Soutenance mémoire
Les systèmes de libération contrôlée pour les maladies pulmonaires
Généralités sur les maladies respiratoires
Le virus de la grippe, le virus respiratoire syncytial, le métapneumovirus humain, le virus parainfluenza, les coronavirus et les rhinovirus sont parmi les virus les plus communs provoquant des rhumes saisonniers légers. Ces virus à ARN peuvent également provoquer des infections des voies respiratoires inférieures entraînant une bronchiolite et une pneumonie. Les jeunes enfants, les personnes âgées et les patients dont le système cardiaque, pulmonaire ou immunitaire est compromis, sont les plus exposés au risque de maladies graves associées à ces infections respiratoires à virus à ARN. Les virus Influenza infectent chaque année entre 5 et 10 % de la population mondiale. En outre, les virus de la grippe porcine et aviaire, associés aux coronavirus ou au syndrome respiratoire aigu sévère, représentent des menaces pandémiques importantes.
Au niveau mondial, ces épidémies annuelles sont responsables d’environ 3 à 5 millions de cas de maladies graves, et 250 000 à 500 000 décès.
Les virus de la grippe font partie de la famille des orthomyxoviridae, qui incluent les virus influenza A, B et C. Le virus Influenza est enveloppé d’une capside de symétrie hélicoïdale. La particule virale (ou virion) a un diamètre compris entre 80 et 100 nm. Le génome viral est fait d’ARN monocaténaire (simple brin) de polarité négative (ARN complémentaire de l’ARN messager). Les virus influenza qui sont bien adaptés à l’homme sont les virus influenza A de type H1N1, H2N2, et H3N2 et le virus influenza B. Les virus influenza A dits « aviaires » H5N1, H7N7 et H9N2 peuvent infecter l’homme, dans un contexte épidémiologique particulier (contact rapproché avec des volailles).
Le cycle de réplication du virus est rapide et ne dure que dix heures. Il se divise en 8 étapes importantes :
➤ La fixation au récepteur pendant laquelle les virions se fixent via des antirécepteurs aux cellules de l’épithélium.
➤ L’endocytose qui consiste à la formation d’une vacuole d’endocytose autour du virion permettant sa pénétration cellulaire.
➤ La fusion et la libération des ribonucléoprotéines contenant les gènes viraux dans le cytoplasme
➤ Le passage nucléaire des ARN négatifs qui se fait du cytoplasme au noyau à travers les pores nucléaires et présente un phénomène actif « ATP dépendant ».
➤ La synthèse des ARNm et de l’ARN viral se fait dans le noyau où l’ARN polymérase est responsable de la réplication et la transcription de l’ARN virale. Elle permet de copier les molécules d’ARN en deux types d’ARN positifs : les premiers servent de matrice à la synthèse des brins négatifs constituant le génome viral et les deuxièmes constituent les ARN positifs messagers.
➤ La synthèse de protéines virales qui consiste au passage des ARN positifs messagers (ARNm) dans le cytoplasme où ils sont traduits en protéines.
➤ Le bourgeonnement se traduit par l’assemblage des virions qui a lieu à la membrane cytoplasmique de la cellule.
➤ La libération des nouveaux virions est la dernière étape pendant laquelle les nouveaux virions sont évacués dans l’espace extracellulaire.
Le meilleur moyen de prévention contre les virus grippaux reste la vaccination. Mais sa mise à jour est nécessaire chaque année. Les antiviraux restent par conséquent un moyen efficace de lutte contre les virus grippaux lorsque le vaccin n’est pas encore disponible ou dans le cas d’une infection sévère. Parmi ces antiviraux, on peut citer les dérivés de l’adamantane, tels l’amantadine (1) et la rimantadine (2), les inhibiteurs de la neuraminidases tels que l’oseltamivir (3) et le zanamivir (4) ou des dérivés nucléosidiques tels que le favipiravir (5) ou la ribavirine (6) qui agissent comme inhibiteurs de la transcription et de la réplication des ARN, .
Les nucléosides comme agents antiviraux pulmonaires
Les nucléosides sont des glycosylamines des sous unités structurales des acides nucléiques (ADN, ARN). Ils sont formés par une base nucléique liée à un ribose ou un 2’-déoxyribose via une liaison glycosidique. Les nucléosides peuvent être classés selon leur type de nucléobase : purine comme l’adénosine (7) la guanosine (8), et pyrimidine comme la cytidine (9), la thymidine (10) et l’uridine .
En pénétrant la cellule, les nucléosides peuvent être phosphorylés par des kinases spécifiques, permettant la formation des nucléotides qui sont les éléments constitutifs des acides nucléiques (ADN et ARN). Dans le domaine thérapeutique, différents analogues des nucléosides sont utilisés comme bioactifs. Ces analogues nucléosidiques se sont avérés particulièrement performants dans la lutte face aux infections virales tels que le SIDA (Syndrome d’Immunodéficience Acquise), les virus de l’Hépatite C et B (VHC et VHB) ou encore le virus Herpès Simplex (VHS). Ils se sont également révélés attrayant dans le cadre des chimiothérapies anticancéreuses, comme la cladribine (12) et la pentostatine (13) indiquées dans la leucémie à tricholeucocytes et la gemcitabine (14) pour traiter les cancers du pancréas et du poumon. Ce sont des anti-métabolites, une classe de médicaments qui inhibent la synthèse de l’ADN soit directement, soit par inhibition de la synthèse de précurseurs d’ADN.
En ce qui concerne plus spécifiquement les poumons, cible thérapeutique visée dans notre étude, les nucléosides et les nucléotides y jouent un rôle important. Ils ont des effets contractiles et relaxants sur le muscle lisse des voies aériennes et ils stimulent la sécrétion de mucus et de surfactant et l’activité ciliaire des poumons. Les nucléosides et les nucléotides activent ou modulent un certain nombre de cellules inflammatoires impliquées dans les maladies pulmonaires, notamment les mastocytes, les neutrophiles, les macrophages et les éosinophiles comme par exemple les formes triphosphate de l’adénosine (7) et de l’uridine (11). Par contre, en terme de traitement des virus à ARN respiratoire, il n’existe, aujourd’hui, que très peu d’analogues nucléosidiques pertinents sur le plan clinique. La ribavirine (6), antiviral analogue de la guanosine, à large spectre et le favipiravir (5), ou 6-fluoro-3-hydroxy-2-pyrazinecarboxamide, ont été approuvés au Japon, pour le traitement de l’infection au virus Influenza, depuis 2014.
Les systèmes de libération contrôlée (DDS)
Généralités
Un grand nombre des propriétés pharmacologiques des principes actifs conventionnels peut être amélioré grâce à l’utilisation de systèmes de libération des médicaments ou Drug Delivery Systems (DDS). Les DDS sont conçus pour modifier la pharmacocinétique et la bio-distribution des principes actifs associés ou pour fonctionner comme réservoirs de médicaments (c.-à-d. comme systèmes à libération prolongée), ou les deux. Le Tableau 1 donne des exemples de problèmes posés par les médicaments utilisés seuls qui peuvent être améliorés par l’utilisation de DDS. Les systèmes de libérations de médicaments ont grandement progressé au fil du temps. En effet, ces systèmes ont evolué d’une génération à une autre en passant de systèmes de libération controlée basique (dissolution, diffusion…) à des systèmes intelligents de libération contrôlée répondant à différents stimuli, ou reconnaisant spécifiquement une cible thérapeutique.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Les systèmes de libération contrôlée pour les maladies pulmonaires
I. Généralités sur les maladies respiratoires
II. Les nucléosides comme agents antiviraux pulmonaires
III. Les systèmes de libération contrôlée (DDS)
III.1. Généralités
III.2. Systèmes de libération contrôlée pulmonaires
IV. Objectifs de la thèse
Chapitre 2 : Les polymères à empreintes moléculaires
I. Généralités sur les empreintes moléculaires
II. Les MIPs comme systèmes de libération contrôlée
III. Synthèse des polymères à empreintes moléculaires
III.1. Choix des réactifs pour la synthèse des MIPs
III.1.1. La molécule cible ou template
III.1.2. Choix des monomères fonctionnels et stœchiométrie du complexe de pré-polymérisation
III.1.3. Agents réticulants
III.1.4. Le solvant porogène
III.2. Les différentes formes des polymères imprimés
III.2.1. Polymère monolithique ou en bulk
III.2.2. Polymères sphériques
III.2.3. Les hydrogels
IV. Caractérisation des polymères imprimés
IV.1. Stœchiométrie
IV.2. Caractérisation morphologique des MIPs
IV.3. Étude des isothermes d’adsorption des MIPs
IV.3.1. Etude de la recapture par batch
IV.3.2. Analyse frontale
IV.3.3. Les modèles d’isotherme d’adsorption
V. Mécanismes de libération contrôlée
VI. Modèles mathématiques pour les études de la libération d’un bioactif
VI.1. Le modèle cinétique d’ordre zéro
VI.2. Le modèle cinétique de premier ordre
VI.3. Le modèle d’Higuchi
VI.4. Le modèle de Korsmeyer-Peppas
VI.5. Le modèle de Baker-Lonsdale
Chapitre 3 : Synthèse des hydrogels imprimés pour la libération de la ribavirine
I. Introduction
I.1. Choix du template
I.2. Choix des monomères fonctionnels
I.3. Choix de l’agent de réticulation
I.4. Choix du solvant de polymérisation ou solvant porogène
II. Etude des interactions template-monomères fonctionnels
III. Synthèse des polymères imprimés
III. Caractérisation morphologique des MIP
IV. Etude et caractérisation de l’adsorption de la ribavirine
IV.1. Optimisation de l’adsorption de la ribavirine
V. Etude cinétique du relargage de la ribavirine
VI. Etude Biologique des matériaux pour la libération de la ribavirine dans les poumons
VI.1. Etude de la cytotoxicité et d’immunogénicité des matériaux
VI.2. Etude virologique
VII.Conclusion
VIII. Partie experimentale
Conclusion générale
