Synthèse de nanoparticules d’or

Synthèse de nanoparticules d’or

Problématique, hypothèse et objectifs

 Problématique

La biodisponibilité des médicaments ophtalmiques appliqués par voie topique est toujours très faible. En effet, de nombreuses études pharmacocinétiques ont démontré qu’une très petite quantité de molécules actives ainsi administrées parviennent à atteindre la chambre antérieure de l’œil (de 0,0006% à 0,02% environ).73-76 Cela s’explique par plusieurs facteurs. Par exemple, le faible volume du cul-de-sac conjonctival, permettant de retenir les liquides dans l’œil, n’est que d’environ 10 µL, soit 1/5 du volume d’une goutte. Le drainage nasolacrymal est également 100 fois plus important que le taux d’absorption cornéenne.77 Il s’en suit une dilution et un écoulement du médicament. Outre le clignement des yeux et le larmoiement, la molécule doit ensuite traverser le film pré-cornéen ainsi que trois barrières cornéennes : l’épithélium (et les jonctions serrées), le stroma et l’endothélium.77, 78 En conséquence, pour contrer la faible biodisponibilité des médicaments, les doses (concentrations) des médicaments appliqués doivent être relativement importantes.
Bien qu’on ne leur attribue pas d’effets secondaires systémiques, les analogues de la prostaglandine sont néanmoins associés à quelques effets secondaires locaux qui sont susceptibles de diminuer l’observance du patient à son traitement, et donc d’affecter l’efficacité de la médication.2 En effet, il est rapporté que ces molécules peuvent changer la couleur des yeux en accentuant la composante brune de l’iris. Elles peuvent aussi accentuer la couleur des cils et en accroître la longueur, l’épaisseur et le nombre.6, 15
Il a été proposé que le travoprost pourrait être encore plus sécuritaire si sa concentration était diminuée. À cet effet, une formulation de travoprost ayant une concentration de 0,003 % au lieu de 0,004 % est présentement en développement. Une étude récente (2015) fait état d’une diminution de la pression intraoculaire aussi efficace sur 3 mois lorsque la concentration de l’agent actif est diminuée jusqu’à cette concentration.2 En revanche, la comparaison concernant les effets secondaires est difficile, car les deux solutions de travoprost ne contenaient pas le même agent de conservation : celle à 0,004 % contenait du BAK, contrairement à celle à 0,003 % qui contenait du polyquaternium-1, qui est, comme le sofZia®, un produit mieux toléré causant moins d’hyperémie (yeux rouges).2

Hypothèse

En optimisant le mode d’administration par voie topique du travoprost, il devrait être possible de diminuer la concentration du principe actif et de réduire sa fréquence d’application. En effet, si un vecteur de médicament adhère mieux à la surface oculaire, le temps de résidence ainsi que l’efficacité du médicament seront augmentées.
Notre hypothèse pour ce projet est que des nanoparticules d’or peuvent servir de vecteurs afin d’encapsuler des médicaments et se lier, de manière réversible, aux mucines du film pré-cornéen afin d’assurer un relargage plus efficace des médicaments antiglaucomes.Une nanoparticule d’or ayant encapsulé des médicaments antiglaucome (boules bleues) se lie aux mucines du film pré-cornéen avant de relarguer son contenu. La liaison mucine-AuNP via l’interaction des cystéines de la protéine est représentée à l’étape 2.Les AuNP peuvent se lier aux mucines principalement de deux manières. La première stratégie de la mucoadhésion, tel qu’abordée brièvement dans la partie consacrée au PEG, est illustrée par l’entrelacement ou l’interpénétration des mucines et des ligands d’une particule (par exemple les longues chaînes de PEG). Ces interactions surviennent par le biais de ponts hydrogène, ou encore par des interactions électrostatiques ou hydrophobes.62, 78, 79 La Figure 7 représente cette stratégie.La nanoparticule d’or peut interagir avec les mucines via l’entrelacement de ses grands ligands PEG. Image adaptée de Sigma-Aldrich Co.Une approche plus récente et plus prometteuse consiste à tenir compte des cystéines présentes dans les mucines pour se lier avec les particules qui servent dans le cas présent de vecteurs de médicaments. De plus en plus de thiomères (polymères comportant des soufres) sont en effet développés dans cette optique. Par exemple, des microparticules d’acide polyacrylique (PAA) voyaient leurs propriétés mucoadhésives tripler lorsque le PAA était thiolé.61 La thiolation de l’alginate, de dérivés de cellulose, de pectine et de chitosan ont également démontré des résultats similaires.61 L’avantage d’utiliser des nanoparticules d’or pour ce projet est qu’elles sont stabilisées par des groupements polyéthylène glycol thiolés, ce qui signifie qu’une seule nanoparticule contient un très grand nombre de fonctions thiols qui sont donc susceptibles d’interagir avec les cystéines des mucines.61 Par ailleurs, les cystéines pourraient aussi se lier directement au cœur métallique. C’est cette stratégie récente qui est représentée à la Figure 6 décrivant notre hypothèse de recherche. Jusqu’à maintenant, il n’existe pas d’informations dans la littérature concernant la mucoadhésion des nanoparticules d’or. La nouveauté de ce projet de recherche repose donc sur les éventuelles propriétés mucoadhésives des AuNP.

Objectifs

L’objectif principal de mon projet de recherche consiste à concevoir un nouveau vecteur de médicaments à base de AuNP permettant d’améliorer la médication contre le glaucome. Le premier objectif spécifique porte sur la synthèse, la purification et la caractérisation physicochimique de divers types de nanoparticules d’or. Ensuite, le deuxième objectif spécifique consiste à étudier leur capacité à encapsuler la molécule de travoprost. Enfin, le troisième objectif spécifique vise à évaluer les propriétés mucoadhésives des différentes AuNP.

Synthèse de nanoparticules d’or

 Introduction

Dans la suite du texte, les nanoparticules d’or stabilisées par du PEG 800-SH, du PEG 2000-SH ou du PEG 6000-SH sont nommées AuNP 800, AuNP 2000 et AuNP 6000, respectivement. Les AuNP 2000 qui sont également stabilisées par du PEG 1000 double thiol, suite à un échange de ligand, sont nommées AuNP double thiol.Dans ce chapitre, l’accent est porté sur la synthèse et la caractérisation des AuNP 2000 et AuNP double thiol, car c’est avec ces nanoparticules qu’une grande partie des résultats de vectorisation de médicaments (chapitre 4) et presque la totalité des résultats de mucoadhésion (chapitre 5) ont été obtenus. D’autres AuNP ont été synthétisées (AuNP 800 et 6000), mais avec l’obtention de résultats de mucoadhésion prometteurs pour les AuNP 2000, nous avons alors orienté nos études principalement sur ces nanoparticules et sur leur équivalent possédant une fonction thiol en surface (AuNP double thiol) à des fins de comparaison.

Matériel et méthodes

Matériel

L’acide chloraurique trihydrate (HAuCl4∙3H2O), le bromure de tétraoctylammonium (TOAB), le borohydrure de sodium (NaBH4), l’acide chlorhydrique (HCl), l’acide nitrique (HNO3), le chlorure de sodium (NaCl) et le sulfure de sodium (Na2S) ont été achetés chez VWR. Le polyéthylène glycol méthyléther thiol de 800 g/mol (PEG 800-SH), le PEG 6000-SH et le PEG 1000 double thiol (ou dithiol) ont été achetés chez Sigma. Le PEG 2000-SH a été acheté chez Laysan Bio. Le dichlorométhane (CH2Cl2) et le méthanol (MeOH) proviennent de chez Fisher.

Synthèse

Nous utilisons une méthode de synthèse des nanoparticules d’or adaptée de de Oliveira.45 Il s’agit en fait d’une méthode de Brust modifiée, car elle est réalisée en une seule phase (single phase) et ne requiert par conséquent pas d’agent de transfert de phase (le TOAB), qui sert également d’agent de stabilisation. Pour les applications médicales, il s’agit d’une bonne chose puisque cela permet d’éviter la contamination ionique de ce composé.81 Le polyéthylène glycol (PEG) étant soluble à la fois dans l’eau et dans les solvants organiques, il est possible de réaliser toute la synthèse dans l’eau, jusqu’à l’étape de l’extraction.Les synthèses des différents types de AuNP ont dû être adaptées pour tenir compte des particularités de chaque polymère, comme par exemple leur capacité à bien stabiliser le cœur nanoparticulaire. L’annexe A du présent chapitre décrit en détail comment ont été synthétisées les AuNP 2000.Un excès de 10 équivalents de NaBH4 par rapport à la quantité d’or (HAuCl4) est employé, ce qui est généralement le cas pour la méthode de Brust.82 Un tel excès est nécessaire pour assurer une croissance homogène des nanoparticules. D’autre part, l’excès de NaBH4 est important puisqu’il permet de réduire des possibles ponts disulfure qui auraient été pu être créés entre deux groupements thiol du PEG, ce qui permet de s’assurer que la stabilisation du cœur nanoparticulaire en croissance s’effectue uniquement par des thiols et non par des ponts disulfure.82 Également, puisque nous ajoutons le NaBH4 lentement durant la réaction afin d’éviter la réduction trop rapide de l’or et l’agrégation des nanoparticules, il est important de s’assurer qu’il y aura suffisamment d’agent réducteur dans le milieu réactionnel et qu’il n’aura pas été tout consommé en réagissant avec l’eau (formation bien visible de bulles générées par la formation d’hydrogène).

Purification

Les AuNP sont purifiées par extraction au dichlorométhane, puis par dialyse. Notons que les tubes de dialyse doivent être préalablement nettoyés afin d’éliminer diverses impuretés résultant de leur fabrication. Les procédures détaillées figurent dans les annexes B, C et D de ce chapitre.On peut finalement lyophiliser un volume connu de AuNP puis peser le solide afin de déterminer leur concentration (annexe E de ce chapitre).

Table des matières

Chapitre 1 – Introduction générale
1.1 Le glaucome
La médication du glaucome : le travoprost
1.2 Les nanoparticules d’or
Méthodes de synthèse
La liaison or-soufre (Au-S)
La résonance plasmonique de surface
Utilisation des AuNP en nanomédecine
Toxicité
1.3 Le polyéthylène glycol
1.4 Le film pré-cornéen et les mucines
Les mucines
Chapitre 2 – Problématique, hypothèse et objectifs
2.1 Problématique
2.2 Hypothèse
2.3 Objectifs
Chapitre 3 – Synthèse de nanoparticules d’or
3.1 Introduction
3.2 Matériel et méthodes
Matériel
Synthèse
Purification
Échange de ligand
Caractérisation
3.3 Résultats
3.4 Discussion
3.5 Conclusion partielle
3.6 Annexe
A – Synthèse des AuNP 2000
B – Extraction
E – Lyophilisation
F – Échange de ligand
G – Calcul de la masse molaire
Chapitre 4 – Vectorisation d’un médicament par des nanoparticules d’or
4.1 Introduction
4.2 Matériel et méthodes
Matériel
Protocole d’encapsulation
Spectroscopie UV-visible
Diffusion dynamique de la lumière
4.3 Résultats
4.4 Discussion
4.5 Conclusion partielle
Chapitre 5 – Mucoadhésion (article en préparation)
Chapitre 6 – Conclusion générale et perspectives
6.1 Autres méthodes de synthèse des nanoparticules d’or
6.2 Autres maladies, autres médicaments, autres muqueuses
Bibliographie

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