11.2.2 Nanogels à base de dextran et de dextrines
Le dextran, résultat de nombreuses molécules de glucose et de chaînes de différentes longueurs, et les dextrines, glucides de faible poids moléculaire produits par hydrolyse de l’amidon ou du glycogène, conviennent tous deux à la préparation de nanogels en raison de leur structure (Fig. 11.3).
Figure 11.3. Structure du dextrane (A) et des dextrines (B).
L’intérêt pour des matériaux ayant des propriétés de libération de siRNA facilement accordables et un effet de silençage génétique de siRNA optimisé en termes d’ampleur et de durée a déjà fait l’objet d’investigations (Raemdonck et al., 2008). Dans ce contexte, des microgels de dextrane biodégradables cationiques ont été synthétisés, où le siRNA a été chargé postérieurement à la formation du gel du réseau par des interactions électrostatiques. La libération contrôlée dans le temps du siRNA a été obtenue en faisant varier la densité initiale du réseau des microgels. Afin d’obtenir une libération contrôlée dans le temps du siRNA dans un environnement intracellulaire, le même groupe de chercheurs a rapporté des microgels cationiques chargés de siRNA basés sur des structures de dextran hydroxyéthyl méthacrylate (dex-HEMA) cationiques, et a synthétisé des nanogels de dextran biodégradables cationiques et a évalué la capacité à complexer et ensuite à libérer le siRNA piégé (Raemdonck et al, 2009).
Les macrogels ont été préparés à partir de dex-HEMA copolymérisé avec des monomères méthacrylate cationiques, où l’HEMA a été couplé au squelette dextran par un ester carbonate, permettant au réseau d’hydrogel cationique de se biodégrader par hydrolyse dans des conditions physiologiques. Les nanogels de dextran chargés positivement ont été synthétisés par une méthode de photo-polymérisation en miniémulsion appliquée au dex-HEMA ou au méthacrylate de dextran en présence d’une quantité connue du monomère méthacrylate cationique et du photoinitiateur Irgacure. La phase de dextran a été émulsionnée dans de l’huile minérale par sonication et réticulée par irradiation UV. Les nanogels synthétisés ont présenté une cinétique de dégradation qui peut être facilement adaptée et ont été capables de piéger le siRNA avec une capacité de charge élevée basée sur des interactions électrostatiques. De grandes quantités de nanogels chargés de siRNA ont été internalisées par les cellules d’hépatome humain HuH-7 sans cytotoxicité significative.
Bien que les nanogels dex-HEMA aient été signalés comme étant des supports appropriés pour la livraison in vitro de siRNA et idéalement dimensionnés pour la livraison intraveineuse aux tumeurs, il a été conclu qu’ils possèdent des temps de circulation sanguine insuffisants pour permettre une extravasation et une accumulation adéquates dans les tissus tumoraux. Il a donc été proposé un processus de PEGylation de ces nanogels pour améliorer leur temps de circulation et minimiser leur agrégation lors de l’injection intraveineuse. En conséquence, les chercheurs ont proposé un nouveau type de nanogel et différentes méthodes de PEGylation des nanogels de dextran (Naeye et al., 2010).
Il a été démontré que la PEGylation covalente des nanogels chargés en siRNA à l’aide de N-hydroxysuccinimidyl polyéthylène glycol (PEG) était supérieure à l’ajout de PEG et d’acide poly-l-glutamique greffé au PEG. L’enquête in vitro a révélé que les nanogels PEGylés agissent efficacement sur les cellules d’hépatome humain HuH-7 et les cellules de carcinome épithélial humain A431.
Après ces recherches concernant les nanogels de dextran utilisés comme systèmes nanocarriers pour délivrer des siRNA in vitro, dans une autre étude utilisant plusieurs méthodes avancées, il a été évalué que les nanogels de dextran chargés de siRNA sont hémocompatibles (Naeye et al, 2011).
Ainsi, des méthodes d’agrégométrie et de cytométrie de flux ont été utilisées pour mettre en évidence les interactions entre les nanogels et les cellules sanguines, dans des conditions ressemblant étroitement à la situation in vivo. Il a été conclu que la PEGylation des nanogels de dextran chargés de siRNA est probablement la formulation la plus sûre pour l’administration in vivo de siRNA ; ils n’ont pas influencé de manière significative leurs interactions avec les cellules, mais il est nécessaire de prévenir leur agrégation dans le plasma humain.
La préoccupation concernant les nanogels polymères a été étendue notamment en raison de leurs applications dans l’administration de médicaments ou le diagnostic biomédical. Alors que les nanogels réticulés par voie chimique covalente et les nanogels réticulés par voie physique non covalente sont considérés comme les méthodes de préparation les plus courantes, la réticulation supramoléculaire offre une commodité et une flexibilité uniques. Les chercheurs ont désigné un nouveau nanogel supramoléculaire avec un comportement sensible au pH acide basé sur le benzimidazole greffé sur le dextrane (Dex-g-BM) et réticulé à la thiol-b-cyclodextrine (b-CD-SH) via un groupe hydrosulfure oxydatif (Chen et al…, 2014).
Les nouveaux nanogels supramoléculaires ont une sensibilité au pH supramoléculaire spéciale dans des conditions acides (pH<6, dans la gamme des endosomes cellulaires malins) et une sensibilité réduite en réponse à des stimuli biologiquement pertinents, propriétés de grand intérêt dans le domaine de la chimiothérapie du cancer, car ce nouveau nanogel supramoléculaire pourrait être utilisé comme un système intracellulaire de délivrance de médicaments.
Un nouveau composé avec des NPs biodégradables à base de curcumine (CCM) préparé par auto-assemblage de dextran amphiphile avec des conjugués CCM a été accompli par dispersion directe des polymères dans l’eau (Nagahama et al…, 2015). Les nouvelles NPs conjuguées dextran-CCM présentent une teneur élevée en charge CCM et une grande solubilité dans l’eau. Du point de vue de leur applicabilité, il a été possible de délivrer les NPs dextran-CCM dans des cellules HeLa et elles ont présenté une forte fluorescence disponible par l’imagerie de cellules vivantes, bien que les NPs n’aient pas été délivrées dans des cellules normales.
De nouveaux nanogels d’ovalbumine-dextran fabriqués via la réaction de Maillard suivie d’un processus de thermogélation, ont également présenté un potentiel pour améliorer la biodisponibilité de la curcumine, qui a été étudiée plus en détail dans un tractus gastro-intestinal in vitro (Feng et al, 2016).
Les nanogels d’ovalbumine-dextrane ont été préparés par fixation covalente du dextrane à l’ovalbumine par la réaction de Maillard, et les conjugués ont ensuite été chauffés au point isoélectrique de l’ovalbumine pour donner des nanogels stables avec une structure sphérique. La curcumine a été chargée davantage dans les nanogels par une méthode pilotée par le pH, incorporation qui a affecté la morphologie marginale des nanogels.
La dextrine, qui a été oxydée avec du periodate de sodium et réticulée davantage avec du dihydrazide d’acide adipique, a été utilisée pour la préparation d’hydrogels entièrement résorbables sans utiliser d’initiateurs chimiques (Molinos et al…, 2012).
Les hydrogels ont présenté de bonnes propriétés mécaniques et une bonne biocompatibilité, prouvée par la prolifération de fibroblastes d’embryon de souris 3T3 cultivés sur le dessus du gel. Les hydrogels oxydés à la dextrine ont également été utilisés pour incorporer des nanogels de dextrine, chargés d’interleukine-10 (IL-10) et d’insuline. Les nouveaux systèmes biodégradables avec un réseau tridimensionnel et une structure poreuse continue ont présenté un système sophistiqué de libération contrôlée des protéines. Les propriétés des composés les recommandent également comme support injectable de molécules bioactives.
Des recherches ont été faites sur la préparation de nanogels à base de dextrine réticulée avec du glyoxal (Manchun et al., 2014). Les nanogels, préparés en émulsion par réticulation de la dextrine avec du glyoxal pour créer une liaison labile à l’acide, ont montré une charge de surface légèrement négative et un comportement sensible au pH. Ces nanogels sensibles au pH (DNG) étaient également capables de déclencher une lente libération intracellulaire de DOX à pH 7,4, qui augmentait avec la diminution du pH (pH 5>6,8). La cytotoxicité a révélé des effets secondaires réduits sur les cellules non tumorales, telles que les cardiomyocytes et les cellules souches.
Des recherches ultérieures par les mêmes auteurs avaient en vue l’amélioration du processus de réticulation de la dextrine en utilisant le formaldéhyde (Manchun et al., 2015).
Ces nouveaux nanogels sensibles au pH ont été efficaces comme matrices pour la DOX (classe des anthracyclines) et d’autres applications dans le traitement du cancer colorectal. La libération du médicament était lente à pH neutre, mais augmentait significativement en milieu acide. De plus, la cytotoxicité des nanogels utilisant un réticulant de formaldéhyde (FDNGs) était plus faible que ceux avec du glyoxal ou même que le médicament seul. Ces FDNGs ont également présenté une libération efficace de la DOX dans les noyaux, une efficacité antitumorale accrue en inhibant plus efficacement la prolifération et en induisant l’apoptose. Par conséquent, les FDNG ont été considérés comme un véhicule prometteur de libération de médicaments pour la thérapie du cancer colorectal.