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Etude des interactions de mélanges (polymères biodégradables/principe actif) obtenus par différentes méthodes de préparations

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par L'hachemi AZOUZ
Université A/Mira-Bejaia - Magister 2010
  

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II.4.2.2. Systèmes chimiquement contrôlés

Dans ce type de systèmes, la libération du principe actif s'effectue, en général, dans un milieu aqueux par un ou plus des mécanismes suivants :

i. Biodégradation progressive du système polymère contenant le principe actif ;

ii. Biodégradation de la liaison instable qui lie le principe actif au polymère ;

iii. Diffusion du principe actif à partir du système polymère.

a/ Systèmes bioérodibles et biodégradables

Dans ce cas, le principe actif est incorporé dans une matrice polymère biodégradable. La libération du principe actif implique la décomposition hydrolytique ou enzymatique

progressive du polymère de telle sorte que cette décomposition peut être superficielle ou volumique (V. V. Ranade, 2004).

Les systèmes biodégradables sont avantageux, car d'une part leur utilisation élimine la nécessité d'une deuxième intervention chirurgicale pour les extraire du corps et d'autre part pour leurs petites tailles et leur faible coût. En plus, les matériaux biodégradables ainsi que leurs métabolites doivent être non-toxiques, non-cancérigènes et non tératologiques (A. K. Bajpai, 2008). La figure 33 explique le mécanisme de la libération d'un principe actif à partir d'une matrice polymère biodégradable.

Matrice polymère

 

Particules du principe actif

Figure 33. Libération du principe actif à partir des systèmes biodégradables : (a) érosion volumique, (b) érosion
superficielle (L. Brannon-Preppas, 1997).

b/ Systèmes à chaînes pendants

Dans ce type de systèmes, les molécules du principe actif sont liées au squelette du polymère par des liaisons chimiques soit directement ou par l'intermédiaire d'une autre molécule qui serve de lien (figure 34). La décomposition enzymatique ou hydrolytique de ces liaisons provoque la libération du principe actif avec une vitesse contrôlée. Les systèmes à chaînes pendants sont utilisés pour une libération contrôlée et ciblée, i.e. ils peuvent être destinés vers un type de cellules ou tissues spécifiques (A. K. Bajpai, 2008 ; V. V. Ranade, 2004).

Squelette du polymère

Principe actif

Eau ou Enzymes

Temps 0 Temps t

Figure 34. Clivage de squelette polymère (T. J. Kreeger, 1993).

II.4.2.3. Systèmes à solvants activés On distingue deux types de systèmes :

a/ Système à gonflement contrôlé

La libération du principe actif dans certains systèmes s'effectue au fur et à mesure que la matrice polymère se gonfle (i.e. changement dans les dimensions de la matrice polymère (V. V. Ranade, 2004) (figure 35). L'exemple typique de cette catégorie de systèmes est l'hydrogel. Ce dernier consiste à une structure enchevêtrée constituée de chaînes macromoléculaires réticulées. Lorsque la matrice hydrogel se trouve au contact d'un solvant thermodynamiquement compatible, les chaînes polymères se relaxes (S. Shukla, 2003). Ce phénomène est lié à la température de transition vitreuse du polymère, par conséquent, on distingue deux possibilités :

i. Si la température de transition vitreuse (Tg) de polymère est inférieure à la température expérimentale, on dit que le polymère est dans son état caoutchouteux et par conséquent ses chaînes deviennent plus mobiles et permettent une pénétration facile du solvant dans l'hydrogel chargé du principe actif et une libération ultérieure de ce dernier (A. K. Bajpai, 2008 ; R. A. Grinsted, 1992).

ii. Si la température expérimentale est inférieure à Tg de polymère, les chaînes polymères dans l'hydrogel ne sont pas suffisamment mobiles pour permettre une pénétration immédiate du solvant (A. K. Bapjai, 2008).

Système réservoir gonflé

Système matriciel gonflé

Libération du
principe actif

Figure 35. Libération du principe actif à partir des systèmes à gonflement contrôlé : (a) système réservoir, (b)
système matriciel (T. J. Kreeger, 1993).

b/ Systèmes osmotiquement contrôlés

Dans le cas des systèmes osmotiquement contrôlés, la libération du principe actif s'effectue sous l'effet d'une différence de pression entre le système et le milieu biologique environnant. Les premiers systèmes osmotiques ont été développés par Alza Corporation dans les années 70.

Les systèmes osmotiquement contrôlés sont des pompes osmotiques constituées d'un noyau (ou réservoir) de principe actif entouré par une enveloppe polymère semi-perméable osmotiquement active. Le contact de ces systèmes avec le fluide biologique permet à ce dernier de pénétrer à l'intérieur du réservoir à travers la membrane semi-perméable, ce qui provoque la dissolution du principe dans le fluide biologique pour former une solution saturée dans le noyau. Le nombre de molécules de principe actif qui passent en solution est proportionnelle à la pression osmotique dans le noyau. Comme la membrane semi-perméable est rigide, donc pour réduire la pression à l'intérieur du système, la solution saturée du principe actif doit quitter le noyau vers le milieu environnant à travers un petit orifice (f. Jones, 2004 ; V. V. Ranade, 2004). La figure 36 résume le mécanisme général qui régi ce genre de systèmes.

Principe actif expulsé

Orifice

Eau pénétrée

Noyau de principe actif

Membrane semi-perméable

Figure 36. Pompe osmotique (T. J. Kreeger, 1993).

II.4.3. Différents types de vecteurs de principes actifs et leurs architectures II.4.3.1. Architecture des polymères

L'architecture du polymère décrit la forme d'une seule molécule du polymère qui détermine souvent ses propriétés physicochimique (L. Y. Qiu, 2006). Il existe plusieurs architectures des polymères qui sont :

a/ Polymère linéaire

Le polymère linéaire possède la forme architecturale la plus simple. L'application typique des polymères linéaires se concentre dans la fabrication des conjugués polymère-principe actif. Les années 50 marquent la naissance de la première proposition pour relier un principe actif à une chaîne polymère. Le modèle général pour mettre en évidence le conjugué polymère-principe actif à été proposé par Ringsdorf (H. Rinsdorf, 1975). Le modèle est basé sur la combinaison de la chimie et la biologie. Il contient les éléments suivants : squelette polymère, principe actif, lien, groupement de ciblage et groupement de solubilisation. La figure 37 représente un schéma explicatif de ce modèle.

Squelette du polymère

Lien

Groupement de ciblage

Principe actif

Groupement de solubilisation

Figure 37. Modèle de Ringsdorf pour le conjugué polymère-principe actif (H. Rinsdorf, 1975).

Les différentes formes architecturales des polymères linéaires utilisées dans le domaine de la vectorisation de principes actifs sont présentées dans la figure 38 suivante.

Homopolymère Copolymère diblock type AB Copolymère triblock type ABA

Copolymère aléatoire

Copolymère triblock type BAB

Copolymère alterné

Copolymère triblock type ABC

Figure 38. Différentes formes architecturales des polymères linéaires (L. Y. Qiu, 2006).

b/ Polymères branchés

Des efforts ont été effectués pour comprendre le mécanisme de polymérisation de la synthèse des polymères branchés (L. Y. Qiu, 2006). Selon les propriétés du squelette polymère et l'embranchement, deux méthodes générales ont été appliquées pour la synthèse des polymères greffés. La première méthode consiste à une copolymérisation directe de deux monomères ou plus. Tandis que la deuxième méthode consiste à une utilisation d'un squelette polymère en présence des sites actifs polyfonctionnels comme initiateurs (H. Q. Wie, 1999 ; Y. X. Li, 1997). Les polymères étoiles sont des structures tridimensionnelles où des bras de mêmes masses moléculaires ou de masses différentes émanent d'un noyau central (M.-C. Jones, 2003). Parmi les polymères branchés, on trouve aussi les dendrimères. Ces derniers représentent une nouvelle classe de macromolécules possédant une structure tridimensionnelle dans laquelle une série de branches se développent à partir d'un noyau central (F. Aulenta, 2003 ; E. R. Gillies, 2005). Un dendrimère typique contient trois parties principales : noyau central multifonctionnels, unités embranchées, et groupements superficiels. Les différentes formes

architecturales des polymères branchés sont schématisées dans la figure 39 suivante (L. Y. Qiu, 2006).

 

Polymère en forme d'étoile

Copolymère block en forme d'étoile

Block dendrimère Copolymère dendri-griffé

Copolymère griffé

Dendrimère

Polymère hyperbranché

Figure 39. Différentes formes architecturales des polymères branchés (L. Y. Qiu, 2006).

c/ Polymères réticulés

Il existe plusieurs formes architecturales des polymères réticulés, qui sont schématisés dans la figure 40 ci-dessous.

Réseau polymère Réseaux polymères

interpénétrés

Réseaux polymères semi-interpénétrés

Figure 40. Différentes formes architecturales des polymères réticulés (L. Y. Qiu, 2006).

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