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RÉSUMÉ
Les nanomédecines sont des médicaments issus des nanotechnologies. Leurs caractéristiques sont très diverses et influencent leur devenir dans l’organisme. Cet article propose de décrire, pour les principales voies d’administration (intraveineuse, orale, cutanée, pulmonaire), les interactions entre les nanoparticules et leur environnement biologique ainsi que les modèles permettant d’étudier les performances de ces nanomédicaments afin de faciliter leur passage en clinique. Les caractéristiques des nanoparticules importantes à maîtriser sont listées, et leur influence sur leur devenir et leur efficacité est résumée.
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Nanomedicines are drug delivery systems obtained from the use of nanotechnologies. Their characteristics are very diverse and have an impact on their fate in the body. This paper describes the interactions between the nanoparticles and their biological environment for the main routes of administration. Models used to study the performances of those drug delivery systems to allow their market access are also described. The characteristics that are important to monitor and to master are listed and their influence on the fate of the nanoparticles or their efficacy are discussed.
Auteur(s)
-
Frédéric LAGARCE : Professeur de biopharmacie - Faculté de santé, Angers - Inserm, U 1066 MINT, CNRS 6021, université d’Angers, Angers, France
INTRODUCTION
Les médicaments utilisés en santé humaine comportent une activité pharmacologique principale, mais aussi des effets annexes indésirables. Améliorer les performances du médicament en limitant ses potentiels effets toxiques revient à augmenter sa balance bénéfices/risques. Les nanotechnologies apportent des moyens d'augmenter la balance bénéfices/risques en changeant le devenir du médicament dans l'organisme. L’idée est d’augmenter la quantité de molécules actives dans les tissus ou sur les cellules d’intérêt et de diminuer cette quantité dans les tissus où cette molécule pourrait être toxique. Ceci revêt un caractère très important dans le domaine des traitements anticancéreux, où l'on recherche un ciblage très fin sur les cellules tumorales et non sur les cellules saines. Dans d’autres domaines, comme l’infectiologie, le but des nanomédecines est de protéger la molécule active de la dégradation rapide lorsqu’elle est fragile (cas des vaccins contre la Covid-19). L'idée sous-tendue par l’encapsulation de molécules au sein de nanoparticules consiste à associer la molécule active à un vecteur qui possède des propriétés physico-chimiques (taille, charges électrostatiques de surface, hydrophilie, etc.) qui détermineront ses lieux de diffusion dans l'organisme et son élimination. Ainsi, le devenir de la molécule active, médicament, dans l'organisme, ne dépendra plus de ses propriétés chimiques propres mais de celles du vecteur. Ce concept est appelé vectorisation. Une vectorisation réussie consiste ainsi à améliorer le ciblage des molécules médicamenteuses vers les tissus de l'organisme où l'on désire qu'elles soient actives tout en limitant leur diffusion vers les tissus pour lesquels elles pourraient être toxiques, ceci en allongeant leur durée de résidence dans les tissus d'intérêt pour prolonger l'effet pharmacologique et augmenter l’efficacité. La mise au point d'un vecteur efficace et peu toxique repose sur la maîtrise des procédés de fabrication et de caractérisation, parfois difficiles à l'échelle nanométrique, mais aussi sur la connaissance des structures physiologiques, histologiques, biologiques et biochimiques des tissus de l'organisme. En effet, le devenir dans l'organisme du vecteur que l'on désire contrôler, pour maîtriser de fait l'action du médicament, dépendra de l'interaction entre le vecteur et le milieu vivant. Ainsi, en fonction de la voie d'administration du médicament, le vecteur sera en contact avec différents tissus et son trajet dans l'organisme pourra être différent. La discipline qui permet d'étudier le comportement d'un médicament en fonction des structures biologiques qu'il rencontre s'appelle la biopharmacie. Cet article a pour objectif de décrire les concepts particuliers de biopharmacie lorsqu'ils sont appliqués aux vecteurs de nanomédicaments, appelés aussi nanomédecines. Une analyse du devenir des nanomédecines par voie d'administration sera proposée dans cet article afin d'éclairer le formulateur sur les structures cellulaires et tissulaires à prendre en compte pour un design rationnel et efficace des nanomédicaments.
KEYWORDS
nanoparticles | biopharmaceutics | nanomedicines | pharmacokinetics
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2014 par Frédéric LAGARCE
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Devenir après administration pulmonaire
5.1 Rappels physiologiques du poumon
Le poumon a pour rôle d'oxygéner le sang en lui apportant l'oxygène de l'air et en lui permettant d'éliminer le dioxyde de carbone. Les canaux qui transportent ces gaz sont les bronches, puis les bronchioles. L’arbre pulmonaire comprend 23 bifurcations pour passer des plus grosses bronches aux bronchioles, et parvenir aux alvéoles pulmonaires où se font les échanges gazeux. Au niveau proximal, l'épithélium est pseudostratifié et composé de cellules cillées ainsi que de cellules caliciformes qui sécrètent du mucus. L'épithélium s'amincit ensuite pour devenir très fin au niveau des alvéoles pulmonaires. Il est alors composé de deux types cellulaires, les pneumocytes de type I (95 % des cellules) et les pneumocytes de type II qui produisent le surfactant et sont les précurseurs des pneumocytes de type I. Le surfactant est une substance qui forme un film sur les alvéoles et les empêche de se collaber. Il est composé de 80 % de phospholipides et 5-10 % de lipides neutres auxquels s'ajoutent 10 % de protéines dont plus de la moitié sont spécifiques du surfactant. Le mucus présent dans les bronches et les bronchioles présente une épaisseur de 5 à 55 µm et est constitué, comme le mucus intestinal, en majorité d'eau (95 %) et de mucines (2 %) associées à d'autres protéines, ions lipides et sels. Le mucus est éliminé en permanence par les cellules ciliées après avoir piégé les grosses particules (clairance mucociliaire). La profondeur de pénétration des particules dans l'arbre pulmonaire dépend de leur taille. Plus les particules respirées sont petites, plus elles peuvent atteindre facilement les alvéoles. Les particules de taille supérieure à 5 µm ne parviennent pas aux alvéoles et s'impactent dans les bronches ou bronchioles après inhalation. En revanche, si elles sont trop petites (< 0,1 µm), les particules peuvent aussi être expirées plus facilement. On considère ainsi qu'un diamètre aérodynamique de 1-2 µm permet une bonne pénétration et une certaine rémanence dans les alvéoles. La surface totale des alvéoles est de 100 m2 environ, ce qui est un facteur favorable à la diffusion vers le sang en cas de bonne perméabilité du principe actif.
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Devenir après administration pulmonaire
BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
European technology platform on nanomedicine : ETP – Nanomedicine
http://www.etp-nanomedicine.eu/public
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