Utilisation de méthodes physico-chimiques pour la caractérisation de la structure de nano-médicaments et de leur pharmacocinétique : SAXS-WAXS, SANS et cryo-TEM
Résumé
Depuis une vingtaine d’années, l’intégration des nanotechnologies dans le domaine
biomédical est porteuse de nombreuses promesses, notamment en terme de vectorisation. En effet,
la formulation de principes actifs sous forme de nanoparticules permet d’augmenter leur efficacité
(forte biodisponibilité) tout en diminuant leur toxicité, de combiner différents mécanismes d’action et
de contrôler leur ciblage et leur libération. Cependant, au-delà de leur efficacité thérapeutique, le
contrôle de la structure, de la stabilité colloïdale et du devenir de ces nano-objets est crucial pour
assurer la sécurité des patients. Aussi, malgré l’engouement des chercheurs pour concevoir des nanosystèmes
innovants, peu de nano-médicaments ont effectivement atteint le marché. En effet, non
seulement le passage à l’échelle industrielle peut être complexe mais leur comportement dans le corps
est difficile à prédire. De plus, les études in vivo sont coûteuses et complexes, et ne permettent pas
toujours de comprendre les interactions moléculaires en profondeur. Une caractérisation physicochimiques
rigoureuse de ces systèmes est donc absolument cruciale pour pouvoir les utiliser en toute
confiance.
En collaboration avec des chercheurs et des chercheuses de l’Institut Galien (Faculté de
Pharmacie de Chatenay-Malabry) et de l’INSERM (Hôpital Kremlin-Bicêtre), nous avons développé ces
dernières années une méthodologie pour étudier des suspensions de nano-assemblages de
promédicaments à base de squalène, un lipide bio-sourcé. À travers différents exemples, nous
montrerons l’apport de méthodes de diffusion du rayonnement, de spectroscopie et de cryomicroscopie
électronique pour caractériser la structure et la stabilité colloïdale de nanoparticules
transportant des nucléosides (squalène-adénosine)[1] ou des ARN interférants (squalène-siRNA, Cf.
Figure 1)[2].
Nous avons aussi étudié le devenir de ces nanoparticules dans des milieux biologiques modèles
(sérum complet, albumine, hémoglobine et lipoprotéines).[2,3,4] Ces travaux nous ont permis
d’analyser les différentes interactions en jeu, aussi bien du point de vue des nanoparticules que des
protéines ou des monomères constituants les nano-assemblages. La présence de l’albumine (soit seule
soit dans le sérum) provoque une réduction de la taille des nanoparticules, suggérant leur
désassemblage ; des analyses spectroscopiques complémentaires permettant de caractériser la
conformation des protéines montrent que l’albumine forme des complexes avec le promédicament
(monomère s’assemblant sous forme de nanoparticules).
En conclusion, cette étude démontre que l’albumine du sang est capable de désassembler les
nanoparticules en extrayant les monomères pour former des complexes. Ce mécanisme semble être
générique pour tous les promédicaments conjugués avec du squalène puisque l’interaction a lieu à
travers le groupement squalène et que ces observations ont été reproduites avec différents promédicaments. L’albumine contribue donc au transport du promédicament dans le sang et les
nanoparticules peuvent être vues comme des réservoirs circulant de promédicaments. Ces
observations s’écartent de la vision générale de protéines s’adsorbant sur les nanoparticules pour
former une couronne autours d’elles.