucina 4 (IL-4) 14 dias e uma menor concentração da interleucina 10 (IL-10) 21 dias após a cirurgia, quando comparado ao grupo controle. O segundo estudo teve como objetivo investigar os efeitos do compósito de Biosilicato® e ácido poli-láctico-co-glicólico (PLGA) sobre o processo de reparo ósseo através das análises histopatológica, morfomética, imunohistoquímica e de expressão gênica (PCR em tempo real, qRT-PCR). Neste estudo, 80 ratos machos Wistar foram distribuídos em dois grupos (Biosilicato® e Biosilicato®/PLGA) e eutanaziados após 3, 7, 14 e 21 dias do processo de implantação dos materiais. Os achados principais mostraram que a incorporação do PLGA na vitrocerâmica Biosilicato® teve um efeito significativo na estrutura morfológica do material, levando a diminuição do pH e acelerando a perda de massa após incubação do material em solução tampão fosfato (PBS). Além disso, a avaliação histológica revelou que o grupo Biosilicato®/PLGA apresentou uma maior degradação do material, acompanhada pela maior formação de osso quando comparado ao grupo somente com Biosilicato® no período de 21 dias. Na analise imunohistoquímica nenhuma diferença na imunomarcação de Runx2, receptor ativador do ligante nuclear fator kappa-B e osteoprotegerina foram observadas entre o grupo Biosilicato® e Biosilicato®/PLGA. Ainda, a análise de qRT-PCR demonstrou que o grupo Biosilicato®/PLGA induziu a expressão de genes osteogênicos (proteína morfogenética óssea 4, fator de transcrição relacionado a runt-2, e osteocalcina) 21 dias após cirurgia. Diante dos resultados encontrados nos dois estudos, é possível concluir que ambos os materiais utilizados neste estudo, scaffold de Biosilicato® altamente poroso e compósito de Biosilicato® e PLGA, foram eficazes em estimular o reparo de um defeito ósseo tibial em ratos, demonstrando serem alternativas promissoras para tratamento de fraturas ósseas.

ABSTRACT<p><p>This project aimed at developing a drug delivery system (DDS) able to enhance the stability and<p>residence time in vivo of antibodies (Abs). The system will deliver drug by the subcutaneous<p>route (SC), while ensuring accurate control of the drug release and the resulting plasmatic level. This technology platform will allow to reduce frequency of injection, potentially decrease side effects and maintain high concentration of Abs which will improve life of patient having chronic disease such as autoimmune and inflammatory disease. Biodegradable synthetic polymer-based formulations (polylactide-co-glycolide (PLGA)) were selected as carriers for encapsulated Abs. This was because they offer good protection for the Abs and allow sustained release of the Abs for a controlled period of time. After the evaluation of different encapsulation methods such as the water-oil-in-water (w/o/w) and the solid-in-oil-inwater<p>(s/o/w) processes, the encapsulation of the Ab in solid state (s/o/w) appeared to be more appropriate for producing Ab-loaded PLGA microspheres (MS). It allowed us to maintain the<p>Ab in a monomeric conformation and to avoid the formation of unsoluble aggregates mainly present at the water/oil interface. The first part of the project was the optimization of both the method for producing the Ab solid particles (spray-drying process) and the encapsulation of these Ab solid particles into the polymeric MS (s/o/w process) by design of experiment (DoE). These optimizations were carried out using a bovine polyclonal immunoglobulin G (IgG) as model molecule. In further optimization of the spray-drying process by (DoE), aqueous Ab solutions were spray-dried using a mini Spray-Dryer assembly with a 0.7 mm spray nozzle. In accordance with the particle size (d(0.5) ~5 μm), the stability (no loss of monomer measured by<p>size exclusion chromatography (SEC) and the yield of the spray-drying process (> 60 % w/w), the process parameters were set of follow: 3 mL/min as liquid feed flow rate, 130°C /75°C as inlet temperature (inlet T°) / outlet temperature (outlet T°), 800 L/h as atomization flow rate and<p>30 m3/h as drying air flow rate. For the s/o/w, the methylene chloride (MC) commonly used for<p>an encapsulation process was replaced by ethyl acetate (EtAc), which was considered as a more<p>suitable organic solvent in terms of both environmental and human safety. The effects of several processes and formulation factors were evaluated on IgG:PLGA MS properties such as: particle size distribution, drug loading, IgG stability, and encapsulation efficiency (EE%). Several formulations and processing parameters were also statistically identified as critical to get reproducible process (e.g. the PLGA concentration, the volume of the external phase, the emulsification rate, and the quantity of IgG microparticles). The optimized encapsulation<p>method of the IgG has shown a drug loading of up to 6 % (w/w) and an encapsulation efficiency<p>of up to 60 % (w/w) while preserving the integrity of the encapsulated antibody. The produced MS were characterized by a d(0.9) lower than 110 μm and showed burst effect lower than 50 %(w/w). In the second part of the project, the optimized spray-drying and s/o/w processes<p>developed with the IgG were applied to a humanized anti-tumor necrosis factor (TNF) alpha<p>MAb to confirm the preservation of the MAb activity during these processes. The selected s/o/w method allowed us to produce MAb-loaded PLGA MS with an appropriate release profile up to 6 weeks and MAb stability. In order to maintain the Abs’ activity, both during encapsulation and<p>dissolution, the addition of a stabilizer such as trehalose appeared to be crucial, as did the<p>selection of the PLGA. It was demonstrated that the use of a PLGA characterized by a 75:25<p>lactide:glycolide (e.g. Resomer ® RG755S) ratio decreased the formation of low molecular weight species during dissolution, which led to preserve Abs activity through its release from the<p>delivery system. Furthermore, the release profile was adjusted according to the type of polymer<p>and its concentration. E.g. 10 % w/v RG755S allowed Ab MS with a release time of 6 weeks to<p>be obtained. The optimization of both the formulation and the encapsulation process allowed<p>maximum 13 % w/w Ab-loaded MS to be produced. It was demonstrated that the Ab-loaded PLGA MS were stable when stored at 5°C for up to 12 weeks and that the selection of the appropriate type of PLGA was critical to assuring the stability of the system. The better stability observed when using a PLGA characterized by a 75:25 lactide:glycolide ratio was attributed to<p>its slower degradation rate. Finally, the sustained release of Ab from the developed MS and the preservation of its activity was confirmed in vivo in a pharmacokinetic (pK) study realized in<p>rats. In conclusion, the application of the concept of entrapment into a polymer matrix for<p>stabilization and sustained release of biological compounds was demonstrated through this work.<p><p><p><p>RÉSUMÉ<p><p>Ce projet a pour but de développer un système de délivrance de médicament capable d’augmenter la stabilité et le temps de résidence in vivo des anticorps. Ce système sera administré par voie sous-cutanée et permettra un control précis de la libération du produit et de son niveau plasmatique. Cette plateforme technologique nous permettra de réduire la fréquence d’injection, de réduire potentiellement les effets secondaires et de maintenir des concentrations élevées en anticorps tout en améliorant la vie des patients atteints de maladies chroniques autoimmunes ou inflammatoires. Les formulations à base de polymères synthétiques, biodégradables (PLGA) ont été sélectionnés comme véhicules pour encapsuler les anticorps. Ils offrent en effet une bonne protection pour les anticorps and permettent une libération contrôlée de ceux-ci pendant une période définie. Après l’évaluation de différents méthodes d’encapsulation tels que les procédés d’eau-dans-huile-dans-eau (w/o/w) et solide-dans-huile-dans-eau (s/o/w), l’encapsulation des anticorps sous forme solide apparaissait plus apporpriée pour produire des microsphères de polymère chargées en anticorps. Cette technique nous permettait de maintenir l’anticorps sous sa forme monomérique et d’éviter la formation d’agrégats insolubles qui apparaissaient principalement à l’interface eau/huile. La première partie du projet a été d’optimiser à la fois la méthode nous permettant d’obtenir les anticorps sous forme de particules solides (spray-drying) et la méthode d’encapsulation de ces particules d’anticorps dans les microsphères de polymères. Cela a été réalisé par des plans d’expérience en utilisant une IgG bovine polyclonale comme molécule modèle. Durant l’optimisation du procédé de spray-drying,<p>les solutions aqueuses d’anticorps ont été atomisées en utilisant le mini Spray-Dryer assemblé avec une buse de pulvérisation d’un diamètre de 0.7 mm. En accord avec la taille particulaire (d(0.5) ~5 μm), la stabilité (absence de perte en monomère mesurée par chromatographie d’exclusion de taille et le rendement d’atomisation (> 60 % w/w), les paramètres d’atomisation ont été fixés: 3 mL/min pour le débit de liquide, 130°C /75°C pour la température d’entrée / température de sortie, 800 L/h pour le débit d’air d’atomisation et 30 m3/h pour le débit d’air de séchage. Pour le s/o/w, le dichlorométhane communément utilisé dans les procédés d’encapsulation a été remplacé par l’acétate d’éthyle qui est considéré comme un meilleure solvant organique en terme d’environnement et de sécurité. Les effets de plusieurs paramètres de fabrication ou de formulation ont été évalués sur les propriétés des microsphères polymériques d’anticorps (distribution de taille particulaire, taux de charge en anticorps, stabilité de l’anticorps et efficacité d’encapsulation). Plusieurs paramètres de fabrication et de formulation ont été statistiquement identifiés comme critiques pour obtenir un procédé reproductible (par exemple. La concentration en PLGA, le volume de phase externe, la vitesse d’émulsification et la quantité d’anticorps). La méthode d’encapsulation ainsi optimisée permettait d’obtenir un taux<p>de charge jusqu’à 6% (w/w) avec une efficacité d’encapsulation jusqu’à 60 % (w/w) tout en<p>préservant l’intégrité de l’anticorps encapsulé. Les microsphères produites étaient caractérisées<p>par un d(0.9) inférieur à 110 μm et montraient une libération après 24 h inférieure à 50 % (w/w).<p>Dans le seconde partie du projet, les procédés d’atomisation et d’encapsulation développés avec<p>l’IgG ont été appliqués à un anticorps monoclonal anti-TNF alpha humanisé pour confirmer la<p>conservation de l’activité de l’anticorps pendant ces procédés. La méthode s/o/w sélectionnée<p>permettait de produire des microsphères de PLGA chargées en anticorps avec un profil de libération jusqu’à 6 semaines et un maintien de la stabilité de l’actif. Afin de maintenir l’activité de l’anticorps, à la fois pendant le procédé d’encapsulation et pendant la libération, l’ajout d’un stabilisant tel que le tréhalose est apparu crucial ainsi que le choix du type de PLGA. Il a été démontré que l’utilisation du PLGA caractérisé par un ratio lactide :glycolide de 75 :25 (par exemple, Resomer ® RG755S) diminuait la formation d’espèces de faible poids moléculaire<p>pendant la dissolution. Cela contribuait à préserver l’activité de l’anticorps durant la libération à partir des microsphères. De plus, le profil de libération était modulé en fonction du type de polymère et de sa concentration. Par exemple, l’utilisation d’une solution à 10 % w/v RG755S conduisait à la production de microsphères d’anticorps avec un temps de libération sur 6<p>semaines. L’optimisation de la formulation et du procédé d’encapsulation a permis de produire<p>des microsphères avec des taux de charge en anticorps de maximum 13 % w/w. Il a été démontré<p>que ces microsphères, stockées à 5°C, étaient stables jusqu’à 12 semaines et que la sélection du<p>type de PLGA était critique pour assurer la stabilité du système. La meilleure stabilité a été<p>obtenue en utilisant le PLGA caractérisé par un ratio lactide :glycolide de 75 :25. Cela a été<p>attribué à sa plus faible vitesse de dégradation. Enfin, la libération contrôlée de l’anticorps à<p>partir de ces microsphères et la conservation de son activité ont été confirmées in vivo lors d’une<p>étude pharmacocinétique réalisée chez le rat. En conclusion, ce travail a permis de démontrer<p>l’application du concept d’ « emprisonnement » des composés biologiques dans des matrices<p>polymériques afin de les stabiliser et contrôler leur libération. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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