Download - Marie MASSON - archive.bu.univ-nantes.fr
-0-
UNIVERSITÉ DE NANTES
FACULTÉ DE PHARMACIE
ANNÉE 2009 N33°
THÈSE
pour le
DIPLÔME D’ÉTAT
DE DOCTEUR EN PHARMACIE
par
Marie MASSON
--------------------------------
Présentée et soutenue publiquement le 29 juin 2009
POTENTIEL DES MICROSPHERES DANS
L’ADMINISTRATION NASALE DE MEDICAMENTS
Président :
M. Christian MERLE, Professeur de Pharmacie Galénique
Membres du jury :
Mme Aurélie BILLON-CHABAUD, Maître de Conférences de
Pharmacie Galénique
Mme Solène RECULEAU-RAVILY, Pharmacien Industriel
-1-
SOMMAIRE
PARTIE 1 : ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITÉS NASALES
I. ANATOMIE DES CAVITES NASALES .................................................................................. 7
A. STRUCTURES ANATOMIQUES...................................................................................................... 7 B. PAROIS DE LA CAVITE NASALE ................................................................................................... 8
1. Toit de la cavité nasale ........................................................................................................ 8 2. Plancher de la cavité nasale ................................................................................................. 8 3. Le septum nasal ................................................................................................................... 8 4. Paroi latérale de la cavité nasale ......................................................................................... 9
II. STRUCTURE DE LA MUQUEUSE NASALE ......................................................................... 9
A. LE VESTIBULE NASAL ................................................................................................................ 9 B. LA PARS OLFACTORIA ............................................................................................................. 10 C. LA PARS RESPIRATORIA ........................................................................................................... 11
1. Structure de l’épithélium respiratoire ................................................................................. 11 2. Système de transport muco-ciliaire ..................................................................................... 12
III. VASCULARISATION DES CAVITES NASALES ................................................................ 13
A. IRRIGATION ARTERIELLE ......................................................................................................... 13 B. CIRCULATION DE RETOUR........................................................................................................ 14
IV. ASPECTS FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES ..................................................... 15
A. LA FONCTION OLFACTIVE ........................................................................................................ 15 B. LA FONCTION RESPIRATOIRE.................................................................................................... 15 C. LA FONCTION DE DEFENSE ....................................................................................................... 16
1. La défense épithéliale ........................................................................................................ 16 2. Le système immunitaire associé à la muqueuse nasale ........................................................ 16 3. L’inflammation non spécifique ........................................................................................... 17
PARTIE 2 : MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MÉDICAMENTS
I. GENERALITES ...................................................................................................................... 18
A. CONDITIONS POUR L’ACTION PHARMACOLOGIQUE .................................................................... 18 B. PHASES DU DEVENIR DES MEDICAMENTS DANS L’ORGANISME ................................................... 18
1. Phase galénique................................................................................................................. 18
2. Absorption des médicaments .............................................................................................. 18 3. Distribution dans l’organisme ............................................................................................ 22 4. Métabolisation ................................................................................................................... 22 5. Elimination ........................................................................................................................ 23
C. ROLE DE LA FORME GALENIQUE ............................................................................................... 23
II. BARRIERES PHYSIOLOGIQUES A L’ABSORPTION PAR LA MUQUEUSE NASALE 24
A. MUCUS ET DRAINAGE MUCO-CILIAIRE ...................................................................................... 24 B. BARRIERE DE PERMEABILITE ENZYMATIQUE............................................................................. 24
1. Enzymes protéolytiques ...................................................................................................... 24 2. Enzymes oxydatives du cytochrome P450 ........................................................................... 25
3. Enzymes de conjugaison .................................................................................................... 26 4. Autres enzymes oxydatives ................................................................................................. 26
C. BARRIERE DE PERMEABILITE CELLULAIRE ................................................................................ 26
-2-
III. DYNAMIQUE DE PERMEABILITE ..................................................................................... 28
A. MOLECULES HYDROSOLUBLES................................................................................................. 28
B. MOLECULES LIPOSOLUBLES ..................................................................................................... 29 IV. FACTEURS AFFECTANT LA PERMEABILITE NASALE ................................................ 30
A. PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DU MEDICAMENT .................................................................. 30 1. PM/taille ........................................................................................................................... 30 2. Liposolubilité ..................................................................................................................... 30 3. pKa / pH ............................................................................................................................ 31
4. Morphologie ...................................................................................................................... 32 B. FORME GALENIQUE ................................................................................................................. 32
1. Concentration, dose et volume administrés ......................................................................... 32 2. Etat physique ..................................................................................................................... 34
3. pH ..................................................................................................................................... 34 4. Osmolarité ......................................................................................................................... 35 5. Viscosité ............................................................................................................................ 35
C. FACTEURS BIOLOGIQUES ......................................................................................................... 35
1. Flux sanguin nasal ............................................................................................................. 35 2. Activité enzymatique .......................................................................................................... 35 3. Conditions physiopathologiques de la muqueuse nasale ..................................................... 36 4. Site d’administration .......................................................................................................... 36
V. AVANTAGES ET LIMITES DE L’ADMINISTRATION NASALE ..................................... 37
VI. STRATEGIES D’EXPLOITATION DE LA MUQUEUSE NASALE COMME VOIE
D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS....................................................................... 38
A. PROMOTEURS D’ABSORPTION INFLUANT SUR LA STRUCTURE DE LA MUQUEUSE NASALE ............. 39 B. PROMOTEURS D’ABSORPTION INFLUANT SUR LES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES PRINCIPES
ACTIFS .................................................................................................................................... 40
PARTIE 3 : MICROSPHÈRES ET ADMINISTRATION NASALE
I. GENERALITES SUR L’ENCAPSULATION ........................................................................ 42
A. DEFINITION............................................................................................................................. 42 B. INTERETS DE L’ENCAPSULATION .............................................................................................. 43
1. Isolement du principe actif ................................................................................................. 44 2. Protection du patient.......................................................................................................... 44 3. Contrôle de la libération .................................................................................................... 44 4. Modification de la forme galénique .................................................................................... 44
5. Fonctionnalisation ............................................................................................................. 44 C. TECHNIQUES INDUSTRIELLES DE MICROENCAPSULATION .......................................................... 45
1. Procédés physico-chimiques............................................................................................... 45 2. Procédés mécaniques ......................................................................................................... 52
3. Procédés chimiques ........................................................................................................... 56 D. CINETIQUE DE LIBERATION DES PRINCIPES ACTIFS .................................................................... 57 E. CRITERES DE CHOIX DE LA FORMULATION ET DU PROCEDE ........................................................ 60
II. MICROENCAPSULATION ET ADMINISTRATION NASALE.......................................... 62
A. CARACTERISTIQUES DES MICROPARTICULES POUR LA VOIE NASALE .......................................... 62 1. Matériaux utilisés .............................................................................................................. 62
2. Taille ................................................................................................................................. 66 3. Mode de chargement en principe actif ................................................................................ 67
-3-
B. IMPACT DES MICROSPHERES SUR LA PERMEABILITE DE LA MUQUEUSE NASALE .......................... 67
1. Formation d’un gel et augmentation du temps de contact avec la muqueuse ........................ 67 2. Ouverture des jonctions serrées ......................................................................................... 69 3. Liaison des microsphères aux ions calciques ...................................................................... 70
C. EVALUATION DU POTENTIEL DES MICROSPHERES SUR L’ABSORPTION NASALE DE PRINCIPES ACTIFS
MEDICAMENTEUX.................................................................................................................... 70
1. Techniques d’évaluation des microsphères ......................................................................... 70 2. Evaluation de l’absorption par la muqueuse nasale ............................................................ 72
D. ASPECTS IMMUNOLOGIQUES .................................................................................................... 78 E. ASPECTS TOXICOLOGIQUES ..................................................................................................... 79
1. Mesure de la ciliotoxicité in vitro ....................................................................................... 80 2. Mesure de la clairance muco-ciliaire in vivo ...................................................................... 80 3. Evaluation de la toxicité sur la muqueuse nasale ................................................................ 81
-4-
LISTE DES FIGURES
FIGURE 1 : SECTION SAGITALLE DES CAVITES NASALES ............................................................................ 7 FIGURE 2 : VUE LATERALE DROITE DU SEPTUM NASAL ............................................................................. 8 FIGURE 3 : EPITHELIUM OLFACTIF ......................................................................................................... 10
FIGURE 4 : CARACTERISTIQUES DE L'EPITHELIUM RESPIRATOIRE ............................................................ 11 FIGURE 6 : STRUCTURE D'UNE MEMBRANE CELLULAIRE ......................................................................... 19 FIGURE 7 : MODALITES DU PASSAGE TRANSMEMBRANAIRE .................................................................... 20 FIGURE 9 : PHASES DE TRANSFORMATION DES MEDICAMENTS ................................................................ 23
FIGURE 10 : DETAIL SCHEMATIQUE D'UNE JONCTION SERREE ................................................................. 27 FIGURE 11 : RELATION ENTRE LE POURCENTAGE ABSORBE ET LE POIDS MOLECULAIRE DE MOLECULES DE
DEXTRANS (ECHELLE LOGARITHMIQUE) ............................................................................. 28 FIGURE 12 : ADMINISTRATION NASALE ET INTRAVEINEUSE DE PENTAZOCINE CHEZ L'HOMME .................. 29 FIGURE 13 : DIAGRAMME DE PREDOMINANCE DU COUPLE AH/A- ............................................................ 31 FIGURE 14 : EVOLUTION DE LA CONSTANTE DE VITESSE D'ABSORPTION EN FONCTION DU PH ................... 32 FIGURE 15 : VARIATION DU TAUX D'ABSORPTION EN FONCTION DE LA CONCENTRATION INITIALE EN L-
TYROSINE CHEZ LE RAT ...................................................................................................... 33 FIGURE 16 : VARIATION DU TAUX D'ABSORPTION EN FONCTION DES CONCENTRATIONS INITIALES EN ACIDE
SALICYLIQUE ET EN AMINOPYRINE CHEZ LE RAT ................................................................. 33 FIGURE 17 : MICROSPHERES ET MICROCAPSULES.................................................................................... 42 FIGURE 18 : SCHEMA DE PRINCIPE DU PROCEDE DE COACERVATION COMPLEXE ....................................... 46
FIGURE 19 : POLYANIONS CLASSIQUEMENT UTILISES AVEC LA GELATINE DANS LA TECHNIQUE DE
COACERVATION COMPLEXE ................................................................................................ 47
FIGURE 20 : SCHEMA DE PRINCIPE DU PROCEDE D’EVAPORATION DE SOLVANT ........................................ 49 FIGURE 21 : PROCEDE DE MICROENCAPSULATION PAR EVAPORATION DE SOLVANT A PARTIR D'UNE
EMULSION MULTIPLE .......................................................................................................... 51 FIGURE 22 : SCHEMA DE PRINCIPE DU PROCEDE DE GELIFICATION THERMIQUE ........................................ 52 FIGURE 24 : REPRESENTATION SCHEMATIQUE D'UN APPAREIL A LIT D'AIR FLUIDISE EN CONFIGURATION TOP
SPRAY ................................................................................................................................ 55 FIGURE 25 : SYSTEMES A LIBERATION DECLENCHEE ET CONTINUE .......................................................... 58
FIGURE 26 : PROFILS DE LIBERATION OBTENUS A PARTIR DE DIFFERENTES MICROPARTICULES ................. 59 FIGURE 27 : STRUCTURE DE L'AMYLOSE ET DE L'AMYLOPECTINE ............................................................ 63 FIGURE 28 : STRUCTURES CHIMIQUES DE LA CHITINE ET DU CHITOSAN .................................................... 64 FIGURE 30 : EVALUATION DE LA DEMIE-VIE DE SOLUTIONS ET DE MICROSPHERES ................................... 68 FIGURE 31 : OUVERTURE DES JONCTIONS SERREES ENTRE LES CELLULES CACO-2 APRES ADMINISTRATION
DE MICROSPHERES D'AMIDON .............................................................................................. 69 FIGURE 32 : STRUCTURE DE L'INSULINE ................................................................................................. 73 FIGURE 33 : VARIATION DU GLUCOSE PLASMATIQUE APRES ADMINISTRATION INTRANASALE CHEZ LE RAT
DE 1 UI/KG D'INSULINE ENCAPSULEE DANS DES MICROSPHERES DE DEXTRAN ........................ 74 FIGURE 34 : EVOLUTION DU TAUX CALCIQUE EN FONCTION DU TEMPS APRES ADMINISTRATION NASALE
CHEZ LE RAT DE CALCITONINE (15 U/KG) ENCAPSULEE DANS DES MICROSPHERES DE GELATINE
CHARGEES POSITIVEMENT ET NEGATIVEMENT ..................................................................... 77 FIGURE 35 : CONCENTRATION SERIQUE DE CARBAMAZEPINE APRES ADMINISTRATION DE MICROSPHERES DE
CHITOSAN .......................................................................................................................... 78 FIGURE 36 : EFFET DES MICROSPHERES DE DEXTRAN SUR LA FREQUENCE DE BATTEMENT CILIAIRE IN VITRO
APRES 15 ET 30 MINUTES D'EXPOSITION ............................................................................... 80
-5-
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 1 : EXEMPLES DE MOLECULES ADMINISTREES PAR VOIE NASALE METABOLISEES PAR LE
CYTOCHROME P450 .......................................................................................................... 36 TABLEAU 2 : AVANTAGES ET LIMITES DE L'ADMINISTRATION NASALE ..................................................... 38 TABLEAU 3 : SPECIALITES ADMINISTREES PAR VOIE NASALE ................................................................... 39 TABLEAU 4 : AGENTS UTILISES POUR LA GELIFICATION DE POLYMERES ................................................... 55 TABLEAU 5 : CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES MICROPARTICULES OBTENUES PAR LES
PRINCIPAUX PROCEDES INDUSTRIELS DE MICROENCAPSULATION ........................................ 61
TABLEAU 6 : SITE DE DEPOT PREFERENTIEL DES PARTICULES EN FONCTION DE LEUR DIAMETRE ............... 67
-6-
INTRODUCTION
L’utilisation de la voie nasale dans l’administration de médicaments a pris un essor important
depuis les années 1980. Jusqu’à cette période, le développement des formes nasales concernait
essentiellement des traitements locaux indiqués dans des pathologies telles que les rhinites
saisonnières et les infections rhino-pharyngées. L’émergence de peptides thérapeutiques a
conduit de nombreux auteurs à envisager une alternative aux voies orales et parentérales. La
voie orale conduit en effet à une dégradation importante des molécules peptidiques. La voie
intraveineuse est, quant à elle, source de douleur et d’intolérance au site d’injection. Richement
vascularisée et facile d’accès, la muqueuse nasale se présente alors comme une voie d’accès
potentielle à la circulation systémique. Elle permet en outre d’éviter l’effet de premier passage
hépatique.
Des traitements systémiques ont ainsi vu le jour dans des indications diverses telles que la
migraine, l’endométriose ou le diabète insipide. Malgré tout, la biodisponibilité des principes
actifs hydrophiles de hauts poids moléculaires reste très limitée et incompatible, dans certains
cas, avec une application thérapeutique. Diverses stratégies ont alors été envisagées afin de
favoriser l’absorption des ces molécules thérapeutiques. Parmi les formes galéniques mises au
point, figurent les microparticules.
Afin d’évaluer le potentiel des microparticules dans l’administration nasale de médicaments,
nous présenterons dans un premier temps les caractéristiques structurales et fonctionnelles des
cavités nasales. Nous étudierons ensuite, d’un point de vue pharmacologique et
pharmacocinétique, la barrière de perméabilité de la muqueuse nasale et les avantages et limites
de cette voie dans l’administration de médicaments. Nous évaluerons enfin l’activité des
microparticules sur la muqueuse nasale et leur potentiel en tant que promoteur d’absorption.
PARTIE 1
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES
CAVITÉS NASALES
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-7-
I. ANATOMIE DES CAVITES NASALES
Les cavités nasales s’ouvrent vers l’extérieur par les narines et communiquent à l’arrière avec le
pharynx par les choanes. Leur longueur moyenne est comprise entre 12 à 14 cm pour un volume
total de 15 à 20 cm3 et une surface totale d’environ 150 cm² [1, 2]. Les deux fosses nasales sont
séparées par une structure ostéocartilagineuse, le septum nasal.
A. STRUCTURES ANATOMIQUES
Chaque cavité nasale est composée de quatre structures anatomiques (Fig. 1) [1, 2, 3] :
Le vestibule nasal (Fig.1 -A), d’une surface d’environ 0,6 cm², forme l’entrée dans la
cavité nasale,
La région respiratoire (Fig. 1-B) qui comprend les trois cornets du nez : inférieur (Fig.1-
C1), moyen (Fig. 1-C2) et supérieur (Fig.1-C3),
La région olfactive (Fig.1-D), située sur le plancher de la cavité nasale et qui couvre
environ 10% de l’aire totale de la cavité,
Le nasopharynx (Fig.1-E).
FIGURE 1 : SECTION SAGITALLE DES CAVITES NASALES [1]
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-8-
B. PAROIS DE LA CAVITE NASALE
1. TOIT DE LA CAVITE NASALE
Le toit de la cavité nasale est étroit et incurvé, sauf au niveau de son extrémité postérieure. On
peut le subdiviser en trois parties (fronto-nasale, ethmoïdale et sphénoïdale) selon les os qui le
constituent. L’os ethmoïdal forme la limite entre la cavité nasale et l’orbite. Il se présente sous
la forme d’une lame criblée dont les perforations permettent le passage des nerfs olfactifs
jusqu’au bulbe olfactif [4].
2. PLANCHER DE LA CAVITE NASALE
Le plancher de la cavité nasale est, quant à lui, formé par le processus palatin du maxillaire et
par la lame horizontale de l’os palatin. Cette dernière permet de séparer la cavité nasale de la
cavité buccale [5].
3. LE SEPTUM NASAL
La paroi médiale de la cavité nasale forme le septum nasal (ou cloison nasale) (Fig. 2). Celui-ci
sépare les cavités nasales en deux parties. Le septum déborde un peu de la cavité nasale vers la
partie externe du nez. Il est constitué :
De la lame perpendiculaire de l’os ethmoïde,
Du vomer,
De cartilage.
La mince lame perpendiculaire de l’os ethmoïde forme la partie supérieure du septum nasal. Le
vomer, un os plat et mince, forme la partie postéro-inférieure du septum nasal. Le cartilage du
septum nasal s’articule avec les bords du septum osseux [5].
FIGURE 2 : VUE LATERALE DROITE DU SEPTUM NASAL [5]
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-9-
4. PAROI LATERALE DE LA CAVITE NASALE
La paroi latérale de la cavité nasale est irrégulière. Elle présente en effet trois excroissances
incurvées : les cornets nasaux. Les cornets nasaux permettent de diviser la cavité nasale en
quatre passages :
Le récessus sphéno-ethmoïdal,
Le méat supérieur,
Le méat moyen,
Le méat inférieur.
Le cornet nasal inférieur est le plus long et le plus large des cornets nasaux. Le récessus sphéno-
ethmoïdal est un espace dans lequel s’ouvre le sinus sphénoïdal. Le méat supérieur forme un
passage étroit entre les cornets supérieur et moyen. Le méat moyen est plus long et plus large
que le méat supérieur. Il communique avec le sinus frontal. Le méat inférieur forme, quant à lui,
un passage horizontal. Le conduit lacrymo-nasal qui draine les sécrétions lacrymales à partir du
sac lacrymal s’ouvre dans la partie antérieure de ce méat [5].
II. STRUCTURE DE LA MUQUEUSE NASALE
Chaque région anatomique des cavités nasales a un tissu de revêtement particulier. Le type
cellulaire et la structure de l’épithélium est variable. Le relief muqueux peut ainsi se diviser en
trois zones [4] :
Le vestibule nasal,
La pars olfactoria,
La pars respiratoria.
La muqueuse nasale a donc une double fonction : respiratoire et olfactive. Cette différence
fonctionnelle se retrouve sur le plan morphologique. La transition entre la muqueuse olfactive
(pars olfactoria) et la muqueuse respiratoire (pars respiratoria) est brutale [2].
A. LE VESTIBULE NASAL
Le vestibule nasal forme l’entrée dans la cavité nasale et est recouvert par la peau externe.
L’épithélium est alors squameux, kératinisé et stratifié. Il est recouvert de nombreux follicules
pileux qui permettent de filtrer les grosses particules en suspension dans l’air inspiré. Le tissu
épidermique est ensuite remplacé par une muqueuse nasale revêtue d’un épithélium spécialisé.
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-10-
B. LA PARS OLFACTORIA
L’épithélium de la pars olfactoria est cylindrique, pseudostratifié et cilié (Fig. 3). Il est localisé
à la hauteur du cornet supérieur et représente une surface totale d’environ 2 à 2,5 cm². Il est
composé de différents types cellulaires [6, 7, 8] :
Des cellules olfactives, qui jouent le rôle de récepteurs,
Des cellules de soutien,
Des cellules basales.
Les cellules olfactives réceptrices sont des neurones bipolaires pourvus de deux prolongements
cytoplasmiques : un prolongement dendritique et un prolongement axonal. La fine dendrite
s’étend jusqu’à la surface de l’épithélium et est terminée par un renflement portant quelques
longs cils appelés cils olfactifs. Le prolongement axonal est, quant à lui, très mince et descend
entre les cellules basales pour traverser la lame criblée de l’ethmoïde. Il rejoint ensuite d’autres
prolongements axonaux pour constituer les filets olfactifs qui font synapse dans le bulbe
olfactif.
Les cellules de soutien entourent et protègent les cellules olfactives. Elles ont une forme
allongée et composent l’essentiel de la muqueuse olfactive.
Les cellules basales sont, quant à elles, plus courtes et constituent la base de l’épithélium. Ces
cellules ne sont pas en contact avec la lumière. Elles constituent les cellules souches à l’origine
des cellules olfactives.
FIGURE 3 : EPITHELIUM OLFACTIF [6]
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-11-
C. LA PARS RESPIRATORIA
La muqueuse de la pars respiratoria est recouverte par un épithélium de cils vibratils en deux
rangées, orientés vers l’arrière gorge. Tout comme l’épithélium olfactif, l’épithélium
respiratoire est de type cylindrique pseudostratifié et cilié. Il représente environ 98% de la
surface totale de la muqueuse nasale, soit 120 à 150 cm². L’absorption de molécules actives aura
donc lieu principalement à ce niveau. Cet épithélium présente quatre types cellulaires distincts
sur lesquels les glandes nasales sécrètent un mucus.
1. STRUCTURE DE L’EPITHELIUM RESPIRATOIRE
L’épithélium respiratoire présente quatre types cellulaires distincts [3] :
Des cellules cylindriques non ciliées (Fig. 4-1),
Des cellules caliciformes (Fig. 4-2),
Des cellules basales (Fig. 4-3), précurseurs des cellules cylindriques et caliciformes,
Des cellules cylindriques ciliées (Fig. 4-4).
FIGURE 4 : CARACTERISTIQUES DE L'EPITHELIUM RESPIRATOIRE [2]
Ces différents types cellulaires sont intimement liés entre eux grâce à deux systèmes
principaux :
Des jonctions serrées ou tight junctions,
Des interdigitations membranaires.
Les jonctions serrées relient les cellules cylindriques au niveau de leur pôle apical. Les
interdigitations membranaires lient les cellules entre elles à mi-hauteur.
A la hauteur de la couche germinative, l’espace intercellulaire est donc beaucoup plus lâche
puisqu’il n’existe pas de système liant les cellules les unes aux autres. Le rôle de barrière de
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-12-
perméabilité de la muqueuse nasale sera fonction de la cohésion entre ces différents types
cellulaires. Cette barrière cellulaire est complétée, à la surface de l’épithélium, par un système
de transport muco-ciliaire.
2. SYSTEME DE TRANSPORT MUCO-CILIAIRE
Le système de transport muco-ciliaire est caractéristique de l’épithélium respiratoire. Il permet
de drainer les particules inhalées vers le pharynx, d’où elles gagneront le tube digestif. Ces
particules étrangères ne seront alors pas absorbées par la muqueuse nasale.
a) LES CILS
Toutes les cellules cylindriques, ciliées et non ciliées, sont recouvertes de microvillosités d’une
longueur de 1 à 2 µm distribuées uniformément. Leur rôle est d’augmenter la surface d’échange
avec le milieu extérieur et de maintenir une humidité essentielle à la fonction ciliaire. Les
cellules ciliées, qui représentent environ les trois quart des cellules superficielles, possèdent
chacune entre 100 et 300 cils. Ces cils forment donc un tapis très serré à la surface du pôle
apical des cellules. Ils sont animés de mouvements périodiques [9].
b) LE MUCUS
L’épithélium est protégé par une couche de mucus de 5 à 10 µm d’épaisseur recouvrant le tapis
ciliaire [2]. Celui-ci est sécrété par des glandes séromuqueuses présentes dans la région
respiratoire et, à un degré moindre, par les cellules caliciformes de l’épithélium respiratoire. Il a
un rôle de barrière physique susceptible de piéger les germes. Ce mucus est biphasique [2]. Il
est composé :
D’une couche profonde de liquide périciliaire (phase « sol ») dans laquelle baigne la
majorité des cils. Cette couche de mucus, d’une épaisseur de 6 à 8 µm, est très fluide.
L’épaisseur et la viscosité de cette couche doivent être précisément contrôlées pour
assurer un bon fonctionnement du mécanisme de clairance muco-ciliaire [10].
D’une couche externe visqueuse (phase « gel ») dans laquelle la pointe des cils prend
appui pour propulser le mucus en direction du pharynx. Cette couche est de faible
épaisseur (0,5 à 2 µm) et est très viscoélastique. Seule cette phase « gel » est transportée
par le battement des cils.
Les cils battent de façon synchrone, propulsant la phase gel pendant leur battement actif et
restant dans la phase sol pendant la phase de récupération. Le cil pénètre à vitesse élevée dans la
phase gel. Une vitesse de 5 à 10 mm/min pour le transport du mucus a pu être mesurée chez
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-13-
l’homme [10]. La fréquence des battements ciliaires varie de 8 à 20 battements par seconde. Il a
été montré que la couche visqueuse est renouvelée deux à trois fois par heure.
De 10 à 20 mL de mucus sont sécrétés quotidiennement chez l’homme. Ce mucus contient 95%
d’eau, mais aussi des protéines assurant des fonctions de défense, comme des antiprotéases, et
des glycoprotéines, nommées mucines. Son pH est compris entre 5,0 et 6,7.
Le système muco-ciliaire fonctionne constamment et véhicule les particules déposées à ce
niveau pour les transporter des cavités nasales vers le nasopharynx et la bouche oesophagienne
où elles sont dégluties. Ce système peut être altéré par de nombreux facteurs tels l'hypoxie, les
variations de température, la déshydratation, certains médicaments (antihistaminiques,
anticholinergiques), les corps étrangers, l'infection, les traumatismes, les tumeurs, le tabac, les
polluants environnementaux, les allergènes et par certaines maladies (mucoviscidose,
dyskinésies ciliaires) [9].
III. VASCULARISATION DES CAVITES NASALES
A. IRRIGATION ARTERIELLE
Les cavités nasales sont richement vascularisées (Fig. 5). L’irrigation artérielle de la muqueuse
nasale se fait principalement par l’artère sphéno-palatine et l’artère ethmoïdale antérieure.
L’artère sphéno-palatine est une branche de l’artère maxillaire, elle-même issue de l’artère
carotide. L’artère ethmoïdale antérieure est, quant à elle, issue de l’artère ophtalmique.
L’irrigation est également assurée par des branches :
De l’artère ethmoïdale postérieure,
De l’artère grande palatine,
De l’artère labiale supérieure terminale,
De l’artère faciale.
Une zone de la partie antérieure du septum nasal est particulièrement riche en capillaires : la
zone de Kiesselbach ou tâche vasculaire. Elle correspond à l’anastomose de cinq artères
irriguant le septum nasal. Cette région est souvent impliquée dans l’épistaxis chronique [2, 5].
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-14-
B. CIRCULATION DE RETOUR
Un riche plexus veineux assure la circulation de retour. Il est l’un des éléments importants du
système thermo-régulateur du corps : il permet des échanges caloriques et réchauffe l’air entrant
dans les poumons.
Le plexus veineux occupe la partie profonde de la muqueuse nasale. Il est drainé par les veines
faciales, ophtalmiques et sphéno-palatines, lesquelles confluent vers la veine jugulaire interne.
Cette dernière rejoignant directement le cœur droit, tout principe actif administré via la
muqueuse nasale évite ainsi l’effet de premier passage gastro-intestinal et hépatique [2, 5].
FIGURE 5 : ARTERES DE LA CAVITE NASALE [5]
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-15-
IV. ASPECTS FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
Les fonctions du nez et des cavités nasales sont les suivantes :
L’olfaction,
La respiration,
La défense de l’organisme via un système immunitaire.
A. LA FONCTION OLFACTIVE
L’organe de l’odorat est l’épithélium de la région olfactive, situé dans le toit de la cavité nasale.
Pour être odorante, une substance chimique doit être volatile et hydrosoluble. Elle doit en effet
entrer à l’état gazeux dans les cavités nasales et se dissoudre dans le mucus de l’épithélium pour
stimuler les cellules olfactives. La présence d’une molécule odorante provoque une
dépolarisation des récepteurs olfactifs par l’ouverture de canaux Na+
et K+ spécifiques. Le
potentiel d’action ainsi formé se propage dans les neurofibres d’un nerf olfactif jusqu’au
premier relais synaptique situé dans le bulbe olfactif. Les influx provenant des bulbes olfactifs
empruntent ensuite les tractus olfactifs pour atteindre les aires olfactives du cortex, où les
odeurs seront consciemment interprétées. Parallèlement à ce traitement conscient, les
informations olfactives atteignent également l’amygdale, l’hypothalamus et le mésencéphale.
Ces voies du système limbique analysent les aspects émotionnels des odeurs et y réagissent [6,
7].
B. LA FONCTION RESPIRATOIRE
En situation calme un sujet normal ventile par le nez. Bien que le volume aérien du nez soit petit
(20 cm3), les replis de la muqueuse créent une large surface de contact (de 120 à 150 cm²). Les
cavités nasales vont ainsi permettre de réchauffer, humidifier et filtrer l’air inspiré. Le nez est
donc l’élément fondamental du système de conditionnement de l’air, servant d’intermédiaire
entre l’atmosphère où le gaz est relativement sec et froid et les alvéoles où le gaz est à 37°C et
saturé en vapeur d’eau [10].
A l’inspiration, l’air est réchauffé jusqu’à une température proche de celle de l’organisme (à
1°C près) et complètement saturé en vapeur d’eau avant d’atteindre la trachée. A l’expiration,
une partie de l’eau présente sous forme de vapeur dans le gaz est retenue au niveau du nez, qui
est ainsi également réchauffé. Il y a de cette façon une importante économie d’énergie.
La filtration des particules est, quant à elle, assurée par les poils présents à l’intérieur des
narines. Les vibrisses du vestibule nasal vont tout d’abord retenir les grosses particules. Le
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-16-
dépôt des plus petites particules aura lieu par turbulence. Chaque fois que l’air atteint une
structure particulière (cornets, septum, paroi pharyngée), il change de direction tandis que les
particules ayant une masse et une force plus grandes continuent leur trajet et se déposent sur les
parois. Elles se retrouvent alors adsorbées sur le mucus et seront transportées par les cils vers le
pharynx pour être finalement dégluties. Il s’écoule en moyenne 15 à 30 minutes entre le dépôt
d’une particule sur la muqueuse nasale et son arrivée dans le nasopharynx. Le mécanisme de
turbulence pour l’élimination des particules est très important puisque presque aucune particule
d’un diamètre supérieur à 6 µm n’entre dans le poumon par le nez. Les particules d’un diamètre
de 1 à 5 µm se déposent dans les plus petites bronchioles par effet de gravité. Les particules
d’un diamètre inférieur à 0,5 µm restent en suspension dans le gaz alvéolaire et seront rejetées
avec l’expiration [11, 12].
C. LA FONCTION DE DEFENSE
Le nez a la capacité de contenir les agressions aéroportées, empêchant leur propagation à
l'oreille moyenne et aux bronches et leur diffusion dans l'organisme. Cette fonction s’articule
autour de trois lignes de défense [2, 9, 12] :
La défense épithéliale,
Le système immunitaire associé à la muqueuse nasale,
L’inflammation non spécifique.
1. LA DEFENSE EPITHELIALE
La muqueuse nasale constitue l’une des premières lignes de défense vis-à-vis des agressions
exogènes. Elle constitue une barrière mécanique. Les grosses particules sont ainsi filtrées au
niveau du vestibule nasal par les follicules pileux. Les plus petites particules seront adsorbées
par le mucus de l’épithélium respiratoire. Les cils conduiront ensuite les substances étrangères
vers le pharynx où elles seront dégluties.
2. LE SYSTEME IMMUNITAIRE ASSOCIE A LA MUQUEUSE NASALE
Une réaction immunitaire systémique se met également en place après impact d’antigènes
inhalés. Ce système peut être divisé en deux sites :
Le site inducteur, où s’initie la réponse immunitaire,
Le site effecteur, où migrent les cellules immunocompétentes pour y exercer leurs
fonctions.
Le site inducteur est le tissu lymphoïde associé à la muqueuse nasale ou NALT (Nasal
Associated Lymphoïd Tissue).
ASPECTS ANATOMIQUES ET FONCTIONNELS DES CAVITES NASALES
-17-
Son rôle est de :
Capturer les antigènes et assurer leur présentation aux lymphocytes,
Permettre la prolifération des lymphocytes B et T spécifiques de ces antigènes,
Assurer leur différenciation en lymphocytes effecteurs qui détruiront les cellules
infectées, et en lymphocytes producteurs d'anticorps qui protègeront l’organisme contre
une agression ultérieure.
Une des caractéristiques importantes de ce système est la production par les plasmocytes d'une
classe d'immunoglobulines spécifiques des muqueuses : les IgA sécrétoires, moyen de défense
majeur de l'immunité spécifique muqueuse antivirale et antibactérienne. Les IgA sécrétoires
constituent la classe dominante des immunoglobulines présentes dans les sécrétions nasales.
Elles possèdent des propriétés multiples comme l'inhibition de l'adhérence bactérienne à la
muqueuse, la neutralisation des virus et toxines et la limitation de l'absorption des antigènes.
Des titres faibles d'IgM et d'IgG sont aussi retrouvés dans les sécrétions.
3. L’INFLAMMATION NON SPECIFIQUE
C'est une réaction physiologique et continue de défense et d'adaptation de l'organisme à son
environnement par le biais de l'inflammation.
PARTIE 2
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE
MÉDICAMENTS
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-18-
I. GENERALITES
A. CONDITIONS POUR L’ACTION PHARMACOLOGIQUE
Pour exercer son action thérapeutique un médicament doit répondre à différentes conditions. Il
doit, tout d’abord, être à l’état moléculaire. La forme galénique devra donc se dissoudre dans
l’organisme pour libérer les molécules actives. Le principe actif doit également se trouver en
quantité suffisante et être sous forme active pour exercer son action thérapeutique. Il devra enfin
ne pas être lié aux protéines plasmatiques pour diffuser jusqu’à sa cible. Toutes ces conditions
doivent être prises en compte dans l’étape du développement pharmaceutique.
B. PHASES DU DEVENIR DES MEDICAMENTS DANS L’ORGANISME
Après son administration dans l’organisme un médicament suit classiquement cinq phases [13] :
Une phase galénique,
Une phase d’absorption,
Une phase de distribution dans l’organisme,
Une phase de métabolisation,
Une phase d’élimination.
Ces phases se succèdent dans la plupart des cas. Elles peuvent aussi s’intriquer.
1. PHASE GALENIQUE
La phase galénique correspond à la libération des principes actifs de la forme pharmaceutique.
Elle a généralement lieu au niveau du site d’administration, avant l’absorption. Il arrive dans
certains cas qu’elle puisse avoir lieu après. Sa durée peut-être négligeable ou très longue. Des
comprimés recouverts par une membrane semi-perméable forment ainsi des systèmes à
libération prolongée. Ils permettent notamment d’augmenter la durée d’action de médicaments
ayant une durée de vie courte dans l’organisme. La phase galénique conditionne, en partie, la
vitesse et la durée d’action du médicament.
2. ABSORPTION DES MEDICAMENTS
Avant de gagner sa cible thérapeutique, le médicament doit, dans un premier temps, être
absorbé par l’organisme, c'est-à-dire pénétrer dans le flux sanguin. Il existe de nombreuses voies
d’administration, chacune possédant des caractéristiques propres.
La voie parentérale permet une absorption quasi immédiate du médicament. Le médicament est
alors introduit par effraction, directement dans le liquide extracellulaire ou au sein d’un tissu.
Les voies intradermiques, sous-cutanées, sous-épidermiques, intramusculaires ou intraveineuses
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-19-
sont classiquement utilisées pour une administration parentérale de médicament. La voie
intraveineuse a la particularité de conduire à l’introduction directe du médicament dans le sang
et supprime donc la phase d’absorption. Elle constituera la voie de référence.
Toutes les autres voies d’administration (voie orale, cutanée, respiratoire, rectale, nasale,…)
imposent au médicament le franchissement de barrières sélectives (épithélium, endothélium,…).
Il y a alors résorption. La fraction de la dose de médicament atteignant la circulation générale
sera donc plus faible que lors d’une administration par voie parentérale.
a) MODALITES D’ABSORPTION
(1) COMPOSITION DE LA MEMBRANE
La membrane cellulaire (Fig. 6) est, selon le modèle de Singer et Nicolson, constituée par une
double couche fluide de phospholipides dans laquelle flottent des protéines. On compte environ
60% de phospholipides pour 40% de protéines. Les lipides qui entrent dans la composition de la
membrane sont dits amphipathiques car ils sont formés de molécules comportant une extrémité
hydrophile et une extrémité hydrophobe. Ces lipides amphipathiques s'orientent naturellement
sous forme d'une bicouche : les extrémités polaires des molécules situées de part et d'autre des
extrémités non polaires qui se trouvent au centre.
Les protéines s’insèrent dans la bicouche lipidique, soit à l’intérieur, soit à l’extérieur, soit de
part en part de la membrane. Ces protéines constituent les récepteurs transmembranaires et
permettent de réaliser des échanges d’ions et de molécules entre la cellule et son environnement.
FIGURE 6 : STRUCTURE D'UNE MEMBRANE CELLULAIRE [14]
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-20-
(2) MODALITES DU PASSAGE
L’absorption à travers les structures membranaires peut se faire selon deux processus (Fig. 7)
[1, 3, 15, 16, 17] :
Un passage transcellulaire,
Un passage paracellulaire.
FIGURE 7 : MODALITES DU PASSAGE TRANSMEMBRANAIRE [15]
(a) PASSAGE TRANSCELLULAIRE
Le passage transcellulaire est utilisé lorsque les cellules constituant la barrière physiologique
sont serrées les unes contre les autres. Le principe actif doit alors traverser les cellules via le
cytoplasme pour passer du pôle apical au pôle basolatéral. Ce passage peut être réalisé selon
trois mécanismes distincts (Fig. 8) :
Une diffusion passive (ou simple),
Une diffusion facilitée,
Un transport actif.
FIGURE 8 : MECANISMES DE TRANSPORT PAR PASSAGE TRANSCELLULAIRE [14]
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-21-
(i) DIFFUSION PASSIVE
La différence de concentration entre les deux faces de la membrane est à l’origine de la plupart
des mouvements transmembranaires des médicaments. Les molécules dissoutes migrent du
milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré. Ce transfert ne nécessite pas
d’énergie et n’est pas saturable.
La vitesse de diffusion dQ dt , c'est-à-dire la quantité de substance absorbée par unité de
temps, est définie par la loi de Fick :
( ) ( )1 2 1 2
dQ S D× k S= K × × C -C = × × C -C
dt e eM
Avec :
K = constante de diffusion
S = surface de la membrane
e = épaisseur de la membrane
D = coefficient de diffusion
k = coefficient de partage liquide/eau
M = masse moléculaire de la molécule
C1-C2 = différence de concentration de part et d’autre de la membrane
La vitesse de diffusion d’un médicament à travers une membrane cellulaire dépend donc des
caractéristiques de la membrane (sa surface et son épaisseur), des caractéristiques du produit (sa
constante de diffusion, son coefficient de partage et sa masse moléculaire) et des
caractéristiques du milieu (le gradient de concentration entre le milieu extracellulaire et
intracellulaire).
(ii) DIFFUSION FACILITEE
Ce transport ne nécessite pas d’énergie. Comme pour la diffusion simple, la différence de
concentration est le moteur du transport. Il est réalisé par l’intermédiaire de protéines qui
transfèrent la molécule de part et d’autre de la membrane. Il peut s’agir d’une protéine canal ou
d’un transporteur spécifique. Ce type de transport est saturable et sa vitesse est limitée par
l’accessibilité aux protéines.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-22-
(iii) TRANSPORT ACTIF
Le transport actif permet le passage des molécules contre le gradient de concentration. Ce
transport se fait à travers des structures protéiques membranaires et utilise l'énergie fournie par
le métabolisme cellulaire. Cette énergie est généralement fournie par l’ATP. Le transport actif
permet notamment d’expliquer le passage transmembranaire de composés hydrophiles ou
chargés tels que les acides aminés, les ions, les sucres et les bases puriques et pyrimidiques.
(b) PASSAGE PARACELLULAIRE
Le passage paracellulaire est quant à lui réalisable lorsque les cellules épithéliales membranaires
sont séparées les unes des autres par des jonctions plus lâches. Les molécules peuvent alors
passer par ces jonctions appelées « gap junctions ». Le transfert paracellulaire d'une molécule
dépend essentiellement de son poids moléculaire.
3. DISTRIBUTION DANS L’ORGANISME
Le sang et la lymphe distribuent le médicament dans tout l’organisme. Le devenir des principes
actifs diffère essentiellement selon leurs propriétés physico-chimiques. Ces dernières
conditionnent leur affinité pour les différents tissus. Ainsi, certains diffuseront à travers les
membranes cellulaires, d’autres se localiseront dans le liquide extracellulaire et quelques rares
composés resteront, après injection, dans le flux sanguin.
La structure de la paroi vasculaire des tissus jouent également un rôle important sur la diffusion.
En effet, dans certains tissus comme le foie, la paroi vasculaire est composée de capillaires
discontinus. Les molécules actives peuvent donc diffuser facilement. A l’inverse, la barrière
hémato-encéphalique est composée de capillaires continus et donc difficilement franchissables.
4. METABOLISATION
La plupart des médicaments sont métabolisés avant d’être éliminés de l’organisme. Les
réactions métaboliques se répartissent en deux phases (Fig. 9) :
Les réactions de phase 1, qui comprennent les réactions d’oxydation, de réduction et
d’hydrolyse et qui conduisent à l’augmentation de la polarité des molécules,
Les réactions de phase 2, qui correspondent à des réactions de conjugaison ou de
synthèse et qui permettent d’ajouter un groupement chimique à la molécule. Elles
permettent d’augmenter la solubilité aqueuse de la molécule et de faciliter son
élimination.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-23-
FIGURE 9 : PHASES DE TRANSFORMATION DES MEDICAMENTS [13]
5. ELIMINATION
Après l’étape de métabolisation, les médicaments peuvent être excrétés par différentes voies :
Le rein (urine),
Le tractus intestinal (bile et fèces),
Les poumons,
Le lait,
La sueur.
Les excrétions par l’urine et la sueur sont les principales voies d’élimination des médicaments.
C. ROLE DE LA FORME GALENIQUE
La forme galénique doit être la plus adaptée possible à la voie d’administration choisie et à
l’activité thérapeutique envisagée. Son rôle est de maximiser et de contrôler la quantité de
molécules actives disponibles pour l’action thérapeutique. Elle doit permettre de libérer le
principe actif dans les meilleures conditions sous une forme qui optimisera l’effet tout en
minimisant la toxicité.
Il conviendra donc d’étudier la stabilité de la forme, sa vitesse de dissolution dans l’organisme,
la vitesse d’absorption de la molécule active et la quantité absorbée. On estimera ainsi la
biodisponibilité de la forme étudiée.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-24-
II. BARRIERES PHYSIOLOGIQUES A L’ABSORPTION PAR LA
MUQUEUSE NASALE
Une molécule administrée par voie nasale sera confrontée à trois barrières principales [1, 2, 16]:
La présence d’un mucus et d’un système de drainage muco-ciliaire,
L’activité enzymatique importante présente dans les cavités nasales,
Les jonctions intercellulaires.
A. MUCUS ET DRAINAGE MUCO-CILIAIRE
Comme nous l’avons décrit précédemment, l’épithélium nasal est protégé par une couche de
mucus de 5 à 10 µm d’épaisseur recouvrant le tapis ciliaire. Il a un rôle de barrière physique
susceptible de piéger les germes et les médicaments administrés [1, 17, 19]. L’activité ciliaire
constitue quant à elle une barrière dynamique difficilement franchissable par les principes actifs.
Les particules adsorbées par le mucus seront drainées par le tapis ciliaire vers le nasopharynx
dans un laps de temps de 15 à 30 minutes [1, 2, 3]. Le processus d’épuration n’est donc que de
quelques minutes. Seules les molécules possédant une cinétique d’absorption rapide pourront
exercer leur action thérapeutique.
B. BARRIERE DE PERMEABILITE ENZYMATIQUE
Les médicaments introduits dans l’organisme sont considérés comme des substances étrangères.
Ils vont être modifiés par divers systèmes enzymatiques ce qui va atténuer leurs effets
pharmacologiques.
La muqueuse nasale contient de nombreuses enzymes susceptibles de dégrader le principe actif
et donc de réduire son absorption [20]. Il en existe différents types que l’on peut classer en
quatre catégories :
Les enzymes protéolytiques,
Les enzymes oxydatives du cytochrome P450,
Les enzymes de conjugaison,
Divers types d’enzymes ayant une action oxydante ou réductrice.
1. ENZYMES PROTEOLYTIQUES
La muqueuse nasale contient des enzymes protéolytiques capables de dégrader les substances
peptidiques et donc de réduire leur absorption. On trouve essentiellement des exopeptidases et
des endopeptidases [1, 2, 16, 20]. Elles agissent respectivement sur les liaisons N ou C
terminales et sur les liaisons peptidiques internes [2, 16]. Les aminopetidases sont les
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-25-
exopeptidases les plus actives. Elles exercent leur activité aussi bien au niveau de la membrane
cellulaire que dans le cytosol. Les peptides administrés par voie nasale sont donc susceptibles de
subir une attaque enzymatique quelle que soit leur voie de passage (transcellulaire ou
paracellulaire).
De nombreuses recherches ont été entreprises pour contrer ces phénomènes. Hussain a ainsi
montré que l’utilisation conjointe de dérivés de l’acide alpha-aminoboronique, à des
concentrations nanomolaires, diminue la dégradation de peptides tels que la leucine-enképhaline
et donc améliore leur absorption [21]. Il a également montré que des dérivés de l’acide
phosphonique utilisés à de très faibles concentrations, pouvaient inhiber l’activité des
aminopeptidases. Cette inhibition a également l’avantage d’être réversible [22].
2. ENZYMES OXYDATIVES DU CYTOCHROME P450
a) FAMILLES DU CYTOCHROME P450
L’oxydation est souvent une étape importante de la biotransformation des médicaments. Elle est
généralement effectuée par des monooxygénases ou des oxydases. Le cytochrome P450 est la
principale enzyme intervenant dans ces réactions. Le terme cytochrome P450 (CYP) recouvre
un grand nombre d’enzymes qui se subdivisent en différentes familles et sous-familles. Plus de
30 iso-enzymes CYP ont été identifiées chez l’homme. Les iso-enzymes 1A2, 2D6 et 3A4 sont
les principales enzymes impliquées dans l’oxydation de médicaments.
b) LOCALISATION AU NIVEAU DES CAVITES NASALES
Au niveau des cavités nasales, on trouve essentiellement les enzymes du cytochrome P450 sur
la zone de la muqueuse olfactive [2, 16]. Elles sont également présentes au niveau de la
muqueuse nasale, mais à un degré moindre. Ces enzymes sont notamment impliquées dans la
métabolisation de décongestionnants nasaux, de la nicotine ou des anesthésiques [1, 20].
c) MODE D’ACTION
Pour agir, le cytochrome P450 requiert la présence d’oxygène moléculaire, de la NADPH
réductase et du NAPDH. On peut résumer l’action oxydante par l’équation suivante :
Substrat + 02 + NaDPH + H+ Substrat-OH + H20 + NADP
+
Il a été montré que l’activité des enzymes du cytochrome P450 est plus importante au niveau
nasal qu’au niveau hépatique. On trouve en effet une fraction très élevée de NADPH réductase
au niveau nasal. Ceci permet de répondre à la nature variée des contaminants aériens.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-26-
3. ENZYMES DE CONJUGAISON
La réaction de conjugaison peut avoir lieu dans de nombreux tissus. Elle consiste à accrocher,
par voie enzymatique, une molécule activée à un groupement fonctionnel d’un médicament.
Cette réaction donne lieu à des dérivés inactifs hydrosolubles et facilement éliminés.
Les enzymes de conjugaison présentes au niveau nasal sont de natures variées. On trouve
notamment la glucuronyl transférase, la sulfate transférase ou la glutathion transférase [20].
4. AUTRES ENZYMES OXYDATIVES
D’autres enzymes oxydatives participent à la dégradation enzymatique des médicaments
administrés par voie nasale. On peut notamment mettre en évidence la présence des lactates
deshydrogénases, des aldéhydes deshydrogénases, des époxydes hydrolases ou des
carboxylestérases [2, 20].
La présence des carboxylestérases permet notamment l’administration de médicament sous
forme de prodrogues. Ainsi des médicaments non absorbés sous forme native peuvent, sous
forme estérifié, libérer leur principe actif après action d’estérases tissulaires [20].
L’administration nasale permet d’éviter l’effet de premier passage hépatique mais l’activité
enzymatique de la barrière nasale est telle qu’elle constitue un véritable pseudo-effet de premier
passage [1, 2].
C. BARRIERE DE PERMEABILITE CELLULAIRE
Divers dispositifs contribuent à la cohésion, à l’adhésivité, au soutien et à la rigidité des
structures épithéliales. On distingue trois types de jonctions cellulaires :
Les jonctions serrées,
Les jonctions communicantes,
Les jonctions d’ancrage.
Ces dispositifs peuvent se trouver à la surface d’une même cellule.
Les jonctions serrées (Fig. 10) sont de véritables joints d’étanchéité intercellulaires séparant le
pôle apical des cellules épithéliales de la région basale. Ces jonctions régulent le mouvement de
molécules neutres et d’ions à travers les couches cellulaires. Elles sont constituées de deux
familles de protéines : les claudines et les occludines.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-27-
Les jonctions communicantes permettent, quant à elles, le passage de signaux chimiques ou
électriques entre les cellules adjacentes.
Les jonctions d'ancrage assurent l'adhésion intercellulaire ainsi que le maintien de la forme de la
cellule épithéliale. On distingue les desmosomes, qui attachent la cellule et son cytosquelette à
sa voisine et les hémidesmosomes, qui attachent la cellule à la lame basale.
L’imperméabilité de l’épithélium nasal est principalement assurée par les jonctions serrées [2,
16]. Ces jonctions conditionnent le passage paracellulaire des molécules. Elles s’opposeraient
notamment au passage des protéines par cette voie. Malgré tout, les claudines sont capables de
se polymériser et de former des pores qui permettent une diffusion sélective des ions et des
molécules à travers l’espace paracellulaire. La perméabilité sélective de ces canaux dépend de la
concentration et du type de claudine exprimée par la cellule épithéliale. Ces pores
expliqueraient le passage de molécules hydrophiles d’un poids moléculaire inférieur à 1000 Da.
Au-delà de cette valeur la perméabilité chute rapidement. Les jonctions serrées seraient
imperméables aux molécules d’un rayon hydrodynamique supérieur à 15 Å [2, 16].
FIGURE 10 : DETAIL SCHEMATIQUE D'UNE JONCTION SERREE [2]
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-28-
Poids moléculaire
III. DYNAMIQUE DE PERMEABILITE
L’absorption d’un principe actif déposé sur la muqueuse nasale implique sa dissolution
préalable avant qu’il ne soit drainé par le tapis muco-ciliaire.
A. MOLECULES HYDROSOLUBLES
L’absorption nasale des molécules hydrosolubles obéirait à un mécanisme de transport
paracellulaire via les jonctions intercellulaires [2, 17]. Les jonctions serrées sont des structures
dynamiques de taille inférieure à 10 Å. Ce système de transport sera donc moins efficace pour
les molécules de grande taille [3].
On note en effet une relation inverse entre le poids moléculaire d’une substance et son
pourcentage d’absorption [1, 16]. On observe une chute importante de l’absorption pour un
poids moléculaire supérieur à 1000 Da (Fig. 11) [2, 16, 17].
La biodisponibilité des molécules polaires ne dépasse généralement pas les 10% pour les
molécules de faibles poids moléculaires (morphine, sumatriptan). Elle est inférieure à 1% pour
les molécules de hauts poids moléculaires (peptides, protéines telles que l’insuline et la
calcitonine) [17].
FIGURE 11 : RELATION ENTRE LE POURCENTAGE ABSORBE ET LE POIDS MOLECULAIRE DE MOLECULES
DE DEXTRANS (ECHELLE LOGARITHMIQUE) [23]
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-29-
Le faible passage des molécules hydrosolubles s’explique par trois facteurs principaux [17] :
La faible perméabilité de la membrane, spécialement pour les molécules de hauts poids
moléculaires,
Une clairance rapide de la forme galénique due au système muco-ciliaire,
Une dégradation enzymatique de la molécule dans les cavités nasales.
L’activité enzymatique est un facteur primordial pour les molécules peptidiques. Il est donc
nécessaire d’envisager la mise au point de modes d’administration innovants tels que
l’utilisation de promoteurs d’absorption ou des systèmes de libération spécifiques.
B. MOLECULES LIPOSOLUBLES
Les molécules liposolubles, telles que le propanolol ou la penzatocine, sont généralement bien
absorbées par la muqueuse nasale. Pour ces molécules il est possible d’obtenir des profils
pharmacocinétiques proche de ceux obtenus après une administration intraveineuse (Fig. 12). La
biodisponibilité (F) de ces principes actifs est proche de 100% [3, 17].
FIGURE 12 : ADMINISTRATION NASALE ET INTRAVEINEUSE DE PENTAZOCINE CHEZ L'HOMME [17]
Les molécules liposolubles sont transportées par passage transcellulaire selon le mécanisme de
diffusion passive ou facilitée [17]. Il existe une relation directe entre le poids moléculaire de la
molécule et son taux d’absorption [1].
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-30-
La perméabilité intrinsèque de la muqueuse nasale est telle qu’elle permet d’obtenir une réponse
pharmacocinétique ou pharmacodynamique proche de celle obtenue par voie injectable pour des
principes actifs de faibles poids moléculaires [2, 16]. La muqueuse nasale s’avère plus
perméable que la muqueuse buccale, rectale ou vaginale [2].
IV. FACTEURS AFFECTANT LA PERMEABILITE NASALE
Les facteurs affectant la perméabilité nasale des médicaments peuvent être classés en trois
catégories :
Des facteurs liés aux propriétés physico-chimiques du médicament,
La formulation du produit,
Des facteurs biologiques.
A. PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DU MEDICAMENT
1. PM/TAILLE
Comme nous l’avons décrit précédemment, la dynamique de perméabilité des formes
médicamenteuses est variable selon leur solubilité et leur poids moléculaire. Malgré tout, il a été
montré que le taux d’absorption de molécules de poids moléculaires inférieurs à 300 Da n’était
pas influencé par leur solubilité [1, 19]. Pour des molécules de plus hauts poids moléculaires, il
existe une relation directe entre le log de leur poids et le log de leur concentration. Cette relation
est inverse pour les molécules hydrosolubles et directement proportionnelle pour les molécules
liposolubles. On note également l’existence d’une limite d’exclusion pour les molécules
hydrosolubles. Au dessus de 1000 Da l’absorption de ces molécules est quasi nulle.
2. LIPOSOLUBILITE
La solubilité des molécules actives est un facteur primordial pour l’absorption nasale [1]. Les
particules déposées sur la muqueuse nasale doivent en effet se dissoudre dans le mucus avant
d’être absorbées.
La liposolubilité d’un composé est définit par K, le coefficient de partage entre un solvant
lipophile et l’eau. La liposolubilité doit être suffisamment importante pour permettre aux
médicaments le passage des membranes. Un certain degré d’hydrosolubilité doit cependant être
conservé pour assurer la dissolution du principe actif.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-31-
Des études menées par Combo ont montré qu’il existe une relation de proportionnalité entre la
lipophilie d’une molécule et son taux d’absorption par la muqueuse nasale. Ainsi, il a été
montré que le taux d’absorption de la progestérone augmente avec l’augmentation du
coefficient de partage K [23].
3. PKA / PH
La plupart des médicaments sont des acides ou des bases faibles. Ils sont définis par leur pKa.
Ils sont susceptibles de plus ou moins s’ioniser en fonction du pH du milieu. On peut définir le
degré d’ionisation d’un couple acide faible/base faible noté AH/A- à partir de l’équation de
Henderson-Hasselbach :
Un acide faible sera donc sous forme non ionisé aux pH acides. A l’inverse, une base faible est
sous forme non ionisée aux pH basiques. La répartition des formes est donnée par le diagramme
suivant (Fig. 13).
FIGURE 13 : DIAGRAMME DE PREDOMINANCE DU COUPLE AH/A
-
Hirai a cherché à montrer l’influence du pH et du pKa sur le taux d’absorption d’une molécule
thérapeutique [23]. Il a réalisé des études chez le rat en utilisant une base faible, l’aminopyrine,
et un acide faible, l’acide salicylique. Il a ainsi montré que le taux d’absorption de
l’aminopyrine (base faible de pKa = 5,0) augmentait avec le pH. A l’inverse, le taux
d’absorption de l’acide salicylique (acide faible de pKa = 3,0) diminue lorsque le pH augmente
(Fig. 14).
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-32-
FIGURE 14 : EVOLUTION DE LA CONSTANTE DE VITESSE D'ABSORPTION EN FONCTION DU PH [23]
Ainsi, un acide faible diffusera d’autant mieux à travers la muqueuse nasale que le pH est plus
faible. Au contraire, une base faible sera d’autant mieux absorbée que le pH sera plus élevé [1,
20].
4. MORPHOLOGIE
La taille des particules et leur morphologie est un critère déterminant pour l’absorption par la
muqueuse nasale [23]. De trop fines particules risquent, en effet, de ne pas se déposer au niveau
des narines mais d’être inhalées jusqu’aux poumons. On estime qu’il est nécessaire de former
des particules de 5 à 10 µm pour permettre une absorption par la muqueuse nasale. Ces
paramètres doivent également être contrôlés pour obtenir des propriétés de dissolution
appropriées à la muqueuse nasale. Par ailleurs, le contrôle de la taille et de la morphologie des
particules est primordial pour minimiser l’irritation des cavités nasales.
B. FORME GALENIQUE
1. CONCENTRATION, DOSE ET VOLUME ADMINISTRES
De nombreuses études ont été entreprises pour montrer une éventuelle relation entre la
concentration administrée et le taux d’absorption de la molécule. Des effets variés ont été
observés. Ainsi, l’absorption nasale de la L-tyrosine augmente avec sa concentration, mettant en
évidence une éventuelle diffusion passive de la molécule (Fig. 15). Cette relation positive entre
absorption et concentration est également retrouvée pour la desmopressine et la calcitonine [23].
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-33-
FIGURE 15 : VARIATION DU TAUX D'ABSORPTION EN FONCTION DE LA CONCENTRATION INITIALE EN L-
TYROSINE CHEZ LE RAT [23]
Malgré tout, d’autres situations ont été mises en évidence. Hirai a ainsi montré que le taux
d’absorption de l’aminopyrine restait constant quelle que soit la concentration administrée. A
l’inverse, l’absorption nasale de l’acide salicylique diminue avec l’augmentation de sa
concentration (Fig. 16) [23].
FIGURE 16 : VARIATION DU TAUX D'ABSORPTION EN FONCTION DES CONCENTRATIONS INITIALES EN
ACIDE SALICYLIQUE ET EN AMINOPYRINE CHEZ LE RAT [23]
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-34-
Il n’existe pas de règle générale décrivant la relation entre absorption et concentration. Les
mécanismes d’absorption sont complexes et de nombreux facteurs influencent les mécanismes
de transport. Le formulateur devra donc adapter son système à chaque situation.
Il est important de noter qu’il existe une limite au volume de liquide retenu par les cavités
nasales. Le volume idéal est de 0,05 à 0,15 ml par narine [1, 16]. La limite maximale est décrite
à 0,20 ml.
2. ETAT PHYSIQUE
L’absorption nasale est dépendante de l’état physique de la formulation médicamenteuse. Ainsi,
il a été montré qu’une forme poudre est plus efficace dans la dispensation d’insuline chez le
lapin qu‘une forme liquide [23]. Des études similaires réalisées chez l’homme ont abouti aux
mêmes conclusions [23]. La forme poudre n’est pas directement drainée par les sécrétions
muqueuses et demeure donc plus longtemps dans les cavités nasales [16, 23].
3. PH
Le pH de la formulation doit être maîtrisé pour trois raisons principales [1, 23]:
Pour éviter les irritations de la muqueuse nasale,
Pour obtenir une absorption efficace de la molécule thérapeutique,
Pour prévenir la croissance de pathogènes dans les cavités nasales.
Pour éviter les irritations de la muqueuse il est nécessaire de se placer à un pH compris entre 4,5
et 6,5 [1, 23]. Le pH de la muqueuse nasale est de 7,39 et celui des sécrétions est de 5,5 à 6,5
chez l’adulte et de 5,0 à 6,7 chez les enfants. Ce paramètre est important à contrôler lors de la
formulation.
Comme nous l’avons décrit précédemment, le pH de la formulation influence le taux
d’absorption de la molécule. Au pH imposé par les conditions physiologiques de la muqueuse,
l’absorption de la molécule peut être faible. Il pourra alors être décidé lors du développement
galénique de formuler à un pH inférieur ou supérieur. On évaluera alors le rapport bénéfice
risque de la forme médicamenteuse [23].
Par ailleurs, pour éviter d’éventuelles infections des cavités nasales, il est recommandé de se
placer à un pH acide [1, 23]. En effet, à des pH basiques les lysozymes présents dans les
sécrétions muqueuses sont inactives et donc incapables d’effectuer leur action antibactérienne.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-35-
4. OSMOLARITE
Ohwaki a étudié les effets de l’osmolarité sur l’absorption nasale de la sécrétine chez le rat. Il a
montré que l’absorption est modifiée par l’ajout de chlorure de sodium. Le taux d’absorption
maximal est obtenu pour une concentration en chlorure de sodium de 0,462 M. Un
amincissement de la muqueuse nasale est observé à cette concentration en sel [1].
5. VISCOSITE
Une forte viscosité de la forme médicamenteuse augmente le temps de contact entre la molécule
et la muqueuse nasale et donc potentiellement le taux d’absorption. Malgré tout, il a été montré
qu’une formulation trop visqueuse interférait avec le système muco-ciliaire [1].
C. FACTEURS BIOLOGIQUES
1. FLUX SANGUIN NASAL
Comme nous l’avons vu précédemment, la muqueuse nasale est richement vascularisée. Ceci en
fait un site intéressant pour l’absorption de molécules thérapeutiques. Le flux sanguin, et donc
l’absorption de médicament, est directement relié à la vasodilatation et la vasoconstriction des
vaisseaux sanguins [23]. Ce tonus vasculaire est sous la dépendance de récepteurs adrénergiques
[1]. La stimulation de ces récepteurs est à l’origine d’une vasoconstriction et donc d’une
diminution du flux sanguin nasal [1]. Des facteurs psychologiques, tels que la peur, l’émotion
ou l’anxiété, induisent une sécrétion d’adrénaline et donc une diminution du flux sanguin.
Des facteurs physiologiques et externes modulent également ce flux sanguin. Ainsi, la
température [1, 23], l’humidité, la présence de médicaments vasoconstricteurs ou un état
inflammatoire influeront sur l’absorption des médicaments administrés via la muqueuse nasale
[23].
Le flux sanguin nasal est sensible à de nombreux médicaments [23]. Des molécules telles que
l’oxymetazoline ou la clonidine vont diminuer le flux sanguin. A l’inverse l’histamine ou le
salbutamol vont augmenter ce flux. Ces effets seront à prendre en compte lors des études
d’absorption.
2. ACTIVITE ENZYMATIQUE
La muqueuse nasale est une véritable barrière enzymatique qui s’oppose à la pénétration de
molécules étrangères dans l’organisme. Comme nous l’avons décrit précédemment, de
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-36-
nombreuses variétés d’enzymes sont présentes au niveau de la muqueuse nasale. Leur présence
devra donc être prise en compte lors de la formulation galénique.
En effet, les enzymes du cytochrome P450, présentes en grande quantité au niveau de la
muqueuse olfactive, sont susceptibles de métaboliser de nombreuses molécules thérapeutiques
et donc de réduire leur activité (Tableau 1). Il a également été montré que les hydrolases
peuvent métaboliser la testostérone et la progestérone [23]. Il sera donc parfois nécessaire
d’ajouter au sein de la forme galénique des inhibiteurs enzymatiques. On pourra ainsi maintenir
l’activité thérapeutique des molécules administrées.
TABLEAU 1 : EXEMPLES DE MOLECULES ADMINISTREES PAR VOIE NASALE METABOLISEES PAR LE
CYTOCHROME P450 [24]
Isoformes du cytochrome P450 Médicaments métabolisés
CYP1A2 Nicotine
CYP3A4
Testostérone
Progestérone
Nifédipine
Oestradiol
Midazolam
3. CONDITIONS PHYSIOPATHOLOGIQUES DE LA MUQUEUSE NASALE
Les conditions physiopathologiques de la muqueuse nasale ont logiquement un effet sur
l’absorption des médicaments [1, 23]. Une muqueuse irritée, sèche ou inflammée ne présentera
pas les mêmes caractéristiques d’absorption qu’une muqueuse saine. Il sera donc nécessaire de
prendre en compte les états pathologiques tels que les rhinorrhées, les sinusites, les infections
nasales ou les allergies. En effet, l’hypersécrétion de mucus dans les cavités nasales draine la
forme médicamenteuse avant que celle-ci ne puisse être absorbée. La présence de polypes
nasaux peut également affecter l’absorption du médicament [23]. Ces situations devront être
prises en compte lors de l’étape de développement galénique.
4. SITE D’ADMINISTRATION
Le site d’administration du médicament sur les cavités nasales a un effet déterminant sur son
temps de séjour sur la muqueuse [23]. Une molécule déposée sur la partie antérieure du nez
demeurera plus longtemps dans les cavités. Le temps de contact entre la molécule et le site
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-37-
d’absorption est alors allongé. A l’inverse, un médicament administré dans la partie postérieure
du nez sera rapidement drainé par le système muco-ciliaire [3].
Une préparation médicamenteuse mal absorbée par la muqueuse nasale devra donc être
préférentiellement administrée dans la partie antérieure du nez [23].
V. AVANTAGES ET LIMITES DE L’ADMINISTRATION NASALE
Les formes médicamenteuses administrées par voie nasale sont de plus en plus présentes sur le
marché français. La voie nasale présente en effet de nombreux avantages en tant que site
d’administration de principes actifs pour un effet systémique.
Elle s’avère en effet très perméable pour les principes actifs de poids moléculaires inférieurs à
1000 Da. Elle permet ainsi d’obtenir une réponse pharmacologique rapide proche de celle
obtenue par la voie intraveineuse. Par ailleurs, l’administration nasale permet d’éviter l’effet de
premier passage gastro-intestinal et hépatique. La biodisponibilité obtenue par cette voie est
forte. L’administration s’avère également aisée et économique. Ce mode d’administration non
invasif est généralement bien accepté par les patients. De plus, il limite les risques d’infections.
Malgré tout, cette voie ne peut pas être utilisée pour toutes les molécules thérapeutiques. La
muqueuse nasale présente en effet une faible perméabilité pour les actifs hydrosolubles de poids
moléculaires supérieurs à 1000 Da tels que les peptides ou les protéines. Des recherches sont
actuellement en cours pour dépasser ces barrières. Certaines molécules seront également
dégradées par les enzymes présentes sur la muqueuse. La surface d’absorption s’avère limitée
en comparaison avec la muqueuse gastro-intestinale. Par ailleurs, de nombreux états
pathologiques, parfois chroniques, peuvent modifier l’absorption.
La principale limite de l’administration nasale est la conséquence de l’activité muco-ciliaire.
Cette dernière limite le temps de contact entre le principe actif et la muqueuse nasale et donc le
temps d’absorption.
Ainsi, malgré des caractéristiques structurales adaptées à une bonne perméabilité nasale,
certaines molécules n’auront pas le temps d’être absorbées et présenteront une faible
biodisponibilité. Dans ce cas la perméabilité de la muqueuse nasale n’est plus le facteur
limitant. Les avantages et limites de l’administration nasale sont résumés dans le tableau 2.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-38-
TABLEAU 2 : AVANTAGES ET LIMITES DE L'ADMINISTRATION NASALE [2, 19, 23]
Avantages
Absorption rapide
Forte biodisponibilité
Début rapide de l’action thérapeutique
Pas d’effet de premier passage gastro-intestinal et hépatique
Administration non invasive (diminue le risque d’infections)
Bonne acceptabilité par le patient
Technique d’administration simple et économique
Limites
Non applicable pour toutes les molécules : faible perméabilité pour les actifs hydrosolubles de
poids moléculaires > 1000 Da
Irritation nasale
Dégradation possible de certaines molécules par les enzymes de la muqueuse nasale
Surface d’absorption limitée
Temps d’absorption limitée par le drainage muco-ciliaire
VI. STRATEGIES D’EXPLOITATION DE LA MUQUEUSE NASALE
COMME VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
L’exploitation de la muqueuse nasale comme voie d’administration de médicaments débute par
le développement de traitements locaux. De nombreuses spécialités ont vu le jour
essentiellement dans le traitement de rhinites allergiques, de congestions nasales ou d’infections
(Tableau 3).
L’émergence de peptides thérapeutiques a amené les chercheurs à envisager la voie nasale
comme une voie d’accès à la circulation systémique. Des recherches ont été entreprises et des
spécialités peptidiques ou non sont aujourd’hui commercialisées dans le traitement de la
migraine, de l’endométriose ou du diabète insipide (Tableau 3). Malgré tout, une faible
perméabilité pour les principes actifs hydrosolubles de hauts poids moléculaires est vite apparue
comme une limite majeure.
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-39-
TABLEAU 3 : SPECIALITES ADMINISTREES PAR VOIE NASALE [24]
Spécialité Principe actif Action Indication
NASACORT® Triamcinolone Locale Rhinite allergique
NASONEX® Mométasone furoate Locale Rhinite allergique
PIVALONE® Tixocortol Locale Rhinite allergique
ATURGYL® Oxymétazoline Locale Congestion nasale
RHINO-SULFURYL® Ephédrine Locale Congestion nasale
LOCABIOTAL Fusafungine Locale Infections de la muqueuse
IMIGRANE® Sumatriptan Systémique Migraine
SYNAREL® Nafaréline Systémique Endométriose
MINIRIN spray ® Desmopressine Systémique Diabète insipide
Diverses stratégies utilisant des promoteurs d’absorption ont alors été envisagées. Il est possible
de distinguer deux grands groupes [19] :
Les promoteurs d’absorption influant sur la structure muqueuse nasale,
Les promoteurs d’absorption modifiant les propriétés physico-chimiques des principes
actifs.
A. PROMOTEURS D’ABSORPTION INFLUANT SUR LA STRUCTURE DE
LA MUQUEUSE NASALE
Les promoteurs d’absorption influant sur la structure de la muqueuse nasale sont des molécules
chimiques intervenant directement sur l’intégrité de la muqueuse nasale selon des mécanismes
plus ou moins bien connus. Ils seraient notamment à l’origine de l’ouverture des jonctions
serrées entre les cellules et à l’augmentation de la fluidité membranaire par action sur les
phospholipides. De nombreuses molécules ont été étudiées. Ainsi, des sels biliaires tels que le
cholate, le glycocholate ou le taurocholate ont montré des résultats intéressants. Ils permettent
tous, à des degrés divers, d’augmenter le passage du principe actif à travers la muqueuse nasale
[19]. Malgré tout, ces sels biliaires s’avèrent très irritants pour la muqueuse et des études
menées chez l’homme relatent des dommages importants [25]. Des stérols monoglycosylés, des
dérivés de l’acide fusidique et des phosphatidylcholine ont également été étudiés. L’utilisation
de ces promoteurs d’absorption est aujourd’hui limitée par leurs effets toxiques sur la muqueuse
nasale [26].
MUQUEUSE NASALE : VOIE D’ADMINISTRATION DE MEDICAMENTS
-40-
B. PROMOTEURS D’ABSORPTION INFLUANT SUR LES PROPRIETES
PHYSICO-CHIMIQUES DES PRINCIPES ACTIFS
Des auteurs ont alors envisagé l’utilisation de promoteurs bioadhésifs ou de vecteurs
particulaires modifiant les propriétés physico-chimiques des principes actifs. Des polymères
bioadhésifs tels que le chitosan, des dérivés cellulosiques ou des polymères d’acide acrylique
ont ainsi été étudiés [19]. Ces molécules permettent d’augmenter le temps de contact entre la
molécule thérapeutique et la muqueuse nasale et ainsi améliorent la biodisponibilité de
molécules actives. Des liposomes ont également été formulés et ont montré des résultats
intéressants [27]. La formulation de microparticules a enfin été étudiée. Ces systèmes
particulaires semblent être une voie d’avenir dans la délivrance de principes actifs par voie
nasale.
PARTIE 3
MICROSPHÈRES ET ADMINISTRATION NASALE
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-42-
I. GENERALITES SUR L’ENCAPSULATION
A. DEFINITION
La microencapsulation est une technique de formulation utilisée depuis de nombreuses années
avec succès dans les domaines de la pharmacie, de la cosmétologie, ou encore de l’agriculture
[28].
Dans le domaine pharmaceutique les systèmes microparticulaires sont utilisés aussi bien par
voie orale, par voie topique ou par voie parentérale. Certains produits thérapeutiques basés sur
la technologie des microparticules sont actuellement sur le marché. On peut notamment citer
Enantone depot® dans le traitement du cancer de la prostate, Decapeptyl depot® dans le
traitement de la puberté précoce ou Parlodel LA® indiqué dans les problèmes de stérilité [29].
Ce procédé permet d’encapsuler un ou plusieurs principes actifs, afin d’obtenir des
microparticules dont la taille est comprise entre 1 μm et 1 mm. De nombreux systèmes peuvent
être encapsulés allant de molécules très simples (solution huileuse ou aqueuse) à des molécules
plus complexes (peptides, principes actifs, ADN,…). Au sein des microparticules le composé
encapsulé pourra être sous la forme d’une solution, d’une suspension, d’une émulsion ou de
fines particules solides.
On distingue deux types de microparticules :
les microcapsules,
les microsphères (Fig. 17).
FIGURE 17 : MICROSPHERES ET MICROCAPSULES
Microsphères
Microcapsules
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-43-
Les microcapsules sont formées d’un contenant, ou enveloppe, constitué de polymères, et d’un
contenu qui associe un ou plusieurs principes actifs à d’éventuels excipients. Ce sont des
systèmes réservoirs. Les microsphères sont, quant à elles, constituées d’un système matriciel
avec un matériau support qui créé un réseau où seront dispersés de façon homogène le ou les
principes actifs, additionnés ou non d’excipients. Ces systèmes microparticulaires ont des
caractéristiques physico-chimiques propres mais on note parfois la présence de structures
intermédiaires.
En pratique, les particules formulées sont caractérisées par [29]:
Leur taille et la polydispersité de la distribution granulométrique. Ce paramètre est
important à connaître car il influe directement sur la surface spécifique du système et
donc sur la cinétique de libération de la matière active dans le milieu.
Leur taux d’encapsulation. La teneur en matière active est élevée dans les microcapsules
(de l’ordre de 85 à 90%) alors qu’elle est relativement basse dans les microsphères (de
l’ordre de 20 à 35% seulement). Des techniques spécifiques permettent parfois d’obtenir
des teneurs de l’ordre de 50%.
L’état physique de la matière active dispersée dans la matrice des microsphères. Ce
paramètre peut influer sur la cinétique de libération et la stabilité du principe actif. Ce
dernier peut être sous forme cristalline, moléculaire, ou parfois prendre des formes
polymorphes.
Leur porosité.
B. INTERETS DE L’ENCAPSULATION
L’encapsulation d’un composé ou d’un système au sein d’un matériau peut répondre à divers
objectifs.
Cette technique est actuellement mise en œuvre industriellement pour [29] :
Isoler le principe actif et assurer sa protection, sa compatibilité, sa stabilité ou masquer
un goût ou une odeur.
Assurer la protection du patient.
Modifier et maîtriser le profil de libération d’une matière active.
Réaliser une mise en forme adaptée et améliorer la présentation d’un produit.
Fonctionnaliser la molécule.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-44-
1. ISOLEMENT DU PRINCIPE ACTIF
La microencapsulation permet d’isoler le principe actif du milieu extérieur et donc de le
protéger vis-à-vis des agressions, comme la lumière, l’air et l’humidité. On assure ainsi une
meilleure conservation du médicament. Cette technique peut donc être utilisée pour des
principes actifs ayant de mauvaises propriétés de conservation. Par exemple, les vitamines et les
acides gras polyinsaturés sont dénaturés par réaction avec l’oxygène. Une fois incorporés dans
des microparticules ces composés seront protégés et pourront exercer leur action thérapeutique.
L’isolement du principe actif permet aussi un meilleur confort du patient et de l’utilisateur en
masquant certains caractères organoleptiques qui peuvent être désagréables.
2. PROTECTION DU PATIENT
Isoler le principe actif permet également de protéger l’utilisateur d’une action nocive ou irritante
du principe actif. Ce procédé galénique assure notamment la protection des muqueuses.
3. CONTROLE DE LA LIBERATION
Les systèmes microparticulaires sont souvent utilisés pour obtenir un profil de libération bien
défini. On adaptera la composition du système à la cinétique voulue. L’encapsulation permet,
majoritairement, de freiner la vitesse de libération et de maintenir une concentration active du
produit sur une période prolongée. Elle permet aussi, dans certains cas, d’accélérer et de
favoriser la dispersion du principe actif.
4. MODIFICATION DE LA FORME GALENIQUE
La microencapsulation permet de modifier l’état physique d’un composé. Ainsi, il est possible
d’encapsuler des liquides et de les présenter sous forme de poudre.
5. FONCTIONNALISATION
Un des principaux avantages mis en avant pour le développement des formes microencapsulées
est la vectorisation du principe actif. Cette dernière permet d’obtenir, par voie parentérale, une
concentration plus importante en médicament sur le site d’action.
On optimise ainsi l’activité thérapeutique et on diminue la concentration sanguine en principe
actif, et donc la toxicité systémique de la molécule.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-45-
C. TECHNIQUES INDUSTRIELLES DE MICROENCAPSULATION
De nombreuses méthodes existent pour la fabrication des microparticules mais nous ne
décrirons ici que celles ayant des applications au niveau industriel. Plusieurs classifications sont
envisageables. Les procédés peuvent, par exemple, être classés selon l’utilisation ou non de
solvants organiques. Les procédés n’utilisant pas de solvants organiques seront préférés dans le
domaine pharmaceutique. En effet, les autorités de santé contrôlent de façon stricte la quantité
de solvants résiduels dans les produits finis. Limiter le taux de solvant résiduel est un véritable
enjeu de formulation.
Il est également envisageable de classer les méthodes selon leur principe général. On distingue
alors les procédés physico-chimiques, les procédés mécaniques et les procédés chimiques [29].
Les procédés physico-chimiques sont basés sur la maîtrise de variations de solubilité et de
conditions de précipitation des agents enrobant et sur les changements d’états des agents
enrobant. Les procédés mécaniques utilisent des techniques de pulvérisation et d’extrusion. Les
procédés chimiques sont quant à eux basés sur la formation in situ du matériau enrobant par
polycondensation ou polymérisation.
Quel que soit le procédé utilisé, celui-ci doit respecter un certain nombre de conditions. La
stabilité et l’activité biologique de la molécule ne doivent pas être affectées durant la
microencapsulation. Le rendement d’encapsulation doit être important. La qualité des
microparticules et le profil de libération du principe actif doivent être reproductibles. Bien
entendu, le procédé doit pouvoir être transposable à l’échelle industrielle et le taux de solvants
résiduels ne doit pas dépasser les limites imposées par la Pharmacopée Européenne 6ème
Edition
[29].
1. PROCEDES PHYSICO-CHIMIQUES
a) PROCEDE BASE SUR LA SEPARATION DE PHASES
Ce procédé, appelé aussi coacervation, est basé sur un phénomène de désolvatation de
macromolécules polymériques au sein d’une solution contenant la matière active. Cette
désolvatation peut avoir lieu par changement de température, modification du pH, ajout d’un
non-solvant ou ajout d’un polymère non miscible avec le polymère principal [28, 29] :
A l’issue de la coacervation il est possible de distinguer deux phases dans le milieu :
L’une riche en polymère et pauvre en solvant appelé coacervat,
L’autre pauvre en polymère et riche en solvant appelé surnageant.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-46-
Le coacervat formé peut aussi encapsuler la matière active dispersée préalablement sous forme
de gouttelettes dans le milieu.
On distingue deux types de coacervation :
La coacervation complexe,
La coacervation simple.
Lorsque la structure du coacervat comprend deux polymères on parle de coacervation complexe.
A l’inverse, la coacervation simple génère des gouttelettes de coacervat formées d’un seul
polymère. Ces deux procédés correspondent à des techniques différentes.
(1) COACERVATION COMPLEXE
Il est possible de diviser le procédé de coacervation complexe en cinq phases (Fig. 18) [29]. La
première étape correspond à la dispersion du produit à encapsuler dans une solution aqueuse
contenant les deux polymères (phase a). La coacervation est ensuite induite par un changement
de pH de la solution. Les charges positives du premier polymère équilibrent alors les charges
négatives du second. L’attraction électrostatique des deux polyélectrolytes provoque alors
l’apparition d’un coacervat mixte (phase b). Ce dernier vient ensuite s’adsorber à la surface de
la matière active à encapsuler (phase c) et forme alors un enrobage continu (phase d). On
procède enfin à une étape de réticulation des macromolécules afin de consolider l’enrobage
préalablement formé (phase e). On utilise généralement du glutaraldéhyde ou de l’acide
tannique pour réticuler la membrane formée.
FIGURE 18 : SCHEMA DE PRINCIPE DU PROCEDE DE MICROENCAPSULATION PAR COACERVATION
COMPLEXE [29]
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-47-
Les polyélectrolytes classiquement utilisés dans cette technique sont (Fig. 19) :
La gélatine de type A (gélatine de haut point isoélectrique) en tant que polycation,
La gomme arabique, les polyphosphates ou les alginates en tant que polyanions.
FIGURE 19 : POLYANIONS CLASSIQUEMENT UTILISES AVEC LA GELATINE DANS LA TECHNIQUE DE
COACERVATION COMPLEXE [30]
Les solutions de polymères utilisées sont des solutions très diluées : les concentrations sont
généralement inférieures à 3%. Par ailleurs, la gélatine gélifiant à basse température, la solution
aqueuse de départ est généralement portée à 50°C afin de permettre sa dissolution. La
température est abaissée à 5°C après la formation d’un enrobage continu autour de la matière
active dispersée. Ce refroidissement permet la gélification de l’enrobage.
Les particules obtenues par cette technique sont des microparticules de quelques micromètres à
quelques centaines de micromètres. La taille de ces systèmes varie en fonction de la taille des
globules dispersés de matière active formés dans la première phase du procédé. Ainsi, il est
possible d’ajuster la taille des microparticules en jouant sur la vitesse d’agitation de l’émulsion
initiale. Ce procédé est généralement utilisé pour l’encapsulation de matières actives lipophiles
telles que les huiles végétales ou minérales.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-48-
(2) COACERVATION SIMPLE
A l’inverse de la coacervation complexe la technique de coacervation simple ne met en jeu la
désolvatation que d’un seul polymère. Celle-ci peut avoir lieu par abaissement de température,
addition d’un non-solvant, addition d’électrolytes ou d’un deuxième polymère incompatible [28,
29]. Ce procédé peut se dérouler aussi bien en milieu aqueux qu’en milieu organique. Les étapes
du procédé sont identiques à celles décrites pour la coacervation complexe. Malgré tout, cette
technique nécessite beaucoup plus de savoir-faire que la technique de coacervation complexe.
Elle nécessite d’être bien maîtrisée afin d’être transposée avec succès à l’échelle industrielle.
Cette technique permet d’obtenir des microcapsules et des microsphères. Ces dernières sont
préférentiellement rencontrées lorsque la proportion de substance active est faible par rapport au
volume du coacervat.
Ce principe de microencapsulation a notamment permis la formation de microcapsules de
chlorure de potassium (Diffu-K®) et de mésalazine (Pentasa®). Ces microcapsules, formulées
dans des comprimées ou des gélules et administrées par voie orale, permettent la libération
prolongée du principe actif. Il est également possible de former par ce procédé des microsphères
biodégradables injectables à libération prolongée (Décapeptyl LP ®, Somatuline LP ®) [29].
b) PROCEDE D’EVAPORATION ET D’EXTRACTION DE
SOLVANT
La méthode de microencapsulation par évaporation de solvant repose sur l’évaporation de la
phase interne d’une émulsion sous agitation. Les polymères d’enrobage classiquement utilisés
dans cette technique sont l’éthylcellulose, le polystyrène et les homopolymères ou copolymères
des acides lactiques et glycoliques.
Dans le cas d’une émulsion huile dans eau (Fig. 20), les polymères d’enrobage sont tout d’abord
dissous dans une phase organique formée par un solvant volatil ayant une faible solubilité dans
l’eau (le chloroforme ou le dichlorométhane par exemple). La molécule active à encapsuler est
alors dispersée ou dissoute dans la solution organique de polymères. La solution obtenue est
ensuite émulsifiée dans une phase dispersante non solvante du polymère contenant des agents
tensioactifs, tel que l’alcool polyvinylique. L’eau est classiquement utilisée comme phase
dispersante. Il en résulte des gouttelettes de solvant organique dispersées dans la phase aqueuse.
Le solvant organique diffuse alors progressivement dans la phase continue sous agitation et
s’évapore. Le polymère précipite ainsi sous forme de microsphères. Les particules obtenues sont
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-49-
collectées par filtration, séchées ou lyophilisées avant d’être utilisées dans des formulations
définitives.
FIGURE 20 : SCHEMA DE PRINCIPE DU PROCEDE DE MICROENCAPSULATION PAR EVAPORATION DE
SOLVANT
La rapidité avec laquelle le solvant organique est éliminé joue un rôle prépondérant sur les
caractéristiques des microparticules : plus l’évaporation du solvant est rapide, plus la porosité
des particules sera grande.
Ce procédé permet d’obtenir des microsphères dont la taille va dépendre des conditions
opératoires mises en jeu. La vitesse d’émulsification, la viscosité de la phase dispersante et la
concentration en agents tensio-actifs sont les principaux paramètres influant sur la taille des
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-50-
microsphères. Cette technique présente un rendement proche de 100% mais ne permet
d’atteindre que des taux d’encapsulation limités, de l’ordre de 30 à 40% [29].
Bien qu’elle soit facile à mettre en œuvre la méthode décrite ci-dessus présente deux principaux
inconvénients :
Les microsphères formées peuvent contenir des traces de solvants organiques. Une
étape d’élimination de ces résidus doit donc être mise en place afin de maîtriser le taux
de solvant résiduel.
Cette méthode est limitée à l’encapsulation de molécules apolaires. Des variantes au
procédé original ont donc été mises au point pour permettre l’encapsulation de
molécules actives hydrosolubles.
On peut, par exemple, envisager la formulation d’une émulsion anhydre composée d’une phase
organique volatile (acétonitrile, acétone…) contenant les polymères et le principe actif, et d’une
phase organique non volatile contenant un surfactant avec une balance lipophile-hydrophile
faible. On parle alors d’émulsion huile dans huile [28]. Les microparticules sont obtenues par
évaporation ou extraction du solvant volatil et lavées dans un autre solvant, comme l’hexane,
pour éliminer la deuxième phase organique non volatile. Ce procédé permet surtout d’éviter la
perte en principe actif de composés solubles en milieu aqueux, comme les amino-alcools, les
amino-acides et les peptides, les protéines, les cytostatiques comme le cisplatine, ou encore des
anti-inflammatoires. Cependant, la mise en œuvre de ce procédé n’est pas toujours aisée.
L’élimination des résidus huileux de phase continue contaminant la surface des particules est
souvent une étape délicate.
Il est également envisageable de réaliser une extraction du solvant. On parle alors
d’émulsion/extraction de solvant [29]. Dans cette technique, le volume de la phase aqueuse sera
ajusté de façon à extraire immédiatement le solvant de la phase dispersée par dilution. La phase
d’évaporation n’est plus nécessaire pour la formation de microsphères. L’avantage de ce
procédé est de figer très rapidement les globules dispersés sous forme solide en minimisant les
phénomènes de partage de la matière active.
Une dernière solution consiste à utiliser la technique des émulsions multiples (Fig. 21). Le
principe actif est alors dissous dans la phase aqueuse interne. Il est dans un premier temps
émulsionné avec la phase organique (émulsion primaire). On réalise ensuite une émulsion
secondaire avec une phase aqueuse externe. Le principe actif reste ainsi à l’intérieur des
microgouttelettes, ce qui permet d’augmenter le taux d’encapsulation. La phase organique sert
alors de barrière entre les deux compartiments aqueux empêchant ainsi la diffusion des
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-51-
molécules actives vers la phase aqueuse externe. Cette technique est très utilisée, notamment
pour la microencapsulation de peptides comme la LHRH (Lutéine Hormone Releasing
Hormone), de l’hormone parathyroïdienne, de déxamethasone, de somatostatine, ou de
protéines. Ainsi, la leuproréline, composé très hydrosoluble, est encapsulée sous forme de
microsphères dans la spécialité Enantone LP® prescrite dans le traitement du cancer de la
prostate. Ces particules, préparées par le processus d’évaporation de solvant à partir d’une
émulsion eau dans huile dans eau (E/H/E), assurent une libération régulière et continue du
peptide dans l’organisme sur une période de 1 mois [28].
FIGURE 21 : PROCEDE DE MICROENCAPSULATION PAR EVAPORATION DE SOLVANT A PARTIR D'UNE
EMULSION MULTIPLE [29]
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-52-
c) MICROENCAPSULATION PAR GELIFICATION THERMIQUE
Ce procédé, aussi appelé hot melt, consiste à introduire la matière active à encapsuler dans un
matériau d’enrobage fondu et à émulsionner l’ensemble dans une phase dispersante, dont la
température est maintenue supérieure à la température de fusion de l’enrobage et pour laquelle
la matière active n’a aucune affinité (Fig. 22) [29]. On utilise classiquement de l’eau lorsque la
molécule est lipophile et de l’huile de silicone lorsque la molécule active est hydrophile. La
solidification des globules est ensuite obtenue par refroidissement brutal du milieu.
FIGURE 22 : SCHEMA DE PRINCIPE DU PROCEDE DE MICROENCAPSULATION PAR GELIFICATION
THERMIQUE [29]
Afin d’encapsuler des produits sensibles à la chaleur il est classiquement utilisé des lipides de
bas point de fusion tels que la cire de Carnauba ou l’alcool cétylique. Des polymères naturels
hydrosolubles tels que la gélatine ou l’agarose sont également utilisés. Ils ont la propriété de
former des gels dans l’eau sous l’effet d’un refroidissement.
Les particules obtenues par cette technique sont des microsphères d’une taille de 30 à 300 µm.
Le taux d’encapsulation est faible, de l’ordre de 20%.
2. PROCEDES MECANIQUES
a) PROCEDE DE NEBULISATION/SECHAGE OU SPRAY DRYING
Le spray drying par nébulisation est un procédé qui permet de transformer une formulation
liquide initiale en une forme microparticulaire sèche [28, 29]. Au contraire de l’émulsion et de
la coacervation, le spray drying est une technique qui ne nécessite qu’une seule étape et permet
une fabrication de manière continue. Cette technique peut être utilisée pour des principes actifs
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-53-
thermosensibles et ne nécessite pas forcément l’utilisation de solvants organiques. Les principes
actifs peuvent se trouver dans une phase aqueuse ou organique de solvant, sous forme de
suspension, d’émulsion, ou de solution.
On peut distinguer quatre étapes séquentielles dans ce procédé :
1. La nébulisation de la formulation liquide initiale pour former un aérosol.
2. La mise en contact de l’aérosol avec un flux d’air porté à une température contrôlée.
3. Le séchage rapide de l’aérosol afin de former des microparticules solides.
4. La séparation de la poudre de microparticules et de l’air contenant le solvant vaporisé à
l’aide d’un cyclone.
On distingue donc au niveau de l’appareil (Fig. 23) :
Un système de nébulisation (A) constitué soit d’une buse d’atomisation pneumatique ou
ultrasonore, soit d’un système de type disque tournant ou d’une buse rotative.
Une chambre de dessiccation (B) dans laquelle un flux d’air rentre en contact avec les
microgouttelettes.
Un cyclone (C) qui permet la séparation de la poudre sèche et de l’air humide.
Dans certains systèmes le séchage est réalisé à contre-courant. La buse de nébulisation est alors
située à la base de la chambre de dessiccation. Les microgouttelettes ont donc une trajectoire
opposée au flux d’air.
FIGURE 23 : SCHEMA D'UN APPAREIL DE NEBULISATION/SECHAGE
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-54-
Les microparticules obtenues par la technique du spray drying sont essentiellement des
microsphères de taille comprise entre 1 et 50 µm pour un séchage à co-courant. Le séchage à
contre-courant permet d’obtenir des microparticules de taille moyenne plus élevée, comprise
entre 50 et 200 µm. Le taux d’encapsulation par cette technique est limité à 40% mais le
rendement est généralement compris entre 80 et 98%. Par ailleurs, les microsphères obtenues
présentent souvent des défauts de structures tels que des cratères ou des structures spongieuses.
Ce procédé est malgré tout couramment utilisé dans l’industrie pharmaceutique car il est peu
coûteux et facilement transposable à l’échelle industrielle. Il peut également être utilisé pour des
composés aussi bien thermostables que thermosensibles. En effet, du fait de l’évaporation
rapide du solvant, la température des gouttelettes d’aérosol et des microparticules reste
nettement inférieure à la température d’entrée d’air (150 ou 160°C). Des microparticules de
bromocriptine ont ainsi été produites sur ce principe et sont aujourd’hui commercialisées sous le
nom de Parlodel®. Ces microsphères injectables permettent d’obtenir une libération prolongée
de la bromocriptine encapsulée dans des copolymères d’acide lactique et glycolique [29].
b) PROCEDE D’ENROBAGE EN LIT FLUIDISE
Le procédé d’enrobage en lit fluidisé s’applique exclusivement à des matières actives
constituées de particules solides. Les matières actives liquides pourront être encapsulées par
cette technique si elles sont préalablement absorbées par des supports particulaires poreux. Ce
procédé aboutit à la formation de microcapsules : on forme un enrobage continu autour de la
matière active.
On peut diviser cette technique en trois phases [29 ] :
1. La fluidisation de la poudre, qui assure un mélange constant des particules et un
transfert de chaleur optimal entre l’air et la surface des particules.
2. La pulvérisation du matériau enrobant sur les particules grâce à une buse de
pulvérisation placée, soit au sommet de la suspension fluide (top spray), soit à la base
de la suspension (bottom spray).
3. Le séchage et la formation de l’enrobage.
Ces trois opérations se déroulent dans la chambre cylindrique verticale d’un lit fluidisé.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-55-
FIGURE 24 : REPRESENTATION SCHEMATIQUE D'UN APPAREIL A LIT D'AIR FLUIDISE EN CONFIGURATION
TOP SPRAY [29]
Les formulations liquides pulvérisées sur les particules sont des solutions ou des dispersions
aqueuses ou organiques de polymères, tels que des dérivés cellulosiques (éthylcellulose,
carboxyméthylcellulose,…) ou des copolymères acryliques (famille des Eudragit® par
exemple). Des corps gras ou des cires sont également utilisés en tant que matériaux enrobants
dans ce procédé. Le taux d’encapsulation par cette technique est généralement élevé, de l’ordre
de 60 à 90%.
c) GELIFICATION ET CONGELATION DE GOUTTES
La gélification de gouttes est basée sur la formation d’une solution, dispersion ou émulsion de
matière active dans une solution aqueuse de polymères capables de former des gels sous une
action extérieure (physique ou chimique). Les polymères classiquement utilisés dans cette
technique sont l’alginate de sodium, le chitosan ou l’agarose. Les techniques de gélification de
ces polymères sont variables (Tableau 4) mais, quel que soit le polymère utilisé, la solubilité de
la matière active dans le milieu de réception doit être la plus faible possible pour minimiser les
pertes par solubilisation.
TABLEAU 4 : AGENTS UTILISES POUR LA GELIFICATION DE POLYMERES [29]
Polymère Agent de gélification
Alginate de sodium Solution aqueuse de chlorure de calcium
Chitosan Solution alcaline
Agarose Abaissement de la température du milieu
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-56-
La congélation de gouttes fait, quant à elle, intervenir un matériau enrobant de type corps gras,
glycéride ou cire à bas point de fusion. Cette technique consiste à solubiliser ou disperser la
matière active dans un fondu du matériau enrobant. Cette préparation est ensuite extrudée sous
pression à travers une buse vibrante. Les gouttelettes formées sous l’effet de la vibration se
refroidissent dans le milieu de chute (air froid, azote,…) et se solidifient pour donner des
microparticules de type microsphères.
Ces deux procédés permettent d’obtenir des distributions de taille très étroites dans une gamme
de taille allant de 200 à 800 µm de diamètre. Le taux d’encapsulation de ces deux procédés est
relativement faible, de l’ordre de 10 à 30%.
d) TECHNIQUE D’EXTRUSION/SPHERONISATION
Cette technique peut être utilisée pour l’encapsulation de poudres de matières actives dans des
polymères thermoplastiques. La viscosité de ces polymères à l’état fluide doit permettre de
former des microcylindres homogènes et réguliers par extrusion. Les filaments obtenus sont
refroidis et découpés à l’aide d’un microtome de forme adaptée en microparticules cylindriques
ou arrondies. Ces dernières sont ensuite érodées mécaniquement pour leur donner une forme
voisine des microsphères.
Cette méthode d’encapsulation ne peut être utilisée que pour des matières actives non
thermosensibles. La température d’extrusion peut en effet atteindre 150°C. La taille des
microparticules obtenues par ce procédé est supérieure à 200 µm.
3. PROCEDES CHIMIQUES
a) POLYCONDENSATION INTERFACIALE
La polycondensation interfaciale est un procédé permettant de préparer in situ une membrane
polymérique à la surface de gouttelettes d’émulsion [29]. La formation de la membrane se fait
par réaction chimique entre deux monomères à l’interface de la phase dispersée et de la phase
dispersante. Il existe une grande variété de monomères organosolubles et hydrosolubles pouvant
rentrer en jeu dans le procédé de polycondensation interfaciale. Le choix sera fait en fonction de
la membrane polymérique à former.
Cette technique peut s’appliquer aux matières actives aqueuses et organiques. Dans les deux
cas, la vitesse, le temps d’agitation et le type de système d’émulsification seront à définir
précisément. La taille finale des particules dépend en effet de la taille des gouttelettes de
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-57-
l’émulsion initiale. Classiquement, on obtient par cette méthode des microcapsules de taille
comprise entre 0,5 et 100 µm.
La polycondensation interfaciale trouve principalement des applications dans le domaine
phytosanitaire pour la production de microcapsules d’insecticides, d’herbicides ou de
fongicides. Elle est également utilisée en santé pour l’encapsulation de molécules biologiques
telles que les protéines.
b) POLYMERISATIONS RADICALAIRE OU ANIONIQUE
Les polymérisations radicalaires ou anioniques ont lieu en milieu dispersé (émulsion,
nanoémulsion, microémulsion, dispersion,…). On peut distinguer deux phases successives dans
le procédé [29] :
Une étape de nucléation des particules,
Une phase de croissance.
Les particules obtenues par ces techniques présentent des tailles comprises entre quelques
dizaines du nanomètre à quelques dizaines de micromètres. Il s’agit le plus souvent de systèmes
matriciels : microsphères ou nanosphères selon la taille. Le taux d’encapsulation de cette
technique ne dépasse pas 50%.
Ces procédés de microencapsulation trouvent des applications en cosmétologie (protection et
stabilisation de matières actives), en pharmacie (libération contrôlée de cytotoxiques par
exemple) ou dans le domaine phytosanitaire (libération prolongée d’herbicides ou de
pesticides).
D. CINETIQUE DE LIBERATION DES PRINCIPES ACTIFS
Les microparticules sont souvent formulées dans le but de modifier la cinétique de libération
d’une matière active. La microencapsulation est en effet une technique utilisée pour obtenir des
systèmes à libération prolongée dans le temps. Divers systèmes existent, se distinguant les uns
des autres par leurs structures (microcapsules ou microsphères) et par les cinétiques de
libération obtenues.
On peut distinguer deux grands types de systèmes (Fig. 25) :
Les systèmes à libération déclenchée,
Les systèmes à libération continue.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-58-
FIGURE 25 : SYSTEMES A LIBERATION DECLENCHEE ET CONTINUE [29]
Les systèmes à libération déclenchée sont essentiellement représentés par les microcapsules. La
libération du principe actif se fait alors par rupture de la membrane polymérique de faible
perméabilité sous l’action d’un agent extérieur : variation de température, différence de pression
mécanique ou osmotique, variation de pH ou dégradation enzymatique.
Les systèmes à libération continue sont majoritairement représentés par les microsphères. La
libération peut avoir lieu par diffusion passive du principe actif à travers la matrice, par
dégradation du polymère ou dissolution du matériau enrobant [31]. Les cinétiques de libération
résultantes sont variables. La cinétique de libération est avant tout déterminée par les
caractéristiques physico-chimiques du système [32, 33] :
Le coefficient de diffusion de la matière active à travers la membrane,
Le coefficient de partage de la molécule entre le milieu interne à la particule et le milieu
extérieur,
La solubilité du principe actif dans la phase externe,
Le taux de chargement en matière active du système particulaire,
La localisation du principe actif dans la particule,
Le lien établi entre la particule et la molécule active (liaison covalente ou simple
dispersion au sein de la matrice polymérique),
L’épaisseur de la membrane,
La taille du système et la surface d’échange,
La porosité du système.
Systèmes à libération déclenchée
Systèmes à libération continue
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-59-
Ces caractéristiques seront essentiellement déterminées par la technique de microencapsulation
employée et le polymère utilisé. Les coefficients de diffusion, de partage et la solubilité du
principe actif dépendent quant à eux du milieu de diffusion.
Les cinétiques de libération des particules libérant leur contenu par diffusion passive suivent les
lois de Fick. Les profils de libération sont variables (Fig. 26).
FIGURE 26 : PROFILS DE LIBERATION OBTENUS A PARTIR DE DIFFERENTES MICROPARTICULES [29]
Pour des microcapsules il est possible d’obtenir des cinétiques de libération d’ordre 0 (Fig. 26-
A) ou d’ordre 1 (Fig. 26-D), en fonction de la solubilité dans l’eau de la matière active. Les
cinétiques d’ordre 0 peuvent être modifiées dans leur phase initiale. Ainsi, lorsque la vitesse de
libération est rapide dans les premiers temps de la libération on parle d’un effet de burst (Fig.
26-B). Ce phénomène peut s’expliquer par la présence d’un excès de matière active dans la
membrane. On peut également avoir un temps de latence avant la libération de la matière active
(Fig. 26-C). Ce temps correspond à la diffusion de la matière active à travers la membrane de la
particule.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-60-
Dans le cas des microsphères, le phénomène de diffusion de la molécule active à travers la
matrice suit la loi d’Higuchi (Fig. 26-E). Cette loi décrit la libération d’une molécule active à
travers une matrice polymérique en absence d’érosion ou de gonflement du système. Elle s’écrit
sous la forme :
( )2t m t s
M DC C C t= -
Avec :
Mt = quantité libérée de matière active au temps t
D = coefficient de diffusion
Cm = solubilité de la molécule active dans la matrice
Ct = concentration initiale en principe actif
Cs = solubilité de la molécule active dans la phase externe
Dans cette forme simplifiée de la loi d’Higuchi la quantité libérée de matière active est
directement proportionnelle à la racine carrée du temps.
E. CRITERES DE CHOIX DE LA FORMULATION ET DU PROCEDE
Le choix d’une formulation et d’un procédé de microencapsulation doit répondre à un certain
nombre de critères imposés par l’utilisation des microparticules et directement reliés aux
caractéristiques et propriétés de ces systèmes :
La taille moyenne et la distribution granulométrique des microparticules.
Le taux d’encapsulation de la matière active.
Les conditions de libération et la cinétique de libération du principe actif.
Les contraintes réglementaires liées au domaine pharmaceutique et à la voie
d’administration.
Tous ces critères seront importants à considérer lors du développement des microparticules.
Ainsi, si l’on souhaite développer des systèmes à libération prolongée, il faudra prendre en
compte la durée de libération envisagée et formuler en conséquence. La Pharmacopée
Européenne définit également des limites aux taux de solvants résiduels que le formulateur
devra respecter. Par ailleurs, les procédés d’encapsulation conditionnent en partie la taille des
microparticules, leur distribution granulométrique, leur structure (matricielle ou réservoir) ainsi
que le taux d’encapsulation (Tableau 5). Ces paramètres jouent un rôle sur la cinétique de
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-61-
libération de la matière active. Tous les éléments du cahier des charges seront donc à considérer
dans leur globalité.
TABLEAU 5 : CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES MICROPARTICULES OBTENUES PAR LES
PRINCIPAUX PROCEDES INDUSTRIELS DE MICROENCAPSULATION
Procédés Domaine de
tailles
Distribution
granulométrique Morphologie
Taux
d’encapsulation
Procédés physico-chimiques
Coacervation complexe 5 à 200 nm +/- large Microcapsule 70 à 90%
Coacervation simple 20 à 200 nm +/- large Microsphère
Microcapsule < 60%
Procédés d’évaporation et
d’extraction de solvants 0,5 à 200 nm +/- large Microsphère < 25%
Gélification thermique 10 à 100 nm +/- large Microsphère < 20%
Procédés mécaniques
Nébulisation/Séchage 1 à 50 nm Large Microsphère < 40%
Enrobage en lit fluidisé > 100 nm Etroite Microcapsule 60 à 90%
Gélation et congélation de
gouttes > 200 nm Etroite Microsphère < 30%
Extrusion/Sphéronisation > 200 nm Etroite Microsphère < 50%
Procédés chimiques
Polycondensation
interfaciale 0,5 à 50 nm +/- large Microcapsule < 80%
Polymérisation par voie
radicalaire ou anionique 0,1 à 15 nm Etroite Microsphère < 50%
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-62-
II. MICROENCAPSULATION ET ADMINISTRATION NASALE
A. CARACTERISTIQUES DES MICROPARTICULES POUR LA VOIE
NASALE
1. MATERIAUX UTILISES
Les matériaux utilisés pour obtenir des microparticules sont très variés. Il est possible de
distinguer [34]:
Les polymères d’origine naturelle : amidon, chitosan, gélatine, alginate de sodium,…
Les polymères cellulosiques : éthylcellulose, hydroxypropylcellulose,…
Les polymères de synthèse : copolymères acryliques et métacryliques, polymères
d’acides lactiques et glycoliques, polycaprolactone,…
Les lipides et les cires minérales : corps gras solides, cires, glycérides,…
Nous ne décrirons ici que les matériaux couramment utilisés dans la fabrication de microsphères
destinées à une administration nasale.
a) AMIDON DEGRADABLE
L’utilisation de l’amidon dans le domaine pharmaceutique se développe depuis plusieurs
années. Il s’agit en effet d’une matière première peu coûteuse, facile à obtenir et biodégradable.
L’amidon est le constituant chimique majoritaire des plantes céréalières. Il provient
essentiellement du maïs, de la pomme de terre, du blé et du riz [34].
L’amidon est un polysaccharide de formule chimique (C6H10O5)n. On peut trouver l’amidon
sous deux formes (Fig. 27):
L’amylose, polymère linéaire cristallin,
L’amylopectine, polymère ramifié et amorphe.
Selon la proportion d’amylose et d’amylopectine, les matériaux obtenus auront des propriétés
différentes (masse volumique, élascticité...).
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-63-
FIGURE 27 : STRUCTURE DE L'AMYLOSE ET DE L'AMYLOPECTINE [34]
Les microsphères à base d’amidon sont des systèmes fréquemment utilisés. Elles sont aussi
connues sous le nom commercial de Spherex ® [35]. Ces microsphères sont préparées par une
technique d’émulsion-polymérisation dans laquelle l’amidon est lié à l’épichlorohydrine et
vendues prêtes à être chargées [2]. La taille de ces systèmes est de l’ordre de 50 µm [35, 36]. Il
est possible d’y inclure des principes actifs de poids moléculaires inférieurs à 30 kDa [2, 35].
Les microsphères à base d’amidon sont des systèmes biodégradables et possédant un fort
pouvoir d’hydratation. Elles ont la capacité de former des systèmes gélifiés qui prolongent le
temps de résidence sur la muqueuse nasale [36].
b) CHITOSAN
Le chitosan est un polymère polycationique issu de la chitine, un composant de la paroi
cellulaire de nombreux champignons et de l’exosquelette des arthropodes. La chitine est
constituée d’une chaîne linéaire d’unités N-acétyl-D-glucosamine liées entre elles par des ponts
β(1,4) (Fig. 28). La chitine peut être considérée comme l’équivalent azoté de la cellulose [34].
N’étant pas soluble dans l’eau, son utilisation reste limitée.
La N-désacétylation alcaline de la chitine permet d’obtenir le chitosan, un dérivé soluble en
solution aqueuse acide (Fig. 28). Cette transformation génère des groupes amines (NH2) chargés
positivement et confère au chitosan un caractère cationique intéressant, permettant notamment
la formation de complexes polyélectrolytiques avec des polymères anioniques naturels ou
synthétiques [37, 38]. 50% au moins des groupes acétyles sont hydrolysés lors de la
désacétylation.
Amylose
Amylopectine
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-64-
FIGURE 28 : STRUCTURES CHIMIQUES DE LA CHITINE ET DU CHITOSAN [34]
Le chitosan présente des caractéristiques et des propriétés particulièrement intéressantes pour
l’administration nasale. Ce polymère est en effet biocompatible, biodégradable, non antigénique
et non toxique [37, 38]. Il n’endommage pas les membranes nasales chez les rats et ralentit la
clairance muco-ciliaire de manière réversible après l’application nasale quotidienne chez des
cobaye et chez des volontaires humains [37, 39, 40, 41].
Les microparticules de chitosan peuvent être obtenues par différentes méthodes d’encapsulation.
Les techniques de précipitation ou coacervation des molécules de chitosan sont couramment
utilisées pour la formulation de microsphères [37]. La variété des systèmes formés à partir de
chitosan est importante. De nombreux auteurs tendent aujourd’hui à combiner ce polymère à
des molécules diverses. Ainsi, des microsphères de chitosan combinées à des groupements
thiols peuvent être préparées par la méthode d’émulsion/évaporation de solvant [51]. La
technique du spray-drying permet également la formulation de microsphères combinant du
chitosan et de l’éthylcellulose d’une part [42] et du chitosan et de poly(méthyl vinyl ether-co-
maleic anhydride) d’autre part [43].
Chitine
Chitosan
N-désacétylation
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-65-
c) GELATINE
La gélatine est obtenue par hydrolyse partielle du collagène extrait de la peau, des os ou du
cartilage. Elle peut être de deux types :
Un type A de point isoélectrique compris entre 8 et 9,
Un type B de point isoélectrique compris entre 4,5 et 5.
La gélatine de type A est employée dans la technique de coacervation complexe [30].
d) CELLULOSE
La cellulose est la molécule la plus abondante sur Terre. C’est l’élément constitutif majeur du
bois et du maïs. La cellulose se présente sous la forme d’un polymère linéaire cristallin
constitué de monomère de formule brute C6H10O5. Il est insoluble dans les solvants. La
biodégradation de la cellulose a lieu par oxydation et les produits obtenus sont inoffensifs pour
l’environnement [34]. La cellulose est utilisée dans les microparticules sous forme
d’éthylcellulose ou d’hydroxypropylcellulose.
e) POLYMERES D’ACIDE LACTIQUE ET GLYCOLIQUE
Les polymères d’acide lactique et d’acide glycolique (Fig. 29) sont couramment utilisés dans le
domaine pharmaceutique et biomédical. Leurs caractères biocompatible et biodégradable en
font des systèmes très attractifs [44]. Ils sont notamment utilisés comme sutures, comme
substitut osseux, ou comme vecteurs d’agent actif. Des homopolymères ou des copolymères
d’acide lactique lactique et glycolique ont ainsi permis la fabrication de microparticules.
Aujourd’hui, plusieurs spécialités sont commercialisées sur ce principe. Ainsi, la spécialité
Sandostatine®, composée de microparticules de PLAGA (poly(lactide-co-glycolide-acide))
contenant de l’acétate d’octréotide, est prescrite dans le traitement de l’acromégalie.
Dans le domaine de l’administration nasale, les microsphères de poly(acide lactique) sont les
plus utilisées. Elles sont couramment préparées par la méthode d’émulsion/évaporation de
solvant [45].
Acide lactique Acide glycolique
FIGURE 29 : STRUCTURE DE L'ACIDE LACTIQUE ET DE L'ACIDE GLYCOLIQUE
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-66-
f) DEXTRAN
Des microsphères à base de dextran ont été mises au point ces dernières années et portent les
noms commerciaux de Sephadex ® et DEAE-Sephadex®. Dans ce dernier système, les unités
glucose du dextran sont substituées par des groupes diéthylaminoéthyl. Tout comme les
microsphères d’amidon, elles sont réticulées avec de l’épichlorohydrine. En revanche, elles ne
sont pas biodégradables dans un milieu biologique.
On peut distinguer deux types de Sephadex® [2] :
Les Sephadex G25®, hautement réticulées présentant une limite d’exclusion de 5 kDa,
Les Sephadex G50®, faiblement réticulées présentant une limité d’exclusion de 30 kDa.
La taille de ces deux types de microsphères est comprise entre 10 et 300 µm. Pour une
administration nasale, la taille sera limitée à 180 µm.
g) AUTRES POLYMERES
(1) ACIDE POLYACRYLIQUE
Des microsphères d’acide polyacrylique ont été mise au point par des techniques de spray-
drying et d’émulsification. La taille de ces systèmes est comprise entre 1 et 10 µm [35].
(2) ACIDE HYALURONIQUE
Des microsphères d’acide hyaluronique ont été préparées par une technique d’émulsification.
Leur taille est comprise entre 6 et 8 µm [35].
(3) SERUM ALBUMINE
Des microsphères peuvent également être préparées à partir d’albumine par des procédés variés.
Des techniques utilisant le spray-drying et l’émulsification ont été décrites. La taille des
particules obtenues par ces méthodes est de l’ordre de 10 à 40 µm [35].
2. TAILLE
Les particules administrées par voie nasale se répartissent dans le tractus respiratoire selon leur
taille (Tableau 6). Afin d’obtenir un dépôt sur la muqueuse nasale il est nécessaire de former des
particules de taille comprise entre 15 et 180 µm. Les travaux sur l’administration nasale se sont
essentiellement concentrés sur des particules de taille comprise entre 40 et 60 µm.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-67-
TABLEAU 6 : SITE DE DEPOT PREFERENTIEL DES PARTICULES EN FONCTION DE LEUR DIAMETRE [2]
Taille (µm) Site de déposition des particules
> 180 µm Virtuellement non inspirables
Entre 15 et 180 µm Voies aériennes supérieures
Entre 2,5 et 15 µm Trachée, bronches
< 2,5 µm Alvéoles pulmonaires
3. MODE DE CHARGEMENT EN PRINCIPE ACTIF
Le chargement des microsphères en principe actif est classiquement réalisé par une technique de
lyophilisation. Une solution aqueuse de principe actif est mise en contact des microsphères. Ces
dernières se chargent en solution et gonflent. Elles forment un gel qui est ensuite lyophilisé. La
poudre obtenue est enfin tamisée. La formulation finale est homogène et sèche [35]. Les
microsphères sont alors directement utilisables sous cette forme.
Un autre procédé consiste à inclure le principe actif lors de la préparation des microparticules.
La technique d’émulsion/évaporation de solvant fait souvent appel à cette méthode.
B. IMPACT DES MICROSPHERES SUR LA PERMEABILITE DE LA
MUQUEUSE NASALE
Plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer l’effet des microsphères sur la perméabilité
de la muqueuse nasale. On peut en distinguer trois principales :
La formation d’un gel à la surface de la muqueuse qui permet d’augmenter le temps de
contact entre les molécules actives et la muqueuse [19, 35].
L’ouverture des jonctions serrées [35, 46].
L’intervention de jonctions calciques [35].
1. FORMATION D’UN GEL ET AUGMENTATION DU TEMPS DE
CONTACT AVEC LA MUQUEUSE
La formation d’un gel à la surface de la muqueuse est une première théorie exposée par de
nombreux auteurs. Il a en effet été montré que les microsphères d’amidon, d’albumine et de
dextran absorbent l’eau présente dans la cavité nasale et forment un gel à la surface de la
muqueuse. Ce gel sera éliminé lentement par le drainage muco-ciliaire. L’augmentation du
temps de contact entre les microsphères et la muqueuse permet ainsi d’améliorer l’absorption
des principes actifs contenus dans la matrice du polymère [19].
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-68-
FIGURE 30 : EVALUATION DE LA DEMIE-VIE DE SOLUTIONS ET DE MICROSPHERES DANS LA CAVITE
NASALE [47]
Ce phénomène a également été mis en évidence pour les microsphères de chitosan. Dans une
étude menée par Soane, les microsphères de chitosan présentent un temps de résidence dans la
cavité nasale supérieur à une solution contrôle de DTPA (acide diéthylène diamine penta-
acétique) (Fig. 30). La demie-vie atteint 84 minutes contre 21 minutes pour le contrôle [47]. Par
suite de leur instillation à la surface des muqueuses, ces microsphères mucoadhésives gonflent
en absorbant l’eau au contact du mucus. Il en résulte un enchevêtrement physique entre les
groupes amines des chaînes polymériques du chitosan, chargés positivement, et les groupes
carboxyles et sulfates de l’acide sialique et des glycosaminoglycanes, présents abondamment à
la surface des muqueuses. Des interactions chimiques ioniques et non ioniques se forment
également entre les différentes fonctions du chitosan et le les groupements fonctionnels présents
dans le mucus et sur la surface cellulaire (groupements hydroxyles, carboxyles ou sulfates par
exemple) [37, 38, 48]. La clairance des principes actifs se trouve ainsi diminuée et leur
absorption facilitée.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-69-
2. OUVERTURE DES JONCTIONS SERREES
L’hydratation des microsphères serait également à l’origine d’une contraction des cellules
épithéliales et ainsi d’une séparation physique des jonctions serrées. Ce phénomène a été mis
en évidence in vitro sur des cultures de cellules Caco-2. Des observations au microscope
électronique à transmission ont été réalisées avant administration de microsphères sèches, puis
15 minutes et 180 minutes après. Il a été montré que les jonctions serrées commencent à se
séparer seulement 3 minutes après l’administration des microsphères et que la séparation
continue jusqu’à 15 minutes après administration (Fig. 31). L’absorption d’eau par les
microsphères provoque la déshydratation des cellules épithéliales et entraîne ainsi la séparation
des jonctions serrées [35, 46]. Selon Gogev, l’ouverture transitoire des jonctions serrées serait
due à une diminution des protéines transmembranaires occludine et zona occludens I [37].
FIGURE 31 : OUVERTURE DES JONCTIONS SERREES ENTRE LES CELLULES CACO-2 APRES
ADMINISTRATION DE MICROSPHERES D'AMIDON (OBSERVATION AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE A
TRANSMISSION) [35]
L’effet des microsphères sur les cellules épithéliales est rapide et réversible [35, 37]. En effet,
après 3 heures, les jonctions serrées entre les cellules Caco-2 sont revenues à leur état initial
[35]. Pour un effet optimal, le passage paracellulaire des principes actifs hydrophiles à travers la
muqueuse devra ainsi avoir lieu rapidement après l’ouverture des jonctions serrées. La molécule
active devra donc préférentiellement être sous forme dissoute.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-70-
Seule l’administration de microsphères sèches permet d’aboutir à l’ouverture transitoire des
jonctions serrées. Cet effet n’est pas rencontré lors de l’administration de microsphères pré-
hydratées [35], ce qui valide ce mécanisme d’action.
3. LIAISON DES MICROSPHERES AUX IONS CALCIQUES
Une dernière hypothèse, proposée par Oechslein [49], repose sur la capacité des formulations à
se lier aux ions calcium. Oechslein établit dans son étude un lien entre la capacité de liaison au
calcium des vecteurs particulaires et l’aptitude à promouvoir l’absorption de l’octréotide
(Sandostatine®), un principe actif hydrophile. Dans cette étude, les microsphères de dextran
(Sephadex®) s’avèrent avoir la plus haute capacité de liaison au calcium parmi les matériaux
testés. L’administration de microsphères de dextrans chargées en octréotide permet d’obtenir la
plus forte biodisponibilité de ce principe actif peptidique. Cette liaison au calcium ne serait
réalisée qu’après hydratation totale des microsphères et prendrait donc plus de temps que
l’ouverture des jonctions serrées. Oechslein estime que le temps nécessaire à la formation des
liaisons calciques est de l’ordre de 30 minutes. Cette hypothèse est aujourd’hui controversée par
plusieurs auteurs. Une étude menée par Pereswetoff et Edman permet en effet d’atteindre des
pics de concentration en principe actif dans des temps beaucoup plus courts, de l’ordre de 10
minutes [35]. Si la liaison calcique était nécessaire à l’absorption du principe actif, alors ce pic
plasmatique n’aurait pu être atteint dans un temps aussi court après l’administration des
microsphères.
C. EVALUATION DU POTENTIEL DES MICROSPHERES SUR
L’ABSORPTION NASALE DE PRINCIPES ACTIFS MEDICAMENTEUX
1. TECHNIQUES D’EVALUATION DES MICROSPHERES
a) TECHNIQUES IN VITRO
Le potentiel de libération des principes actifs médicamenteux par les microsphères est
classiquement étudié in vitro par des méthodes de dissolution classiques [50, 51, 52, 53, 54] et
des méthodes faisant appel à des cellules de Franz [55].
Les méthodes classiques consistent à placer dans des conditions proches du milieu in vivo les
microsphères à étudier. La température est classiquement maintenue à 37°C et le pH ajusté à
l’aide de tampons adéquats. L’étude est réalisée en conditions « sink » : le volume du milieu de
dissolution est adapté afin que celui-ci ne soit jamais saturé en principe actif. Les microsphères
subissent généralement une agitation au cours de la manipulation.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-71-
Les cellules de Franz permettent, quant à elles, de mimer les cavités nasales en créant un
compartiment donneur et un compartiment récepteur séparés par une membrane dont la limite
de perméabilité est connue. Le compartiment récepteur est classiquement rempli de 20mL de
tampon à un pH déterminé et maintenu à une température proche de 37°C. Ce volume est
similaire au volume d’une cavité nasale.
Quelle que soit la méthode utilisée, des prélèvements réguliers du milieu permettront de
déterminer la quantité de principe actif diffusée à travers la matrice polymérique. Des analyses
chromatographiques ou spectrométriques permettent de doser le principe actif.
b) TECHNIQUES IN VIVO
(1) CHEZ LE RAT
Le rat est un très bon modèle pour étudier l’absorption par la muqueuse nasale de molécules
actives. Les résultats obtenus chez le rat avec des molécules thérapeutiques non peptidiques
peuvent prédire très précisément les profils de libération chez l’homme [56]. On peut distinguer
chez le rat, trois méthodes d’étude de l’absorption nasale :
Une méthode in situ,
Une méthode in vivo / in situ,
Une méthode in vivo.
La méthode in situ est réalisée sur des rats anesthésiés. Cette technique consiste à introduire des
solutions de microsphères chargées en principes actifs à travers un tube placé dans la partie
postérieure de la cavité nasale. Un dispositif permet d’obstruer le palatin afin d’éviter la fuite de
la solution dans la bouche de l’animal. Chaque solution circule dans la cavité nasale à une
vitesse de 2 à 3 ml/minute. Le flux de principe actif est donc en circuit continu. Des
prélèvements sont effectués directement dans la solution afin de déterminer le pourcentage de
principe actif restant. L’étude est classiquement réalisée sur une période d’une heure. Cette
méthode permet d’étudier facilement plusieurs molécules thérapeutiques.
La méthode in vivo / in situ consiste quant à elle à administrer directement dans la cavité nasale
50 à 100 µl de microsphères chargées en principe actif à l’aide d’une micropipette. Des rinçages
de la cavité nasale sont effectués à des intervalles réguliers et la concentration de la molécule
dans la cavité nasale est déterminée sur la solution de rinçage par des méthodes analytiques
classiques. Cette technique a notamment été utilisée pour étudier l’absorption de peptides.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-72-
La méthode in vivo consiste également à administrer le principe actif directement dans la cavité
nasale. L’absorption est quantifiée par des prélèvements sanguins réalisés à des intervalles de
temps réguliers.
Ces méthodes sont classiquement utilisées sur des rats anesthésiés : la fonction ciliaire de ces
animaux n’est donc pas préservée. Le temps de contact entre les formulations à l’étude et la
muqueuse nasale est donc augmenté. Les résultats obtenus par ces méthodes seront donc à
considérer avec précaution.
(2) CHEZ LE MOUTON
Le mouton est également un modèle animal intéressant pour les études de pharmacocinétique et
de formulation [57]. Après administration des microsphères dans les cavités nasales de l’animal,
des prélèvements sont effectués à intervalles réguliers dans la veine jugulaire. Les animaux
utilisés sont généralement conscients au cours de l’analyse : la fonction ciliaire est donc
préservée [53].
2. EVALUATION DE L’ABSORPTION PAR LA MUQUEUSE NASALE
a) IMPACT DES MICROSPHERES SUR L’ABSORPTION DES
PROTEINES
Les protéines sont des molécules thérapeutiques particulières dont les voies d’administration
restent encore limitées. Ces molécules présentent en effet de nombreuses contraintes qui
limitent le choix du formulateur. Elles possèdent notamment un poids moléculaire élevé. Cette
caractéristique ainsi que leurs propriétés hydrophiles limitent leur absorption par les muqueuses.
Les enzymes protéiques présentes à ce niveau réduisent également leur biodisponibilité. Par
ailleurs, elles possèdent des structures secondaires, tertiaires et parfois quaternaires qui régissent
souvent leur activité thérapeutique. La perte de la structure peut être synonyme de perte
d’activité ou apparition d’immunogénicité. Cette structure protéique doit être maintenue lors de
toutes les étapes d’élaboration du vecteur. Le développement de vecteurs microparticulaires doit
donc prendre en compte toutes les caractéristiques biochimiques, biologiques et physiologiques
des protéines. Cette formulation est un véritable challenge qui doit permettre de maximiser la
stabilité physique et chimique des protéines, de prolonger leur demi-vie, d’augmenter le taux
d’absorption des protéines et de diminuer leur métabolisation et leur immunogénicité [58].
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-73-
Il y a encore quelques années, la voie parentérale était la seule voie d’administration
envisageable pour les protéines et les peptides, mais cette voie pose des problèmes de stérilité et
d’acceptation par le patient. Des recherches ont alors été entreprises afin d’explorer de nouvelles
voies d’administration. La voie nasale se présente comme une alternative intéressante. Malgré
tout, les premiers résultats se sont montrés décevants : les biodisponibilités des protéines par
voie nasale ne dépassent généralement pas les 10% alors que les biodisponibilités obtenues pour
de petites molécules organiques s’avéraient encourageantes. Les recherches se sont alors axées
sur des systèmes microparticulaires et bioadhésifs.
(1) EXEMPLE DE L’INSULINE
L’administration nasale de l’insuline a été envisagée en 1922 par Woodyatt, qui cherchait alors
une alternative aux injections sous-cutanées quotidiennes. Dans le domaine de l’administration
nasale de systèmes protéiques, l’insuline est la molécule la plus étudiée (Fig. 32).
FIGURE 32 : STRUCTURE DE L'INSULINE
Cette hormone, intervenant dans la régulation du taux de glucose dans l’organisme, est en effet
le traitement de plus de 200 millions de personnes dans le monde. Ces patients diabétiques ont
recours à des injections d’insuline quotidiennes qui peuvent être sources d’effets indésirables et
de douleurs. Différents axes de recherches existent aujourd’hui afin de proposer une alternative
efficace aux systèmes injectables. Des auteurs se sont notamment intéressés aux systèmes
bioadhésifs, aux systèmes polymériques et aux micro et nanoparticules. L’utilisation de
microsphères semble être une voie prometteuse.
Les recherches sur les microsphères ont débuté dans les années 90. Illum propose alors un
concept de microsphères bioadhésives qui permet de prolonger le temps de contact entre la
molécule thérapeutique et la muqueuse nasale [59]. Cette étude réalisée chez des volontaires
sains met ainsi en évidence la possibilité de moduler le temps de clairance muco-ciliaire à partir
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-74-
de systèmes particulaires. Björk montre en 1988 que l’administration nasale d’insuline chez le
rat anesthésié au moyen de microsphères d’amidon permet d’obtenir une chute rapide de la
glycémie [60]. La glycémie est ainsi réduite de 40% en 30 à 40 minutes après administration de
0,75 UI/ kg d’insuline. Le pic d’insulinémie est atteint en moins de 8 minutes et la
normalisation de la glycémie a lieu en 4 heures.
Des résultats similaires sont observés avec des microsphères de dextran [61]. Ainsi, Ryden
évalue en 1992 l’effet de microsphères de dextran sur l’absorption d’insuline chez le rat. Les
systèmes formulés permettent de diminuer significativement la glycémie, à l’exception des
microsphères de DEAE-Sephadex pour lesquelles la baisse de la glycémie est négligeable. De
probables interactions électrostatiques entre ces systèmes cationiques et l’insuline peuvent être à
l’origine de ce phénomène. Cet auteur met également en avant l’effet promoteur supérieur des
microsphères sèches par rapport aux systèmes polymériques classiques [61].
Des études complémentaires, menées par Pereswetoff en 1995, mettent en évidence l’influence
de la localisation de la molécule active dans les microsphères de dextran sur la réponse
thérapeutique chez le rat [62]. Ainsi, lorsque l’insuline est située à la surface des microsphères,
la glycémie diminue de moitié en 30 minutes. Mais lorsque l’insuline est encapsulée dans la
matrice polymérique, la glycémie ne diminue que de 30% en 60 minutes (Fig. 33).
FIGURE 33 : VARIATION DU GLUCOSE PLASMATIQUE APRES ADMINISTRATION INTRANASALE CHEZ LE
RAT DE 1 UI/KG D'INSULINE ENCAPSULEE DANS DES MICROSPHERES DE DEXTRAN : ( ) INSULINE
INCORPOREE DANS LA MATRICE POLYMERIQUE ; ( ) INSULINE SITUEE A LA SURFACE DE LA
MICROSPHERE [62]
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-75-
Les microsphères d’ester hyaluronique permettent également d’augmenter l’absorption
d’insuline. Des études menées chez le mouton montrent l’obtention d’une biodisponibilité de
11% contre 1,2% pour une solution simple d’insuline [63].
Dans une étude plus récente, Wang évalue l’intérêt des microsphères de gélatine pour
l’encapsulation et l’administration nasale d’insuline [50]. Une partie des microsphères se
présente sous forme de poudre sèche, une seconde partie est sous forme de suspension.
L’absorption nasale des microsphères est évaluée chez des rats anesthésiés. Cette étude montre
que les microsphères sèches ont la capacité d’augmenter l’absorption nasale de l’insuline. Les
microsphères présentées sous forme de suspension n’ont pas cet effet promoteur. Cette
observation est en accord avec le mode d’action proposé par Pereswetoff [35]. Les microsphères
absorbent l’eau présente à la surface de la muqueuse et provoquent une déshydratation
transitoire à l’origine de l’ouverture des jonctions serrées. Le passage paracellulaire de
molécules hydrophiles de hauts poids moléculaires telle que l’insuline se trouve ainsi facilité.
L’encapsulation de l’insuline dans des systèmes microsphériques permet donc d’améliorer sa
biodisponibilité à travers la muqueuse nasale. Elle assure une protection vis-à-vis des enzymes
protéolytiques présentent dans la cavité nasale et permet de prolonger le temps de contact de la
molécule thérapeutique avec la muqueuse. Les formes sèches ont un effet promoteur supérieur
aux formes liquides.
Malgré tout, la biodisponibilité obtenue par les microsphères seules est incompatible avec une
utilisation thérapeutique. Afin d’envisager une application dans le traitement du diabète il serait
nécessaire d’ajouter aux microsphères des promoteurs d’absorption, dont la toxicité a été avérée
par de nombreuses études. Par ailleurs, il est difficile de prévoir les variations entre les
individus. Les recherches se sont alors principalement axées sur la voie pulmonaire et ont abouti
ces dernières années à une spécialité : l’Exubera®. Après deux ans d’exploitation, ce
médicament vient d’être retiré du marché. Une augmentation des cas de cancer du poumon chez
des patients utilisant l’insuline inhalée a été observée.
(2) AUTRES PROTEINES THERAPEUTIQUES
En parallèle des études réalisées sur l’insuline, Illum a évalué en 1990 l’intérêt des microsphères
dans l’absorption nasale d’hormone de croissance. Cette molécule thérapeutique de plus de 20
kDa est incorporée dans des microsphères d’amidon et administrée à un mouton vigile. Illum
montre par cette étude que ces systèmes particulaires augmentent significativement la
biodisponibilité de la molécule en comparaison avec une solution simple d’hormone de
croissance. Il note également la présence d’un délai entre l’administration et le début de
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-76-
l’absorption de la molécule. Illum explique ce décalage par la faible solubilité du principe actif
dans l’eau.
Quelques années plus tard, Critchley a évalué l’absorption nasale de desmopressine encapsulée
dans des microsphères bioadhésives chez le rat et le mouton. La biodisponibilité chez le rat
apparaît 13 fois supérieure à celle obtenue chez le mouton. Il est important de noter que chez le
rat anesthésié la fonction ciliaire n’est pas conservée. Le temps de contact entre les systèmes
particulaires et la muqueuse nasale est donc plus prolongé que chez le mouton. La différence
entre les systèmes enzymatiques de ces deux espèces peut également expliquer ce phénomène.
Malgré tout, les microsphères permettent d’obtenir pour ces deux modèles une biodisponibilité
supérieure à celle obtenue par l’administration de solution simple de desmopressine [64].
Plus récemment, Morimoto a évalué l’impact des microsphères sur l’administration de
calcitonine, polypeptide cyclique ayant un rôle dans le maintien de l’homéostasie calcique [65].
Comme les autres peptides, la calcitonine est dégradée par les enzymes protéolytiques du
système gastro-intestinal et a donc une faible biodisponibilité par voie orale. Par voie
parentérale, cette molécule a également une faible demi-vie (seulement 15 à 20 minutes) : des
administrations répétées sont donc nécessaires pour maintenir son activité pharmacologique.
Des systèmes à administration pulmonaire et intranasale ont été mis au point mais la
biodisponibilité de la molécule reste faible. Morimoto a ainsi formulé en 2001 des microsphères
de gélatine contenant de la calcitonine. Une partie des microsphères est chargée positivement,
alors qu’une seconde partie est chargée négativement. Elles présentent toutes deux une taille
d’environ 10 µm. L’absorption nasale de ces deux types de microsphères a été évaluée chez des
rats anesthésiés. Après administration, des prélèvements sanguins sont effectués au niveau de la
veine jugulaire à des intervalles de temps définis. L’absorption de calcitonine est évaluée par
l’abaissement du taux de calcium. Morimoto montre ainsi que les microsphères permettent
d’améliorer l’absorption de la calcitonine en comparaison à une solution de cette même protéine
(Fig. 34). L’auteur explique ce phénomène par un effet stabilisant des microsphères sur la
dégradation enzymatique de la calcitonine.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-77-
FIGURE 34 : EVOLUTION DU TAUX CALCIQUE EN FONCTION DU TEMPS APRES ADMINISTRATION NASALE
CHEZ LE RAT DE CALCITONINE (15 U/KG) ENCAPSULEE DANS DES MICROSPHERES DE GELATINE
CHARGEES POSITIVEMENT ET NEGATIVEMENT (TAILLES RESPECTIVES : 10,9 ET 11,2 µm). SOLUTION ( ,
N=6) ; MICROSPHERES CHARGEES POSITIVEMENT ( , N=5) ; MICROSPHERES CHARGEES NEGATIVEMENT
( , N=4) [65].
Cependant, cet effet promoteur n’est observé que dans les deux heures suivant l’administration.
Par ailleurs, les microsphères chargées positivement présentent un effet promoteur supérieur
aux microsphères chargées négativement, laissant supposer l’existence d’interactions
électrostatiques entre la muqueuse nasale et les microsphères de gélatine chargées positivement.
b) IMPACT DES MICROSPHERES SUR L’ABSORPTION DE PETITES
MOLECULES THERAPEUTIQUES
Dès 1988, Illum évalue l’intérêt des microsphères d’amidon dans l’absorption nasale de
gentamicine chez le mouton et le rat. Il montre que la biodisponibilité obtenue avec les
microsphères est supérieure à celle obtenue avec la solution de gentamicine [66].
Des études ont également montré que les microsphères à base d’amidon augmentaient
l’absorption du métoclopramide chez l’homme [67].
Récemment, Gavini a étudié l’absorption nasale de microsphères de chitosan contenant de la
carbamazépine chez le mouton [53]. Cet agent antiépileptique est classiquement administré par
voie orale mais son absorption gastro-intestinale est lente et irrégulière. Il présente en outre un
effet de premier passage hépatique important. L’administration nasale permettrait donc de
contrer ces problèmes et offrirait également la possibilité d’obtenir une rapidité d’action
intéressante dans la pathologie épileptique. Les microsphères obtenues, préparées par spray-
drying, sont comparées à une poudre de carbamazépine non encapsulée. Deux types de chitosan
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-78-
sont étudiés : hydrochloride ou glutamate. On note une amélioration du taux de dissolution pour
les deux chitosan : plus de 90% de la carbamazépine est libérée en moins de 2 heures. In vivo,
l’administration de carbamazépine encapsulée dans des microsphères de chitosan permet
d’augmenter considérablement la concentration sérique en principe actif en comparaison à la
forme poudre (Fig. 35).
FIGURE 35 : CONCENTRATION SERIQUE DE CARBAMAZEPINE APRES ADMINISTRATION DE
MICROSPHERES DE CHITOSAN ( ; N=6) ET DE SOLUTION DE CARBAMAZEPINE ( ; N=4) [53].
La concentration sérique maximale est atteinte en 10 minutes. L’absorption par la muqueuse
nasale s’avère rapide en comparaison avec la forme poudre. Les résultats de l’étude in vivo
montrent que les systèmes microparticulaires permettent d’accélérer l’absorption par la
muqueuse nasale de principe actif liposoluble tel que la carbamazépine. Ces systèmes
améliorent également la biodisponibilité de ces molécules thérapeutiques.
D. ASPECTS IMMUNOLOGIQUES
Comme nous l’avons décrit précédemment, la muqueuse nasale possède une fonction
immunitaire. C’est en effet le premier site d’impact des antigènes inhalés. Ces derniers peuvent
être à l’origine d’une réponse immunitaire locale ou systémique dont le point de départ est le
NALT (Nasal Associated Lymphoid Tissue).
Pour déclencher une réponse immunitaire par voie nasale, un antigène doit donc être capté par
les tissus lymphoïdes pour rentrer en contact avec des cellules productrices d’anticorps.
L’antigène est alors drainé vers les nodules lymphatiques cervicaux postérieurs au niveau
desquels une réponse locale puis systémique peut être provoquée. Dans la cadre de la recherche
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-79-
d’un effet systémique non immunitaire, ces réactions sont indésirables. Il sera donc important
d’éviter toute réaction lors de la formulation de nouveaux vecteurs particulaires.
Ainsi, des études ont été réalisées sur différents types de microsphères. Les microsphères de
dextran chargées en protéine ne génèrent pas la production d’IgA et d’IgG. Les microsphères
d’amidon ne provoquent également pas de réponse immunitaire à leur entrée dans l’organisme
[36]. Ces systèmes peuvent donc être envisagés dans la délivrance de molécules à effet
systémique non immunitaire.
Aujourd’hui, de nombreux auteurs recherchent cette immunostimulation. L’existence de ce tissu
lymphoïde associé à la muqueuse nasale à en effet amené de nombreux chercheurs à exploiter
cette voie pour la vaccination, notamment au moyen de microsphères. L’immunisation nasale
possède en effet de nombreux avantages. Elle nécessite moins d’administration et des doses
inférieures à l’immunisation orale [68, 69] et confère une protection plus étendue et une
meilleure acceptabilité que la vaccination par injection [69, 70].
Les microsphères destinées à la vaccination sont généralement formées à partir des polymères
d’acide lactique et d’acide glycolique. Elles sont généralement de taille inférieure à 1 µm afin
d’être captées par le tissu lymphoïde [73].
Ainsi, l’administration d’antigènes Bordetella pertussis encapsulés dans des microparticules de
PLGA induit chez la souris une immunité contre le pathogène [71]. Dans une autre étude, des
souris vaccinées avec des microparticules de PLGA contenant un dérivé lipidique du peptide
gp120 du virus du SIDA ont montré une réponse humorale et une activation de cellules T
cytotoxiques [72].
E. ASPECTS TOXICOLOGIQUES
Les effets toxicologiques des microsphères sur la muqueuse nasale peuvent être évalués in vitro
et in vivo. Il est ainsi possible de mesurer in vitro la fréquence de battement ciliaire sur des
explants de muqueuse ciliée. In vivo, on évaluera la toxicité des microsphères par la mesure de
la clairance muco-ciliaire et l’observation histopathologique de la muqueuse nasale. Il est
important de noter que les effets observés in vitro peuvent être plus importants que ceux
mesurés in vivo : la molécule active est en effet directement mise en contact avec la muqueuse
[35]. Aucun mucus ne protège les cils des éventuels effets toxiques de la substance à l’étude.
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-80-
1. MESURE DE LA CILIOTOXICITE IN VITRO
Des études réalisées sur des explants de trachée de rats ont révélé que les microsphères de
dextran n’ont quasiment aucun effet sur la fréquence de battement ciliaire [74]. Le battement
ciliaire est en effet équivalent à la fréquence initiale après 15 et 30 minutes d’exposition aux
microsphères de dextran (Fig. 36). Celles-ci n’endommagent donc pas les cellules ciliées. Les
microsphères de dextran maintiennent un niveau d’humidité suffisamment élevé pour garder les
cellules ciliées intactes.
FIGURE 36 : EFFET DES MICROSPHERES DE DEXTRAN SUR LA FREQUENCE DE BATTEMENT CILIAIRE IN
VITRO APRES 15 ET 30 MINUTES D'EXPOSITION (EN NOIR : FREQUENCE INITIALE, EN BLANC : FREQUENCE
APRES 15 ET 30 MINUTES) [74]
2. MESURE DE LA CLAIRANCE MUCO-CILIAIRE IN VIVO
La clairance muco-ciliaire est classiquement mesurée par le test à la saccharine sèche. La
clairance de cette molécule varie entre 3,6 et 15 mm/min avant administration de microsphères.
Des auteurs ont évalués l’impact de microsphères d’amidon en réalisant des administrations
quotidiennes de 10 mg dans chaque narine sur une période de 8 jours [75]. A l’issu de cette
période, la clairance muco-ciliaire n’a pas évolué. La géométrie des cavités nasales est
également inchangée. Il n’y aucun signe de congestion ou de décongestion de la muqueuse
nasale. La fonction ciliaire ne semble pas affectée par l’administration de microsphères sèches.
Fré
quen
ce d
e bat
tem
ent
cili
aire
(%
)
MICROSPHERES ET ADMINISTRATION NASALE
-81-
L’administration de microsphères d’amidon chez 15 volontaires sains n’a pas provoqué de
modification significative du transport muco-ciliaire et s’est avérée bien tolérée [19].
L’administration quotidienne de microsphères de chitosan diminue quant à elle la clairance
muco-ciliaire de manière réversible [37, 39, 40, 41].
3. EVALUATION DE LA TOXICITE SUR LA MUQUEUSE NASALE
Pour évaluer la toxicité des microsphères, il est également envisageable d’observer l’intégrité de
la muqueuse nasale. Des études ont été réalisées sur 4 à 8 semaines chez le rat et le lapin. Les
microsphères de dextran et d’amidon administrées quotidiennement n’ont provoqué qu’une
légère hyperplasie de la muqueuse nasale. Des observations histopathologiques ont révélées de
faibles modifications dans la partie antérieure des cavités nasales. Une métaplasie de la
muqueuse a également été observée chez le rat après 4 semaines d’administration quotidienne
de microsphères de dextran.
Des études ont également montré que l’administration quotidienne de microsphères de chitosan
chez des volontaires sains et chez le cobaye n’endommage pas les membranes nasales et ralentit
la clairance muco-ciliaire de manière réversible [37, 39, 40, 41].
Toutefois, avant d’envisager une application thérapeutique chez l’homme, il est nécessaire de
compléter ces études par des évaluations à long terme.
-82-
CONCLUSION
La voie nasale se présente comme une voie d’avenir. Richement vascularisée, elle assure un
accès rapide et facile des principes actifs à la circulation systémique, tout en évitant l’effet de
premier passage hépatique. Cette voie est d’ores et déjà exploitée aujourd’hui pour
l’administration de principes actifs difficilement administrables per os et nécessitant une
absorption rapide. Des spécialités anti-migraineuses ont ainsi vu le jour ces dix dernières
années.
Malgré tout, la muqueuse nasale présente une très faible perméabilité pour des molécules
thérapeutiques de poids moléculaires supérieurs à 1000 Da. Les cavités nasales sont également
le site de fortes dégradations enzymatiques et d’un fort drainage muco-ciliaire. La
biodisponibilité de molécules actives peptidiques en solution ne dépasse généralement pas 1%.
L’émergence de molécules thérapeutiques peptidiques a amené de nombreux auteurs à
envisager de nouvelles formes galéniques permettant d’améliorer la biodisponibilité des ces
principes actifs. Des promoteurs d’absorption chimiques ont été étudiés. Malgré des résultats
encourageants, leur toxicité sur la muqueuse nasale limite aujourd’hui leur emploi. Des
recherches ont alors été entreprises afin de mettre au point des formes galéniques douées d’un
pouvoir de rétention sur la muqueuse nasale. Parmi ces systèmes figurent les microsphères.
L’expérience montre que les microsphères peuvent augmenter la biodisponibilité de principes
actifs hydrosolubles et liposolubles de bas et de hauts poids moléculaires. L’amélioration de la
biodisponibilité des actifs peptidiques est le résultat le plus marquant. Ces résultats ont, pour la
plupart, été obtenus chez des animaux anesthésiés chez qui la fonction ciliaire n’est pas
conservée. Ils doivent donc être analysés avec prudence. Malgré tout, des études réalisées sur
des moutons vigiles montrent une sensible augmentation de la biodisponibilité d’un peptide
comme l’insuline. Cette amélioration reste toutefois insuffisante pour une éventuelle application
thérapeutique.
Par ailleurs, les études toxicologiques menées in vitro et in vivo témoignent de l’innocuité des
microsphères vis-à-vis de la muqueuse nasale. Ces résultats devront malgré tout être confirmés
par des études à long terme chez l’homme avant une application thérapeutique éventuelle.
Néanmoins, par leur action à la fois promotrice et non déstructurante, les microsphères se
présentent comme une forme galénique d’avenir dans l’administration de principes actifs par la
voie nasale. Leur association à des promoteurs d’absorption non toxique permettrait d’obtenir
-83-
des biodisponibilités compatibles avec une application thérapeutique. Les microsphères
administrées par voie nasale seraient alors une véritable alternative aux formes injectables
aujourd’hui commercialisées.
-84-
BIBLIOGRAPHIE
1. ARORA P., SHARMA S., GARG S. (2002) Permeability issues in nasal drug delivery.
Drug delivery today, 7. 967-975.
2. FALSON-RIEG F., FAIVRE V., PIROT F. (2004) Nouvelles formes médicamenteuses.
Edition Tec&Doc, Paris, 1ère
édition, 151-181.
3. ILLUM L. (2003) Nasal drug delivery – possibilities, problems and solutions. Journal of
controlled release, 87. 187-198.
4. FRITSCH H., KÜHNEL W. (2003) Atlas de poche d’anatomie. Flammarion Médecine-
Sciences, Paris, 3ème
édition.
5. MOORE K.L., DALLEY A.F. (2001) Anatomie médicale : aspects fondamentaux et
applications cliniques. De Boeck Université, 4ème
édition, 951-958.
6. MARIEB E.N. (1993) Anatomie et physiologie humaine. De Boeck, 2ème
édition, 499-
501.
7. PERILLEUX E., RICHARD D. (2005) Biologie humaine. Nathan, 156-157.
8. STEVENS A., LOWE J. (1991) Histologie. Pradel, 124-127.
9. KLOSSEK J.M.. (2007) Current management of acute pediatric rhinosinusitis in France.
Med Mal Infect, 37. 127-152.
10. GUENARD H. (2001) Physiologie humaine. Pradel, 3ème
édition, 469-470.
11. HALL J., GUYTON A. (2003) Précis de physiologie médicale. Piccin, 2ème
édition, 364.
12. www.insitut-nez.fr. Institut Français de Chirurgie du Nez et des Sinus. (consulté le
10/09/2008)
13. DANGOUMAU J. (2000) Pharmacologie générale à l’usage des étudiants du deuxième
cycle des études médicales. Edité par l’Université Bordeaux II.
14. www.coll-outao.qc.ca/bio/ (consulté le 10/12/2008)
15. www.pharmacorama.com (consulté le 10/12/2008)
-85-
16. COSTANTINO H.R., ILLUM L. (2007) Intranasal delivery : physicochemical and
therapeutic aspects. International Journal of Pharmaceutics, 337. 1-24.
17. ILLUM L. (2002) Nasal drug delivery : new developments and strategies. Drug discovery
today, 7. 1184-1189.
18. www.sciencebio.com (consulté le 10/12/2008))
19. TÜRKER S. ONUR E. (2004) Nasal route and drug delivery systems. Pharm World Sci.,
26. 137-142.
20. KRISHNAMOORTHY R., MITRA A.K. (1998) Prodrugs for nasal drug delivery.
Advanced drug delivery reviews, 29. 135-146.
21. HUSSAIN M.A., SHENVI A.B. (1989) The use of alpha-aminoboric acid derivatives to
stabilize peptide drugs during their intranasal absorption. Pharm. Res, 6. 186-189.
22. HUSSAIN M.A., LIM M.S. (1992) A phosphonic acid dipeptide analogue to stabilize
peptide drugs during their intranasal absorption. Pharm Res. 9. 626-628.
23. BEHL C.R., PIMPLASKAR H.K., SILENO A.P. (1998) Effects of physicochemical
properties and other factors on systemic nasal drug delivery. Advanced drug delivery, 29
(1-2). 89-116.
24. DOROSZ P. Guide pratique des medicaments. Edition Maloine, Paris, 25ème
édition.
25. KISSEL T. and al. (1992) Tolerability and absorption enhancement of intranasally
administered octreotide by sodium taurodihydrofusidate in healthy subjects.
Pharmaceutical Research, 9. 52-57.
26. HINCLIFFE M., ILLUM L. (1999) Intranasal insulin delivery and therapy. Advanced
Drug Delivery Reviews, 35. 199-234.
27. LAW S.L., HUANG K.J., CHOU H.Y. (2001) Preparation of desmopressin-containing
liposomes for intranasal delivery. Journal of Controlled Release, 70. 375-382.
28. TEWES F., BOURY F., BENOIT J.P. (2006) Biodegradable microspheres : advances in
production technology in Microencapsulation : methods and industrial applications.
Edition Benita, Jérusalem, 2ème édition,1-53.
29. RICHARD J., BENOIT J.P. (2000) Microencapsulation. Techniques de l’ingénieur n°
J2210.
-86-
30. THIES C. (1987) Microencapsulation in Encyclopedia of polymer science and
engineering. John Wiley & Sons, Saint Louis, 724-745.
31. FRENNING G. and al. (2003) Modelling of drug release from coated granular pellets.
Journal of Controlled Release, 92. 113-123.
32. GUERY J. (2006) Emulsions doubles cristallisables : stabilité, encapsulation et relargage.
Thèse de doctorat Paris VI, 37-43.
33. YANG S., WASHINGTON C. (2006) Drug release from microparticulate systems in
Microencapsulation : methods and industrial applications. Edition Benita, Jérusalem,
2ème édition, 183-211.
34. WYART D. (2007) Polymères biodégradables. Techniques de l’ingénieur n° AM 3579.
35. PERESWETOFF-MORATH L. (1998) Microspheres as nasal drug delivery system.
Advanced Drug Delivery Reviews, 29. 185-194.
36. MAO S. and al. (2004) Intranasal administration of melatonin starch microspheres.
International Journal of Pharmaceutics, 272. 37-43.
37. GOGEV S. and al. (2003) Les chitosanes – nouveaux adjuvants pour la vaccination par
voie muqueuse chez les animaux. Ann. Méd. Vét., 147. 343-350.
38. SINHA V.R. and al. (2004) Chitosan microspheres as a potential carrier for drugs.
International Journal of Pharmaceutics, 274. 1-33.
39. ASPDEN T. and al. (1996) The effect of chronic nasal application of chitosan solutions
on cilia beat frequency in guinea pigs. International Journal of Pharmaceutics, 153. 137-
146.
40. ASPDEN T. and al. (1997) Chitosan as nasal delivery system : the effect of chitosan
solutions on in vitro and in vivo mucociliary transport rates in human turbinates and
volunteers. Journal of Pharmaceutical Sciences, 86. 509-513.
41. TENGAMNUAY P. and al. (2000) Chitosan as nasal absorption enhancers of peptides :
comparison between free amine chitosans and soluble salts. International Journal of
Pharmaceutics, 197. 53-67.
-87-
42. MARTINAC A. and al. (2005) Development and bioadhesive properties of chitosan-
ethylcellulose microspheres for nasal delivery. International Journal of Pharmaceutics,
291. 69-77.
43. CERCHIARA T. and al. (2005) Chitosan and poly(methyl vinyl ether-co-maleic
anhydride) micropaticles as nasal sustained delivery systems. European Journal of
Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 61. 195-200.
44. MUNDARGI R.C. and al. (2008) Nano/micro technologies for delivering
macromolecular therapeutics using poly(D,L-lactide-co-glycolide) and its derivatives.
Journal of Controlled Release, 125. 193-209.
45. YILDIZ A. and al. (2005) Nasal administration of heparin-loaded microspheres based on
poly(lactic acid). Il Farmaco, 60. 919-924.
46. BJÖRK E. and al. (1995) Starch microspheres induce pulsatile delivery of drugs and
peptides across the epithelial barrier by reversible separation of tight junctions. Journal of
Drug Targeting, 2. 501-507.
47. SOANE R.J. and al (1999) Evaluation of the clearance characteristics of bioadhesive
systems in humans. International Journal of Pharmaceutics,178. 55-65.
48. SHIPPER N.G.L and al (1997) Chitosans as absorption enhancers for poorly absorbable
drugs 2 : Mechanism of absorption enhancement. Pharmaceutical Research, 14. 923-929.
49. OESCHLEIN C.R., FRICKER G., KISSEL T. (1996) Nasal delivery of octreotide :
absorption enhancement by particulate carrier systems. International journal of
Pharmaceutics, 139. 25-32.
50. WANG J. and al. (2006) Aminated gelatin microspheres as a nasal delivery system for
peptide drugs : evaluation of in vitro release and in vivo insulin absorption in rats. Journal
of Controlled Release, 113. 31-37.
51. KRAULAND A.H. and al. (2006) Thiolated chitosan microparticles : a vehicle for nasal
peptide drug delivery. International Journal of Pharmaceutics, 307. 270-277.
52. TAKENAGA M. and al. (1998) Microparticle resins as a potential nasal drug delivery
system for insulin. Journal of Controlled Release, 52.81-87.
53. GAVINI E. and al. (2006) Nasal administration of Carbamazepine using chitosan
microspheres : in vitro/in vivo studies. International Journal of Pharmaceutics, 307. 9-15.
-88-
54. GAVINI E. and al. (2008) Spray-dried microspheres based on methylpyrrolidinone
chitosan as a new carrier for nasal administration of metoclopramide. European Journal
of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 68. 245-252.
55. HASCICEK C. and al. (2003) Mucoadhesive microspheres containing gentamicin sulfate
for nasal administration : preparation and in vitro characterization. Il Farmaco, 58. 11-16.
56. HUSSAIN A.A. (1998) Intranasal drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews, 29.
39-49.
57. LINDHARDT K. and al. (2000) Intranasal absorption of buprenorphine – in vivo
bioavailability study in sheep. International Journal of Pharmaceutics, 205. 159-163.
58. SINHA V.R., TREHAN A. (2003) Biodegradable microspheres for protein delivery.
Journal of Controlled Release, 90. 261-280.
59. ILLUM L. and al. (1987) Bioadhesive microspheres as a potential nasal drug delivery
system. International Journal of Pharmaceutics, 39. 189-199.
60. BJÖRK E., EDMAN P. (1988) Degradable starch microspheres as a nasal delivery system
for insulin. International Journal of Pharmaceutics, 47. 233-238.
61. RYDEN L., EDMAN P. (1992) Effect of polymers and microspheres on the nasal
absorption of insulin in rats. International Journal of Pharmaceutics, 83. 1-10.
62. PERESWETOFF-MORATH L., EDMAN P. (1995) Dextran microspheres as a potential
nasal drug delivery system for insulin – in vitro and in vivo properties. International
Journal of Pharmaceutics, 124. 37-44.
63. ILLUM L. (1994) Hyaluronic acid ester microspheres as a nasal delivery system for
insulin. Journal of Controlled Release, 29. 133-141.
64. CRITCHLEY H. and al. (1994) Nasal absorption of desmopressin in rats and sheep.
Effect of a bioadhesive microsphere delivery system. Journal of Pharmacy and
Pharmacology, 46. 651-656.
65. MORIMOTO K. and al. (2001) Evaluation of gelatin microspheres for nasal and
intramuscular administrations of salmon calcitonin. European Journal of Pharmaceutical
Sciences, 13. 179-185.
-89-
66. ILLUM L. and al. (1988) Nasal administration of gentamicin using a novel microsphere
delivery system. International Journal of Pharmaceutics, 46. 261-265.
67. VIVIEN N. and al. (1994) Nasal absorption of metoclopramide administred to man.
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 40. 228-231.
68. ALMEIDA A.J., ALPAR H.O. (1996) Nasal delivery of vaccines. Journal of Drug
Targeting, 3. 455-467.
69. VAJDY M., O’HAGAN D.T. (2001) Microparticles for intranasal immunization.
Advanced Drug Delivery Reviews, 51. 127-141.
70. PARTIDOS C.D. and al. (2001) The bare skin and the nose as a non-invasive routes for
administering peptide vaccines. Vaccine, 19. 2708-2715.
71. CAHILL E.S. and al. (1995) Immune responses and protection against Bordetella
pertussis infection after intranasal immunization of mice with filamentous haemagglutinin
in solution or incorporated in biodegradable microparticles. Vaccine, 13. 455-462.
72. MORA A.L., TAM J.P. (1998) Controlled lipidation and encapsulation of peptides as a
useful approach to mucosal immunizations. Journal of Immunology, 161. 3616-3623.
73. HILLER A.M. (1998) Microparticulate delivery system : potential drug/vaccine carriers
via mucosal route. Pharm. Sci. Technol. Today, 1. 69-75.
74. PERESWETOFF-MORATH L. and al. (1996) Toxicological aspects of the use of dextran
microspheres and thermogelling ethyl(hydroxyethyl) cellulose (EHEC) as nasal drug
delivery systems. International Journal of Pharmaceutics, 128. 9-21.
75. HOLMBERG K. and al. (1994) Influence of degradable starch microspheres on the
human nasal mucosa. Rhinology, 32. 74-77.
-90-
UNIVERSITÉ DE NANTES Année de la soutenance
FACULTÉ DE PHARMACIE 2009
Nom – Prénoms : MASSON Marie, Renée, Marthe
Titre de la thèse : Potentiel des microsphères dans l’administration nasale de médicaments
Résumé de la thèse :
La voie nasale se présente comme une voie d’avenir dans l’administration de médicaments. Richement vascularisée, elle assure un accès rapide et facile des principes actifs à la circulation
systémique, tout en évitant l’effet de premier passage hépatique.
Malgré tout, de nombreux principes actifs présentent une absorption limitée. La biodisponibilité
des principes actifs hydrosolubles de poids moléculaires supérieurs à 1000 Da, tels que les
peptides et les protéines, reste notamment très faible. Les cavités nasales sont en effet le siège
d’un fort drainage muco-ciliaire et de dégradations enzymatiques intenses.
La formulation de microsphères a alors été envisagée. Ces systèmes microparticulaires, dont la
taille est comprise entre 1 µm et 1 mm, constituent un réseau dans lequel le principe actif est dispersé de façon homogène. Par leur action à la fois promotrice et non déstructurante les
microsphères permettent d’améliorer la biodisponibilité des molécules hydrophiles de hauts
poids moléculaires. De la même façon, l’absorption des petites molécules thérapeutiques est
également améliorée.
Malgré cela, les résultats obtenus restent actuellement insuffisants pour une éventuelle
application thérapeutique. L’association de microsphères à des promoteurs d’absorption non toxiques permettrait d’envisager ces systèmes comme une véritable alternative aux formes
injectables aujourd’hui commercialisées.
MOTS CLÉS :
VOIE NASALE - MICROENCAPSULATION – MICROSPHERES –
FORMES GALENIQUES - PROMOTEURS D’ABSORPTION -
JURY
PRESIDENT : M. Christian MERLE, Professeur de Pharmacie Galénique
Faculté de Pharmacie de Nantes
DIRECTEUR DE THÈSE :Mme Aurélie BILLON-CHABAUD, Maître de Conférences
de Pharmacie Galénique Faculté de Pharmacie de Nantes
ASSESSEUR : Mme Solène RECULEAU-RAVILY, Pharmacien
Laboratoires PONROY PHARMA Parc d’Activité Sud Loire, BP1211, 85612
MONTAIGU Cedex
Adresse de l’auteur : 4 Place du Croisic, 44000 NANTES