Ecole Doctorale

Sciences de l'Environnement

Spécialité

Sciences de l'environnement: Génie des procédés

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

siARN,Encapsulation,Fluide Supercritique,Liposome,CO2,

Keywords

siRNA,Encapsulation,Supercritical Fluid,Liposome,CO2,

Titre de thèse

Développement et optimisation de deux procédés supercritiques d’élaboration de nanoliposomes pour l’encapsulation de siARN
Développement et optimisation de deux procédés supercritiques d’élaboration de nanoliposomes pour l’encapsulation de siARN

Date

Mardi 14 Juin 2022 à 14:00

Adresse

Technopôle de l’Arbois Avenue Louis Philibert Amphithéâtre du Cerege

Jury

CoDirecteur de these Mme Elisabeth BADENS Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Adil MOUAHID Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Raphaëlle SAVOIRE IPB / ENSCBP CBMN UMR5248 (CNRS/IPB/Université de Bordeaux) Equipe Clip’in
Rapporteur Mme Nora VENTOSA Institut de ciencia de materials de barcelona ICMAB CSIC- NANOMOL-CIBER-BBN
Examinateur M. Joseph CICCOLINI COMPO: COMputational Pharmacology in Oncology SMARTc : Simulation & Modelling: Adaptive Response for Therapeutics in Cancer Center for Research on Cancer of Marseille (CRCM): UMR Inserm 1068, CNRS UMR 7258, Aix Marseille Université U105, Institut Paoli Calmettes Inria Centre de Recherche Sophia Méditerranée & APHM Laboratoire de Pharmacocinétique, Faculté de Pharmacie,
Examinateur Mme Géraldine PIEL Laboratoire de Technologie Pharmaceutique & Biopharmacie (LTPB) Centre Interdisciplinaire de Recherche sur le Médicament (CIRM) Université de Liège

Résumé de la thèse

L’un des principaux objectifs en thérapie est de trouver un excipient permettant une protection des molécules thérapeutiques lors de leurs administrations. L’ensemble de ces enjeux ont conduit à l’émergence de nouvelles techniques d’élaboration de système de délivrance de médicaments limitant l’utilisation de solvants organiques. Ainsi, plusieurs procédés utilisant des fluides supercritiques ont été développés. La formulation de médicaments à l'aide de procédé utilisant des fluides supercritiques, notamment le dioxyde de carbone supercritique (CO2-SC), présente plusieurs avantages, comme la réduction de la quantité de solvant organique nécessaire.En parallèle, de nombreuses études ont été réalisées sur l'utilisation des liposomes comme vecteurs d'encapsulation. Les liposomes sont des vésicules biodégradables composées de phospholipides, avec des structures proches des membranes cellulaires avec lesquelles ils peuvent fusionner pour délivrer le médicament encapsulé. Cette fusion liposome/cellule permet l'administration de médicaments. Par conséquent, les liposomes se comportent comme des agents protecteurs pour les substances actives pharmaceutiques encapsulées une fois administrées empêchant la dégradation enzymatique et l'élimination du médicament par le système immunitaire. Néanmoins, une limitation pour leur utilisation comme vecteurs de médicaments pour la thérapie génique est leur taille. En effet, la taille des particules est une caractéristique clé pour l'internalisation cellulaire d'une vésicule/particule. Une particule d'une taille allant jusqu'à 5 microns peut subir une internalisation cellulaire, mais le processus est plus rapide pour les particules d'une taille inférieure à 150 nm. Il y a donc un réel intérêt à former des liposomes ou nanoliposomes de taille submicronique afin d’améliorer l’internalisation cellulaire et limiter la dégradation. Dans ce contexte, plusieurs études ont été menées sur l'encapsulation de médicaments dans des liposomes et sur l'utilisation de procédés supercritiques. Par conséquent, les avantages combinés de l'encapsulation par liposomes et des procédés à fluide supercritique ont permis le développement de petites vésicules biomimétiques et biodégradables pour l'encapsulation de médicaments en utilisant un procédé écologique. L’objectif de ces travaux de thèse est de mettre au point deux procédés d’élaboration de nanoliposome en milieu supercritique en vue de l’encapsulation de siARN pour le traitement de la progéria. Le premier procédé développé est un procédé batch avec dépressurisation à pression constante. Ce procédé permet de former des liposomes avec des diamètres inférieur à 150 nm. L’efficacité d’encapsulation des liposomes formés à partir du procédé batch à été évaluée avec une molécule test : la lutéine. Des efficacités d’encapsulation allant jusqu’à 91,9 % ont été observées. Le second procédé développé est un procédé milli-fluidique en continu. Ce procédé présente l’avantage d’avoir une taille plus compacte et de formuler de faible quantité de suspensions liposomales (nécessaire pour l’élaboration de formulation liposome/ARN). Tout comme le procédé batch, ce procédé milli-fluidique permet d’élaborer des liposomes de taille inférieur à 150 nm. Un étude d’optimisation sur les conditions opératoires a été menées sur les deux procédés afin d’évaluer l’influence de la pression, de la température et de la concentration en phospholipides dans la solution d’alimentation sur les propriétés des liposomes formés. Cette étude montre que le paramètre clé pour le contrôle des propriétés des liposomes est la concentration en phospholipides. Enfin, des formulations liposomes/siARN ont été élaborées avec le procédé milli-fluidique. Les siARN encapsulés sont des ARN utilisés dans le traitement de la progéria. Des essais en cultures cellulaires ont montré une diminution de la lamine (but recherché) lors de l’utilisation des suspensions liposomales formés par le procédé milli-fluidique développé.

Thesis resume

One of the principal objectives in therapy is to find an excipient that allows the protection of therapeutic molecules during their administration. All these challenges have led to the emergence of new techniques for the development of drug delivery systems limiting the use of organic solvents. Several processes using supercritical fluids have been developed. Drug formulation using supercritical fluids, in particular supercritical carbon dioxide (CO2-SC), has several advantages, such as the reduction of the amount of organic solvent required. In parallel, many studies have been conducted on the use of liposomes as encapsulation vectors. Liposomes are biodegradable vesicles composed of phospholipids, with structures close to cell membranes with which they can fuse to deliver the encapsulated drug. This liposome/cell fusion allows drug delivery. Therefore, liposomes behave as protective agents for the encapsulated pharmaceutical active compounds once administered preventing enzymatic degradation and elimination of the drug by the immune system. Nevertheless, a limitation for their use as drug carriers for gene therapy is their size. Indeed, the size of the particles is a key characteristic for the cellular internalization of a vesicle/particle. A particle up to 5 microns in size can undergo cellular internalization, but the process is faster for particles smaller than 150 nm. There is therefore a real interest in forming liposomes or nanoliposomes of submicron size in order to improve cellular internalization and limit degradation. In this context, several studies have been conducted on the encapsulation of drugs in liposomes and on the use of supercritical processes. Therefore, the combined advantages of liposome encapsulation and supercritical fluid processes have enabled the development of small biomimetic and biodegradable vesicles for drug encapsulation using an environmentally friendly process. The objective of this thesis work is to develop two supercritical nanoliposome processes for the encapsulation of siRNA for the treatment of progeria. The first process developed is a batch process with constant pressure depressurization. This process allows to form liposomes with diameters lower than 150 nm. The encapsulation efficiency of liposomes formed from the batch process was evaluated with a test molecule: lutein. Encapsulation efficiencies up to 91.9% were observed. The second process developed is a continuous milli-fluidic process. This process has the advantage of having a more compact size and of formulating small quantities of liposomal suspensions (necessary for the elaboration of liposome/RNA formulation). Like the batch process, this milli-fluidic process allows to elaborate liposomes of size lower than 150 nm. An optimization study on the operating conditions was conducted on both processes in order to evaluate the influence of pressure, temperature and concentration of phospholipids in the feed solution on the properties of the liposomes formed. This study shows that the key parameter for the control of liposome properties is the phospholipid concentration. Finally, liposome/ siRNA formulations were developed using the milli-fluidic process. Encapsulated siRNAs are RNAs used in the treatment of progeria. Tests in cell cultures have shown a decrease of the laminin (desired goal) when using the liposomal suspensions formed by the developed milli-fluidic process.