Microcapsules : de l’encapsulation aux cellules artificielles

Lans les domaines de la cosmétique et la pharmacologie, il est primordial de protéger des principes actifs hydrosolubles du milieu extérieur en les encapsulant. Les microcapsules utilisées sont généralement des objets sphériques micrométriques, composés d’un cœur aqueux contenant les principes actifs, recouvert d’une couche (ou membrane) plus ou moins solide, servant de protection. De la même façon, pour synthétiser une cellule artificielle, il convient d’encapsuler du matériel biologique (ADN, protéines...) au sein de microcapsules, le tout mimant une cellule, telle une bactérie par exemple. Cette approche représente un enjeu majeur pour la compréhension des origines de la vie et pour déterminer les conditions minimales pour que la vie existe, ou encore pour créer des bioréacteurs capables de synthétiser des molécules d’intérêt à façon.

Un exemple classique de microcapsules est celui des liposomes (ou vésicules), dont la couche protectrice est composée d’une membrane de lipides. Cependant, il existe également des microcapsules dont la membrane est faite de particules ou de polymères, formant une structure relativement solide autour du cœur aqueux. Du fait des modes de préparation de telles microcapsules qui sont décrits ci-après, il est difficile d’encapsuler en leur sein des principes actifs hydrosolubles ou du matériel biologique.

Une méthode émergente consiste à utiliser des émulsions eau-dans-eau. Elles résultent d’une séparation de phases microscopique se produisant dans des mélanges aqueux de polymères, mais également de tensioactifs ou même de polyélectrolytes. Il se forme alors des gouttes aqueuses micrométriques, enrichies en l’un ou plusieurs de ces composés, dispersées dans le milieu aqueux, d’où le terme d’émulsion eau-dans-eau, par analogie avec les émulsions huile-dans-eau dans lesquelles des gouttes d’huile sont dispersées dans le milieu aqueux.

L’intérêt majeur de ces émulsions eau-dans-eau est que ces gouttes aqueuses sont capables de séquestrer spontanément des composés hydrosolubles, tels que l’ADN ou des protéines, mais également des particules ou aussi de petites molécules. Cependant, ces gouttes aqueuses eau-dans-eau ne possèdent pas de couche protectrice à leur surface et peuvent ainsi fusionner entre elles (coalescence), ce qui conduit alors à une séparation de phases macroscopique, formant ainsi deux phases distinctes l’une au-dessus de l’autre.

Dans cet article, il est montré comment il est possible, en ajoutant différents composés, de stabiliser ces émulsions eau-dans-eau, formant ainsi une couche ou membrane à l’interface des gouttes. Il en résulte des microcapsules dans lesquelles peuvent être encapsulés des principes actifs ou du matériel biologique initialement séquestrés spontanément dans les gouttes eau-dans-eau.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.