FR3073750A1 - LIPID NANOPARTICLE MARKED TO BE MONITORED BY ELECTRONIC MICROSCOPY IN TRANSMISSION - Google Patents
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Abstract
Nanoparticule lipidique marquée pour pouvoir être observée par microscopie électronique en transmission, la nanoparticule lipidique comprenant un cœur (10) lipidique entouré d'une coquille lipidique (20), la coquille lipidique (20) comprenant au moins une couche de surfactants lipidiques amphiphiles (21), et des surfactants hydrophiles fonctionnalisés (22) par un groupement S-H (50), la nanoparticule lipidique étant recouverte au moins localement par une couche métallique (60) liée aux groupements S-H (50) des surfactants hydrophiles fonctionnalisés (22) via une liaison de coordination métallique.Lipid nanoparticle labeled to be observed by transmission electron microscopy, the lipid nanoparticle comprising a lipid core (10) surrounded by a lipid shell (20), the lipid shell (20) comprising at least one layer of amphiphilic lipid surfactants (21) ), and functionalized hydrophilic surfactants (22) by an SH group (50), the lipid nanoparticle being covered at least locally by a metal layer (60) bonded to the SH groups (50) of functionalized hydrophilic surfactants (22) via a link metal coordination.
Description
NANOPARTICULE LIPIDIQUE MARQUÉE POUR POUVOIR ÊTRE OBSERVÉELIPID NANOPARTICLE MARKED TO BE ABLE TO BE OBSERVED
PAR MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE EN TRANSMISSIONBY TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURETECHNICAL AREA AND PRIOR ART
La présente invention se rapporte à une nanoparticule lipidique marquée pour pouvoir être observée par microscopie électronique en transmission, à un procédé de caractérisation de nanoparticules lipidiques, et à un procédé de marquage de nanoparticules lipidiques.The present invention relates to a lipid nanoparticle labeled to be able to be observed by transmission electron microscopy, to a method for characterizing lipid nanoparticles, and to a method for labeling lipid nanoparticles.
Les nanoparticules lipidiques (ou LNP pour « Lipid NanoParticles ») sont utilisées depuis de nombreuses années pour transporter des molécules d'intérêt, tel que des principes actifs, ou des agents d'imagerie, dans le corps humain dans un but thérapeutique ou pour réaliser des diagnostics.Lipid nanoparticles (or LNP for “Lipid NanoParticles”) have been used for many years to transport molecules of interest, such as active principles, or imaging agents, in the human body for therapeutic purposes or to carry out diagnostics.
Ces nanoparticules présentent une structure cœur-coquille, la coquille comprenant majoritairement des surfactants lipidiques. Les lipides sont les éléments constitutifs de la matière grasse qui compose tout être vivant. Ainsi, du fait de leur origine physiologique, ils sont naturellement assimilables par le corps humain et donc biocompatibles, biodégradables et non toxiques. Les nanoparticules lipidiques ont donc, naturellement, la capacité de passer certaines barrières physico-chimiques du corps humain et peuvent être acheminées jusqu'à leur site de destination sans être préalablement dégradées ou assimilées. Elles permettent une libération contrôlée et/ou prolongée des molécules d'intérêt au niveau de leur site d'action.These nanoparticles have a core-shell structure, the shell mainly comprising lipid surfactants. Lipids are the building blocks of the fat that makes up all living things. Thus, because of their physiological origin, they are naturally assimilated by the human body and therefore biocompatible, biodegradable and non-toxic. Lipid nanoparticles therefore, naturally, have the capacity to pass certain physico-chemical barriers of the human body and can be transported to their destination site without being previously degraded or assimilated. They allow controlled and / or prolonged release of molecules of interest at their site of action.
II existe différents types de nanoparticules lipidiques.There are different types of lipid nanoparticles.
Dans les années 80, des nanoparticules issues d'émulsions huile dans eau (O/W) furent élaborées. Pour réaliser ces émulsions, des nanogouttelettes d'huile sont dispersées dans une phase aqueuse, le tout étant stabilisé par un surfactant. Bien que ce type de particule puisse solubiliser une large gamme de molécules lipophiles, leur stabilité reste néanmoins très fragile dans le temps.In the 1980s, nanoparticles from oil-in-water (O / W) emulsions were developed. To produce these emulsions, oil nanodroplets are dispersed in an aqueous phase, the whole being stabilized by a surfactant. Although this type of particle can dissolve a wide range of lipophilic molecules, their stability remains very fragile over time.
Un autre type de LNP correspond aux liposomes. II s'agit de vésicules sphériques comprenant au moins une bicouche de phospholipides et un cœur aqueux. Leur taille peut varier de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs microns selon le type de liposomes synthétisés. Ce sont les premières particules lipidiques à avoir passé les essais cliniques et donc à avoir été commercialisées dans le cadre de traitements par chimiothérapie de certains cancers, comme le cancer du sein. De par leur structure, des principes actifs aussi bien hydrophiles qu'hydrophobes peuvent être respectivement encapsulés dans le cœur ou bien insérés dans la bicouche lipidique.Another type of LNP corresponds to liposomes. They are spherical vesicles comprising at least one bilayer of phospholipids and an aqueous core. Their size can vary from a few tens of nanometers to several microns depending on the type of liposomes synthesized. These are the first lipid particles to have passed clinical trials and therefore to have been marketed as part of chemotherapy treatments for certain cancers, such as breast cancer. By virtue of their structure, both hydrophilic and hydrophobic active principles can be respectively encapsulated in the heart or else inserted into the lipid bilayer.
Finalement, récemment les recherches se sont tournées vers les nanoparticules lipidiques, comprenant une phase lipidique plus ou moins solide, entourée par une coquille monocouche comprenant, généralement, un surfactant lipidique amphiphile et un surfactant hydrophile. Ces nanoparticules lipidiques présentent une bonne stabilité dans le temps et sont des éléments de vectorisation très prometteurs, non seulement, pour la délivrance de médicaments et le diagnostic de cancers, mais aussi dans le cadre de la thérapie génique ou cellulaire.Finally, recently research has turned to lipid nanoparticles, comprising a more or less solid lipid phase, surrounded by a monolayer shell generally comprising an amphiphilic lipid surfactant and a hydrophilic surfactant. These lipid nanoparticles have good stability over time and are very promising vectoring elements, not only for the delivery of drugs and the diagnosis of cancers, but also in the context of gene or cell therapy.
D'une manière générale, les LNP sont destinées à traverser différentes barrières du corps humain pour atteindre des zones cibles pour délivrer des médicaments ou diagnostiquer des maladies, et il est donc important de pouvoir caractériser leurs tailles et leur dispersion mais aussi leur forme pour comprendre comment le principe actif va être internalisé dans les LNP.In general, LNP are intended to cross different barriers of the human body to reach target areas for delivering drugs or diagnosing diseases, and it is therefore important to be able to characterize their sizes and their dispersion but also their shape to understand how the active ingredient will be internalized in the LNP.
Les LNP peuvent être caractérisées par microscopie électronique en transmission (MET ou TEM pour «Transmission Electron Microscopy »). Plusieurs techniques de caractérisation TEM existent : par voie sèche, avec ou sans coloration négative, par cryogénie, ou par voie liquide.LNPs can be characterized by transmission electron microscopy (MET or TEM for “Transmission Electron Microscopy”). Several TEM characterization techniques exist: dry, with or without negative staining, cryogenics, or liquid.
Pour observer les nanoparticules lipidiques au MET par voie sèche, une goutte d'échantillon contenant les LNP dispersées en solution est déposée sur une grille MET, après évaporation de la solution, il ne reste que les LNP. Sans coloration, les LNP sont généralement trop peu contrastées pour être observées, c'est pourquoi il faut avoir recours à la coloration négative. Classiquement, la coloration est réalisée avec de l'acétate d'uranyle qui se dépose autour des LNP. C'est l'acétate d'uranyle qui est observé. Cependant, comme représenté sur la figure IA, avec une telle technique, on observe une agglomération des LNP. L'agglomération peut être due à l'étape de séchage de l'échantillon sur la grille et/ou à cause d'une agglomération naturelle des LNP. II n'est pas possible de savoir à quel moment les LNP se sont agglomérées ni de déterminer leur dimension exacte. De plus, le colorant masque la structure cceur/coquille des LNP.To observe the lipid nanoparticles with the TEM by a dry route, a drop of sample containing the LNPs dispersed in solution is deposited on a MET grid, after evaporation of the solution, only the LNPs remain. Without coloring, the LNPs are generally too little contrasted to be observed, which is why negative staining must be used. Conventionally, the coloring is carried out with uranyl acetate which is deposited around the LNPs. It is uranyl acetate which is observed. However, as shown in FIG. 1A, with such a technique, an agglomeration of the LNPs is observed. The agglomeration may be due to the drying step of the sample on the grid and / or due to a natural agglomeration of the LNPs. It is not possible to know when the LNPs gathered or to determine their exact size. In addition, the dye masks the core / shell structure of the LNP.
II est également possible d'observer les LNP par microscopie cryogénique (figure IB). Pour cela, une goutte d'échantillon est déposée sur la grille MET, l'excès de liquide est absorbé avec un papier filtre puis les LNP sont cryogénisées. La dispersion des LNP reste identique à celle en solution, mais elles sont, généralement, déformées, ce qui pourrait venir de l'étape de drainage lors de la préparation pour la surgélation. II est donc impossible d'observer la forme et la taille réelle des LNP avec cette méthode.It is also possible to observe the LNP by cryogenic microscopy (Figure IB). For this, a drop of sample is placed on the MET grid, the excess liquid is absorbed with filter paper and the LNPs are cryogenized. The dispersion of the LNPs remains identical to that in solution, but they are generally deformed, which could come from the drainage stage during preparation for freezing. It is therefore impossible to observe the actual shape and size of the LNP with this method.
La microscopie in-situ liquide semble être la voie la plus prometteuse. L'échantillon est observé directement à l'état liquide et ne nécessite pas de passer par une étape de changement de phase. Les particules ne sont pas déformées ni agglomérées suite à la préparation de l'échantillon. Cependant, comme les LNP sont composées d'éléments légers tels que l'oxygène et le carbone, leur observation par MET in-situ est quasiment impossible, à cause du manque de contraste électronique (figure IC).Liquid in-situ microscopy seems to be the most promising avenue. The sample is observed directly in the liquid state and does not require going through a phase change step. The particles are not deformed or agglomerated after the preparation of the sample. However, since LNPs are composed of light elements such as oxygen and carbon, their observation by in-situ TEM is almost impossible, due to the lack of electronic contrast (Figure IC).
Afin d'améliorer le contraste, une solution consiste à fonctionnaliser les LNP de manière non covalente avec des nanoparticules d'or. Cependant, comme représenté sur la figure 1D, les nanoparticules d'or sont dispersées aléatoirement dans la solution et ne se positionnent pas forcément autour des LNP et peu de nanoparticules d'or se lient aux LNP. Par exemple, Xia et al. (« Construction of thermal- and lightresponsive liposomes noncovalently decorated with gold nanoparticles » RCS Adv., 2014, 4, 44568-44574) ont aussi réussi à fonctionnaliser de manière non covalente des liposomes avec des nanoparticules d'or. Cependant, une seule nanoparticule d'or fonctionnalise un liposome.In order to improve the contrast, one solution consists in functionalizing the LNPs in a non-covalent manner with gold nanoparticles. However, as shown in FIG. 1D, the gold nanoparticles are randomly dispersed in the solution and do not necessarily position themselves around the LNPs and few gold nanoparticles bind to the LNPs. For example, Xia et al. (“Construction of thermal- and lightresponsive liposomes noncovalently decorated with gold nanoparticles” RCS Adv., 2014, 4, 44568-44574) have also succeeded in non-covalently functionalizing liposomes with gold nanoparticles. However, a single gold nanoparticle functionalizes a liposome.
Une autre solution consiste à entourer le liposome d'un complexe d'or. Pour cela, Jin et al. (« Spectrally Tunable Leakage-Free Gold Nanocontainers», J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17774-17776) ont fonctionnalisé des liposomes avec de la poly-L-histine (PLH). Les liposomes sont ensuite mis en présence d'une solution contenant des ions Au3+, qui sont chélatés par la PLH à pH basique en présence d'un agent réducteur NH2OH. HCl. Cependant, les liaisons mises en jeu sont peu solides, ce qui rend la fonctionnalisation moins solide et moins stable dans le temps. De plus, le procédé met en jeu des conditions réactionnelles et/ou des réactifs, qui peuvent détériorer les LNP.Another solution is to surround the liposome with a gold complex. For this, Jin et al. (“Spectrally Tunable Leakage-Free Gold Nanocontainers”, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17774-17776) functionalized liposomes with poly-L-histine (PLH). The liposomes are then placed in the presence of a solution containing Au 3+ ions, which are chelated by PLH at basic pH in the presence of a reducing agent NH 2 OH. HCl. However, the connections involved are not very solid, which makes the functionalization less solid and less stable over time. In addition, the process involves reaction conditions and / or reagents, which can damage the LNPs.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
C'est, par conséquent, un but de la présente invention de proposer des nanoparticules lipidiques marquées pouvant être facilement observées en microscopie électronique en transmission, le marquage devant être stable dans le temps.It is therefore an object of the present invention to provide labeled lipid nanoparticles which can be easily observed by transmission electron microscopy, the labeling having to be stable over time.
Ce but est atteint par une nanoparticule lipidique marquée pour pouvoir être observée par microscopie électronique en transmission, la nanoparticule lipidique comprenant un cœur lipidique entouré d'une coquille lipidique, la coquille lipidique comprenant au moins une couche de surfactants lipidiques amphiphiles, et des surfactants hydrophiles fonctionnalisés par un groupement S-H, la nanoparticule lipidique étant recouverte au moins localement par une couche métallique liée aux groupements S-H des surfactants hydrophiles fonctionnalisés, via une liaison de coordination métallique.This object is achieved by a lipid nanoparticle marked to be able to be observed by transmission electron microscopy, the lipid nanoparticle comprising a lipid core surrounded by a lipid shell, the lipid shell comprising at least one layer of amphiphilic lipid surfactants, and hydrophilic surfactants functionalized by an SH group, the lipid nanoparticle being covered at least locally by a metal layer linked to the SH groups of functionalized hydrophilic surfactants, via a metal coordination bond.
L'invention se distingue fondamentalement de l'art antérieur par le marquage des nanoparticules lipidiques par un métal, via une liaison forte de coordination métallique. Ce marquage est stable et permet de visualiser facilement les nanoparticules en microscopie électronique en transmission (MET).The invention is fundamentally distinguished from the prior art by the labeling of lipid nanoparticles with a metal, via a strong metallic coordination bond. This marking is stable and makes it possible to easily visualize the nanoparticles by transmission electron microscopy (TEM).
Avantageusement, la couche métallique est en or, en argent, en cuivre, en nickel, en cobalt, en iridium, ou en un mélange de ceux-ci. Ces éléments sont biocompatibles et/ou présentent un numéro atomique élevé afin d'avoir un meilleur contraste au MET.Advantageously, the metal layer is made of gold, silver, copper, nickel, cobalt, iridium, or a mixture of these. These elements are biocompatible and / or have a high atomic number in order to have a better contrast to the MET.
Avantageusement, la couche métallique forme une couche continue autour des nanoparticules lipidiques. Le contour des nanoparticules lipidiques est plus visible.Advantageously, the metal layer forms a continuous layer around the lipid nanoparticles. The outline of the lipid nanoparticles is more visible.
Avantageusement, le cœur lipidique des nanoparticules lipidiques comprend une ou plusieurs molécules d'intérêt, tel qu'un principe actif, un agent d'imagerie ou un médicament.Advantageously, the lipid core of the lipid nanoparticles comprises one or more molecules of interest, such as an active principle, an imaging agent or a drug.
Avantageusement, la couche comprend en outre des surfactants hydrophiles additionnels.Advantageously, the layer also comprises additional hydrophilic surfactants.
Avantageusement, des agents de ciblage sont greffés sur les surfactants hydrophiles additionnels et/ou sur les surfactants hydrophiles fonctionnalisés, les agents de ciblage étant, par exemple, des ligands biologiques de ciblage tels que des anticorps ou des peptides.Advantageously, targeting agents are grafted onto the additional hydrophilic surfactants and / or onto the functionalized hydrophilic surfactants, the targeting agents being, for example, biological targeting ligands such as antibodies or peptides.
Avantageusement, les surfactants hydrophiles additionnels sont des polyéthylènes glycols et/ou les surfactants hydrophiles fonctionnalisés sont des polyéthylènes glycols fonctionnalisés.Advantageously, the additional hydrophilic surfactants are polyethylene glycols and / or the functionalized hydrophilic surfactants are functionalized polyethylene glycols.
Avantageusement, le cœur de la nanoparticule est un mélange d'une cire et d'une huile végétale, telle que l'huile de soja, et la coquille lipidique comprend une monocouche de phospholipides.Advantageously, the core of the nanoparticle is a mixture of a wax and a vegetable oil, such as soybean oil, and the lipid shell comprises a monolayer of phospholipids.
L'invention concerne également un procédé de caractérisation de nanoparticules lipidiques, comprenant les étapes successives suivantes :The invention also relates to a method for characterizing lipid nanoparticles, comprising the following successive steps:
- fourniture d'une solution aqueuse contenant des nanoparticules lipidiques marquées telles que définies précédemment,- supply of an aqueous solution containing labeled lipid nanoparticles as defined above,
- mise en place de la solution aqueuse dans une chambre d'observation d'un porte-objet de microscope électronique en transmission, et fermeture de la chambre d'observation,- placement of the aqueous solution in an observation chamber of an electron microscope object holder in transmission, and closure of the observation chamber,
- caractérisation des nanoparticules lipidiques marquées dans la solution aqueuse par microscopie électronique en transmission.- characterization of the labeled lipid nanoparticles in the aqueous solution by transmission electron microscopy.
C'est un autre but de l'invention de proposer un procédé de marquage des nanoparticules lipidiques, efficace, peu coûteux, et ne détériorant pas les nanoparticules lipidiques.It is another object of the invention to propose a method for labeling lipid nanoparticles, effective, inexpensive, and not damaging the lipid nanoparticles.
Ce but est atteint par un procédé de marquage de nanoparticules lipidiques, pour obtenir des nanoparticules lipidiques telles que définies précédemment, comprenant les étapes successives suivantes :This object is achieved by a method of labeling lipid nanoparticles, in order to obtain lipid nanoparticles as defined above, comprising the following successive steps:
a) fourniture d'une solution aqueuse comprenant des nanoparticules lipidiques, les nanoparticules lipidiques comprenant un cœur lipidique entouré d'une coquille lipidique, la coquille lipidique comprenant au moins une couche de surfactants lipidiques amphiphiles, et des surfactants hydrophiles fonctionnalisés par un groupement S-R avec R un groupe de protection de la fonction thiol,a) supply of an aqueous solution comprising lipid nanoparticles, the lipid nanoparticles comprising a lipid core surrounded by a lipid shell, the lipid shell comprising at least one layer of amphiphilic lipid surfactants, and hydrophilic surfactants functionalized by an SR group with R a group protecting the thiol function,
b) ajout d'une molécule de déprotection à la solution aqueuse, de manière à déprotéger le groupement S-R pour obtenir des surfactants hydrophiles fonctionnalisés avec un groupement S-H,b) adding a deprotection molecule to the aqueous solution, so as to deprotect the S-R group in order to obtain hydrophilic surfactants functionalized with an S-H group,
c) dissolution d'un sel métallique dans la solution de manière à recouvrir au moins localement les nanoparticules lipidiques avec une couche métallique via une liaison de coordination métallique avec le groupement S-H des surfactants hydrophiles fonctionnalisés.c) dissolving a metal salt in the solution so as to at least locally cover the lipid nanoparticles with a metal layer via a metal coordination bond with the S-H group of functionalized hydrophilic surfactants.
Le procédé utilisé est efficace, peu coûteux, avec des conditions réactionnelles douces, ce qui permet de préserver les nanoparticules lipidiques qui sont très sensibles à la température, au pH et aux produits chimiques.The process used is efficient, inexpensive, with mild reaction conditions, which makes it possible to preserve the lipid nanoparticles which are very sensitive to temperature, pH and chemicals.
Le procédé permet de marquer les nanoparticules lipidiques de manière stable sans modifier leurs tailles et/ou leurs compositions chimiques.The method makes it possible to label the lipid nanoparticles stably without modifying their sizes and / or their chemical compositions.
Avantageusement, le sel métallique est ajouté en excès par rapport au groupement S-H des surfactants hydrophiles fonctionnalisés de manière à former une couche métallique suffisamment épaisse et/ou recouvrant la plus grande surface de nanoparticules lipidiques.Advantageously, the metal salt is added in excess relative to the S-H group of hydrophilic surfactants functionalized so as to form a sufficiently thick metal layer and / or covering the largest surface of lipid nanoparticles.
Avantageusement, le sel métallique est un sel d'or, d'argent, de cuivre, de nickel, de cobalt, d'iridium ou un mélange de ces sels.Advantageously, the metal salt is a salt of gold, silver, copper, nickel, cobalt, iridium or a mixture of these salts.
Avantageusement, la molécule de déprotection est du dithiothréitol. Ce composé est particulièrement réactif.Advantageously, the deprotection molecule is dithiothreitol. This compound is particularly reactive.
Avantageusement, la solution aqueuse fournie à l'étape a) est obtenue selon les étapes successives suivantes :Advantageously, the aqueous solution supplied in step a) is obtained according to the following successive steps:
al) préparation d'une phase huileuse comprenant un ou plusieurs composés lipidiques pour former le cœur lipidique des nanoparticules lipidiques, et les surfactants lipidiques amphiphiles, a2) préparation d'une phase aqueuse, a3) dispersion de la phase huileuse dans la phase aqueuse, par exemple sous l'action d'un cisaillement, telle que par sonification, pour former des nanoparticules lipidiques, les surfactants hydrophiles fonctionnalisés par un groupement S-R étant ajoutés lors de l'étape a2) ou a3).al) preparation of an oily phase comprising one or more lipid compounds to form the lipid core of the lipid nanoparticles, and the amphiphilic lipid surfactants, a2) preparation of an aqueous phase, a3) dispersion of the oily phase in the aqueous phase, for example under the action of a shear, such as by sonication, to form lipid nanoparticles, the hydrophilic surfactants functionalized by an SR group being added during step a2) or a3).
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:The present invention will be better understood on the basis of the description which follows and of the appended drawings in which:
- les figures IA à 1D, précédemment décrites, sont des clichés obtenus par microscopie électronique en transmission correspondant à des échantillons de nanoparticules lipidiques, selon l'art antérieur,FIGS. 1A to 1D, previously described, are photographs obtained by transmission electron microscopy corresponding to samples of lipid nanoparticles, according to the prior art,
- la figure 2 est une représentation schématique, en coupe, d'une nanoparticule lipidique marquée selon un premier mode de réalisation de l'invention,FIG. 2 is a diagrammatic representation, in section, of a lipid nanoparticle marked according to a first embodiment of the invention,
- la figure 3 est une représentation schématique, en coupe, d'une nanoparticule lipidique marquée selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,FIG. 3 is a schematic representation, in section, of a lipid nanoparticle marked according to a second embodiment of the invention,
- la figure 4 représente un schéma réactionnel du procédé de marquage d'une nanoparticule lipidique selon un mode de réalisation particulier de l'invention,FIG. 4 represents a reaction diagram of the method for labeling a lipid nanoparticle according to a particular embodiment of the invention,
- la figure 5 est un cliché obtenu au microscope électronique en transmission d'un échantillon de nanoparticules lipidiques marquées avec de l'or selon l'invention, observées en voie sèche,FIG. 5 is a photograph obtained with an electron microscope in transmission of a sample of lipid nanoparticles marked with gold according to the invention, observed by the dry route,
- la figure 6 est un cliché obtenu au microscope électronique en transmission d'un échantillon de nanoparticules lipidiques marquées avec de l'or selon l'invention, observées en cryogénie,FIG. 6 is a photograph obtained with an electron microscope in transmission of a sample of lipid nanoparticles marked with gold according to the invention, observed in cryogenics,
- la figure 7 est un cliché obtenu au microscope électronique en transmission d'un échantillon de nanoparticules lipidiques marquées avec de l'or selon l'invention, observées in situ en voie liquide,FIG. 7 is a photograph obtained with an electron microscope in transmission of a sample of lipid nanoparticles marked with gold according to the invention, observed in situ in the liquid channel,
- la figure 8 est un cliché obtenu au microscope électronique en transmission d'un échantillon de nanoparticules lipidiques marquées avec de l'argent selon l'invention, observées en cryogénie,FIG. 8 is a photograph obtained with an electron microscope in transmission of a sample of lipid nanoparticles marked with silver according to the invention, observed in cryogenics,
- la figure 9 est un cliché obtenu au microscope électronique en transmission d'un échantillon de nanoparticules lipidiques marquées avec de l'argent selon l'invention, observées in situ en voie liquide.- Figure 9 is a photograph obtained with an electron microscope in transmission of a sample of lipid nanoparticles marked with silver according to the invention, observed in situ in the liquid channel.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et pouvant se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not being mutually exclusive and capable of being combined with one another.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Nanoparticules lipidiques marquées :Labeled lipid nanoparticles:
Comme représenté sur les figures 2 et 3, les nanoparticules lipidiques (ou LNPs « Lipid NanoParticles ») marquées ont une structure cœur-coquille.As shown in Figures 2 and 3, the labeled lipid nanoparticles (or LNPs "Lipid NanoParticles") have a heart-shell structure.
Cœur des nanoparticules lipidiques :Core of lipid nanoparticles:
Le cœur 10 des nanoparticules lipidiques est un cœur lipidique.The heart 10 of the lipid nanoparticles is a lipid heart.
Par un cœur lipidique, on entend un cœur comprenant un ou plusieurs lipides, c'est-à-dire des corps gras ou des substances contenant des acides gras (i.e. des acides carboxyliques aliphatiques ayant une chaîne carbonée d'au moins 4 atomes de carbone, par exemple de 4 à 28 atomes de carbone) provenant des graisses d'origine animale et/ou des huiles d'origine végétale. Ce sont des molécules hydrophobes ou amphiphiles formées principalement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Les huiles peuvent être choisies parmi les huiles biocompatibles, et en particulier parmi les huiles d'origine naturelle (végétale ou animale) ou synthétique. Les huiles d'origine naturelle végétale sont, par exemple, les huiles de soja, de lin, de palme, d'arachide, d'olives, de pépin de raisins et de tournesol. Les huiles synthétiques sont, par exemple, les triglycérides, di glycérides et les mono glycérides. Le ou les lipides du cœur 10 présentent, de préférence, une affinité avec le surfactant lipidique amphiphile pour permettre sa solubilisation.By a lipid core is meant a core comprising one or more lipids, that is to say fatty substances or substances containing fatty acids (ie aliphatic carboxylic acids having a carbon chain of at least 4 carbon atoms , for example from 4 to 28 carbon atoms) originating from fats of animal origin and / or oils of vegetable origin. These are hydrophobic or amphiphilic molecules formed mainly of carbon, hydrogen and oxygen. The oils can be chosen from biocompatible oils, and in particular from oils of natural (vegetable or animal) or synthetic origin. The oils of natural vegetable origin are, for example, soybean, linseed, palm, peanut, olive, grape seed and sunflower oils. Synthetic oils are, for example, triglycerides, di glycerides and mono glycerides. The lipid (s) of the heart 10 preferably have an affinity with the amphiphilic lipid surfactant to allow its solubilization.
Les lipides peuvent être à l'état solide à température ambiante (25°C), comme dans les cires, et/ou à l'état liquide comme dans le cas des huiles. Le cœur 10 lipidique peut donc être plus ou moins solide.The lipids can be in the solid state at room temperature (25 ° C), as in waxes, and / or in the liquid state as in the case of oils. The lipid heart can therefore be more or less solid.
Il existe quatre variantes de nanoparticules ayant un cœur lipidique. Pour ces quatre variantes, la coquille 20 est une monocouche de lipides amphiphiles 21 (figures 2 et 3).There are four variants of nanoparticles with a lipid core. For these four variants, the shell 20 is a monolayer of amphiphilic lipids 21 (Figures 2 and 3).
Selon une première variante, la phase lipidique du cœur 10 est solide à température ambiante. La phase lipidique peut comprendre des cires et/ou des glycérides. Ce type de nanoparticule lipidique est appelé une nanoparticule lipidique solide (SLN « Solid Lipid Nanoparticle »).According to a first variant, the lipid phase of the heart 10 is solid at room temperature. The lipid phase can comprise waxes and / or glycerides. This type of lipid nanoparticle is called a solid lipid nanoparticle (SLN "Solid Lipid Nanoparticle").
Selon une deuxième variante, le cœur 10 de la particule comprend un mélange de lipides solides et de lipides liquides à température ambiante. Avec une telle structure, le cœur de la nanoparticule reste solide mais il a une structure amorphe ou cristalline imparfaite (polycristallin). Ainsi, les molécules d'intérêt peuvent s'insérer plus librement entre les chaînes de lipides solides. Ce type de nanoparticule lipidique est un transporteur lipidique nanostructuré (NLC « Nanostructured Lipid Carrier »).According to a second variant, the core 10 of the particle comprises a mixture of solid lipids and lipids liquid at room temperature. With such a structure, the core of the nanoparticle remains solid but it has an imperfect amorphous or crystalline structure (polycrystalline). Thus, the molecules of interest can be inserted more freely between the chains of solid lipids. This type of lipid nanoparticle is a nanostructured lipid transporter (NLC "Nanostructured Lipid Carrier").
Selon une troisième variante, une molécule d'intérêt (principe actif) hydrophile est conjuguée à un lipide insoluble dans l'eau. Ce composé lipidique est appelée un conjugué lipide - principe actif (LDC « Lipid-Drug Conjugate ») et peut-être mélangé avec d'autres lipides pour former le cœur 10 des nanoparticules.According to a third variant, a hydrophilic molecule of interest (active principle) is conjugated to a lipid insoluble in water. This lipid compound is called a lipid-active ingredient conjugate (LDC "Lipid-Drug Conjugate") and may be mixed with other lipids to form the core of the nanoparticles.
Selon une quatrième variante, le cœur 10 comprend une huile liquide ou semi-liquide et une coquille de lipides solides à température ambiante. La nanoparticule lipidique est appelée une nanocapsule lipidique (LNC).According to a fourth variant, the heart 10 comprises a liquid or semi-liquid oil and a shell of lipids solid at room temperature. The lipid nanoparticle is called a lipid nanocapsule (LNC).
Comme représenté sur la figure 3, des molécules d'intérêt 41, peuvent être encapsulées dans le cœur 10 des nanoparticules lipidiques. Par molécule d'intérêt 41, on entend un agent thérapeutique ou de diagnostic. Il peut s'agir d'un principe actif agissant par voie chimique, biologique ou physique, ou encore d'un agent d'imagerie notamment pour l'IRM (imagerie par résonance magnétique), le PET (en anglais «Positron Emission Tomography »), le SPECT («Single Photon Emission Computed Tomography »), l'échographie ultrasonore, la radiographie, la tomographie X et l'imagerie optique (fluorescence, bioluminescence, diffusion...).As shown in FIG. 3, molecules of interest 41 can be encapsulated in the heart 10 of the lipid nanoparticles. The expression molecule of interest 41 means a therapeutic or diagnostic agent. It can be an active principle acting chemically, biologically or physically, or an imaging agent in particular for MRI (magnetic resonance imaging), PET (in English “Positron Emission Tomography”) ), SPECT (“Single Photon Emission Computed Tomography”), ultrasound ultrasound, radiography, X-ray tomography and optical imaging (fluorescence, bioluminescence, scattering ...).
Coquille des nanoparticules lipidiques :Shell of lipid nanoparticles:
Le cœur 10 des nanoparticules lipidiques est enrobé dans une coquille lipidique 20. La coquille lipidique comprend des surfactants lipidiques amphiphiles 21, des surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22 par un groupement S-H et éventuellement des surfactants hydrophiles additionnels 23.The core 10 of the lipid nanoparticles is coated in a lipid shell 20. The lipid shell comprises amphiphilic lipid surfactants 21, hydrophilic surfactants functionalized 22 by an S-H group and optionally additional hydrophilic surfactants 23.
Par surfactant lipidique amphiphile 21, on entend des composés ayant une structure, conférant une affinité spécifique pour les interfaces huile/eau et eau/huile, ce qui permet de réduire l'énergie libre de ces interfaces et de stabiliser les systèmes dispersés. Le surfactant lipide amphiphile est, par exemple, un phospholipide, un cholestérol, un lysolipide, ou un glucolipide.By amphiphilic lipid surfactant 21 is meant compounds having a structure, conferring a specific affinity for the oil / water and water / oil interfaces, which makes it possible to reduce the free energy of these interfaces and to stabilize the dispersed systems. The amphiphilic lipid surfactant is, for example, a phospholipid, a cholesterol, a lysolipid, or a glucolipid.
Par phospholipide, on entend des lipides ayant un groupe phosphate, en particulier des phosphoglycérides. Le plus souvent, les phospholipides comprennent une extrémité hydrophile formée par le groupe phosphate éventuellement substitué et deux extrémités hydrophobes formées par des chaînes d'acides gras. A titre illustratif, on peut citer la phosphatidylcholine (aussi appelée lécithine), le phosphatidylglycérol, la phosphatidyléthanolamine, le phosphatidylinositol, la phosphatidylsérine et la sphingomyéline. Par exemple, la lécithine est un lipide formé à partir d'une choline, d'un phosphate, d'un glycérol et de deux acides gras.By phospholipid is meant lipids having a phosphate group, in particular phosphoglycerides. Most often, the phospholipids comprise a hydrophilic end formed by the optionally substituted phosphate group and two hydrophobic ends formed by chains of fatty acids. By way of illustration, mention may be made of phosphatidylcholine (also called lecithin), phosphatidylglycerol, phosphatidylethanolamine, phosphatidylinositol, phosphatidylserine and sphingomyelin. For example, lecithin is a lipid formed from a choline, a phosphate, a glycerol and two fatty acids.
Par surfactant hydrophile, on entend une molécule permettant d'abaisser l'énergie de l'interface eau/huile et d'assurer une meilleure dispersion des nanoparticules lipidiques dans la phase aqueuse. Le surfactant hydrophile est, de préférence, alkoxylés et comportent, de préférence, au moins une chaîne composée de motifs d'oxyde d'éthylène (PEO ou PEG) ou d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène.By hydrophilic surfactant is meant a molecule making it possible to lower the energy of the water / oil interface and to ensure better dispersion of the lipid nanoparticles in the aqueous phase. The hydrophilic surfactant is preferably alkoxylated and preferably comprises at least one chain composed of units of ethylene oxide (PEO or PEG) or of ethylene oxide and propylene oxide.
Les surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22 de la LNP marquées ont un groupement S-H. II s'agit, de préférence, de PEG fonctionnalisés.The hydrophilic functionalized surfactants 22 of the labeled LNP have an S-H group. They are preferably functionalized PEGs.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, la coquille 20 peut comprendre, en outre des surfactants hydrophiles additionnels 23.As shown in FIGS. 2 and 3, the shell 20 may also comprise additional hydrophilic surfactants 23.
Selon un mode de réalisation particulier, tout ou au moins une partie des surfactants hydrophiles additionnels 23 peut posséder une fonction réactive, telle qu'un groupe maléimide, amine, ester, oxyamine ou aldéhyde. La présence de fonctions réactives permet le greffage de composés fonctionnels.According to a particular embodiment, all or at least part of the additional hydrophilic surfactants 23 may have a reactive function, such as a maleimide, amine, ester, oxyamine or aldehyde group. The presence of reactive functions allows the grafting of functional compounds.
Les surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22 peuvent être intercalés entre les surfactants hydrophiles additionnels 23.The functionalized hydrophilic surfactants 22 can be interposed between the additional hydrophilic surfactants 23.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, la coquille 20 peut éventuellement être fonctionnalisée avec des agents de ciblage 42. Les agents de ciblage peuvent être fixés à la surface des nanoparticules, par adsorption ou par liaison covalente, par exemple au niveau des surfactants hydrophiles additionnels 23 et/ou au niveau des surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22. Les surfactants hydrophiles 22 et/ou 23 peuvent jouer le rôle d'espaceur pour éloigner les agents de ciblage du cœur de la nanoparticule lipidique et les rendre plus accessibles. A titre illustratif, les agents de ciblage 42 peuvent être choisis parmi : des ligands biologiques de ciblage, pour permettre une reconnaissance spécifique de certaines cellules ou de certains organes, tels que des anticorps, des peptides, des saccharides, des aptamères, des oligonucléotides ou des composés comme l'acide folique ; un agent de furtivité pour conférer à la nanoparticule lipidique une furtivité vis-à-vis du système immunitaire, ce qui permet d'augmenter son temps de circulation dans l'organisme, et de ralentir son élimination.As shown in FIGS. 2 and 3, the shell 20 can optionally be functionalized with targeting agents 42. The targeting agents can be fixed to the surface of the nanoparticles, by adsorption or by covalent bonding, for example at the level of hydrophilic surfactants 23 and / or at the level of the functionalized hydrophilic surfactants 22. The hydrophilic surfactants 22 and / or 23 can act as a spacer to distance the targeting agents from the core of the lipid nanoparticle and make them more accessible. By way of illustration, the targeting agents 42 can be chosen from: biological targeting ligands, to allow specific recognition of certain cells or of certain organs, such as antibodies, peptides, saccharides, aptamers, oligonucleotides or compounds like folic acid; a stealth agent to give the lipid nanoparticle a stealth vis-à-vis the immune system, which increases its circulation time in the body, and slows its elimination.
Les nanoparticules lipidiques ont, par exemple, un diamètre allant de 10 nm à 500 nm, et de préférence de 30 à 300 nm.The lipid nanoparticles have, for example, a diameter ranging from 10 nm to 500 nm, and preferably from 30 to 300 nm.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la nanoparticule lipidique est un Lipidot™, c'est-à-dire une structure comprenant :According to a particularly advantageous embodiment, the lipid nanoparticle is a Lipidot ™, that is to say a structure comprising:
- un cœur 10 lipidique, mélange de mono-, di- et triglycérides à longues chaînes carbonées (typiquement une chaîne carbonée en C6-C22, plus particulièrement Ci6-Ci8), le mélange étant par exemple, un mélange d'une cire et d'une huile végétale telle que l'huile de soja, le cœur lipidique pouvant comprendre, en outre, une molécule d'intérêt 41 à délivrer dans le corps,a lipid core 10, a mixture of mono-, di- and triglycerides with long carbon chains (typically a C 6 -C 2 2 carbon chain, more particularly Ci 6 -Ci 8 ), the mixture being for example a mixture of a wax and a vegetable oil such as soybean oil, the lipid heart possibly comprising, in addition, a molecule of interest 41 to be delivered into the body,
- une coquille 20 comprenant une monocouche de phospholides 21, par exemple de la lécithine de soja (aussi connu sous la dénomination commerciale Lécithine S75), conjugués, de préférence, à des surfactants PEGylés 23, tel que le stéarate de PEG2000, aussi connu sous le nom commercial Myrj s40, et des surfactants PEGylés fonctionnalisés 22, avec un groupement S-H.a shell 20 comprising a monolayer of phospholides 21, for example soy lecithin (also known under the trade name Lecithin S75), preferably combined with PEGylated surfactants 23, such as PEG2000 stearate, also known under the trade name Myrj s40, and functionalized PEGylated surfactants 22, with an SH group.
Des surfactants PEGylés 23 tel que Myrj s50 ou Myrj slOO pourraient également être utilisés.PEGylated surfactants 23 such as Myrj s50 or Myrj slOO could also be used.
De préférence, les Lipidot™ ont un diamètre allant de 30 nm à 120 nm.Preferably, the Lipidot ™ have a diameter ranging from 30 nm to 120 nm.
Marquage métallique des nanoparticules lipidiques :Metallic labeling of lipid nanoparticles:
Comme représenté sur les figures 2 et 3, les nanoparticules lipidiques sont recouvertes par une couche métallique 60. La couche 60 forme une couche continue ou discontinue autour des nanoparticules lipidiques.As shown in Figures 2 and 3, the lipid nanoparticles are covered by a metallic layer 60. The layer 60 forms a continuous or discontinuous layer around the lipid nanoparticles.
Par discontinue, on entend qu'elle peut être localisée uniquement au niveau des groupements S-H, ou encore au niveau des groupements S-H et entre certains groupements S-H (figure 2).By discontinuous, it is meant that it can be located only at the level of the S-H groups, or even at the level of the S-H groups and between certain S-H groups (FIG. 2).
Par continue, on entend que la couche métallique externe 60 recouvre complètement la nanoparticule lipidique (figure 3).By continuous, it is meant that the external metallic layer 60 completely covers the lipid nanoparticle (FIG. 3).
Le marquage des nanoparticules est un marquage fort via une liaison de coordination métallique du type S-M, avec M un métal.The marking of nanoparticles is a strong marking via a metallic coordination bond of the S-M type, with M a metal.
La couche métallique 60 est en or, en argent, en cuivre, en nickel, en cobalt, en iridium ou en un mélange de ceux-ciThe metallic layer 60 is made of gold, silver, copper, nickel, cobalt, iridium or a mixture of these
De préférence, elle est continue et en or ou en argent.Preferably, it is continuous and in gold or silver.
Le marquage métallique de nanoparticules lipidiques, en plus de faciliter leur caractérisation, peut trouver des applications thérapeutiques notamment en ce qui concerne la photo-thermique (destruction de cellules tumorales par irradiation des nanoparticules greffées, en tenant compte de l'épaisseur de la couche métallique 60 pour la longueur d'onde d'irradiation).The metallic marking of lipid nanoparticles, in addition to facilitating their characterization, can find therapeutic applications in particular with regard to photo-thermal (destruction of tumor cells by irradiation of the grafted nanoparticles, taking into account the thickness of the metallic layer 60 for the irradiation wavelength).
Procédé de caractérisation au TEM des nanoparticules lipidiques marquées :TEM characterization process for labeled lipid nanoparticles:
Pour caractériser au TEM les nanoparticules lipidiques, un échantillon de la solution de nanoparticules lipidiques marquées telles que définies précédemment est prélevé.To characterize the lipid nanoparticles at TEM, a sample of the solution of labeled lipid nanoparticles as defined above is taken.
L'échantillon est, par exemple, placé dans un porte-objet. Le porte-objet comprend une chambre d'observation, de préférence étanche, destinée à recevoir l'échantillon liquide. La chambre d'observation comprend deux faces principales, parallèles entre elles, destinées à être traversée par le faisceau d'électrons et une face latérale fermant la chambre d'observation. Les faces principales sont par exemple deux plaques en SiN. La face latérale a, par exemple, une épaisseur allant de 50nm à lpm. La chambre peut comprendre un système fluidique permettant de faire circuler un fluide à travers la chambre. Le procédé de marquage peut également être réalisé dans la chambre du porte-objet. La formation de la couche métallique externe peut ainsi être suivie au TEM.The sample is, for example, placed in a holder. The object-holder comprises an observation chamber, preferably sealed, intended to receive the liquid sample. The observation chamber comprises two main faces, parallel to each other, intended to be crossed by the electron beam and a lateral face closing the observation chamber. The main faces are for example two SiN plates. The lateral face has, for example, a thickness ranging from 50 nm to lpm. The chamber may include a fluid system for circulating a fluid through the chamber. The marking process can also be carried out in the chamber of the object-holder. The formation of the external metal layer can thus be monitored at TEM.
Les LNP marquées peuvent ensuite être caractérisées in situ par voie liquide. Les observations TEM montrent que les nanoparticules marquées selon l'invention sont bien visibles au TEM en voie liquide.The labeled LNPs can then be characterized in situ by the liquid route. TEM observations show that the nanoparticles labeled according to the invention are clearly visible with TEM in the liquid channel.
Procédé de préparation des nanoparticules lipidiques :Process for the preparation of lipid nanoparticles:
Nous allons maintenant décrire le procédé de préparation de nanoparticules lipidiques. II s'agit d'un procédé de préparation d'une nanoémulsion, comprenant une phase aqueuse continue et au moins une phase huileuse dispersée.We will now describe the process for preparing lipid nanoparticles. It is a process for preparing a nanoemulsion, comprising a continuous aqueous phase and at least one dispersed oily phase.
Les transporteurs lipidiques solides (SLN), les transporteurs lipidiques nanostructurés (NLC), et les nanoparticules lipidiques LNC peuvent être synthétisés soit par ultrasons pour de petites quantités soit par homogénéisation haute pression (HPH) pour des quantités industrielles.Solid lipid transporters (SLN), nanostructured lipid transporters (NLC), and LNC lipid nanoparticles can be synthesized either by ultrasound for small quantities or by high pressure homogenization (HPH) for industrial quantities.
Les nanocapsules lipidiques (LNC) peuvent aussi être synthétisées selon un procédé d'inversion de phase avec la température (PIT) ou par ultrasons.Lipid nanocapsules (LNC) can also be synthesized using a phase inversion with temperature (PIT) process or by ultrasound.
Nous allons décrire plus particulièrement le procédé de préparation d'une solution par sonication.We will describe more particularly the process for preparing a solution by sonication.
Le procédé comporte les étapes successives suivantes :The process includes the following successive steps:
al) préparation d'une phase huileuse comprenant le ou les composés lipidiques du cœur 10 lipidique, le surfactant lipidique amphiphile 21, éventuellement les molécules d'intérêt 41, a2) préparation d'une phase aqueuse comprenant éventuellement les surfactants hydrophiles additionnels 23, a3) dispersion de la phase huileuse dans la phase aqueuse, par exemple sous l'action d'un cisaillement, telle que par sonification, pour former des nanoparticules lipidiques ayant un cœur 10 lipidique entouré d'une coquille 20 lipidique.al) preparation of an oily phase comprising the lipid compound (s) of the lipid heart, the amphiphilic lipid surfactant 21, optionally the molecules of interest 41, a2) preparation of an aqueous phase optionally comprising the additional hydrophilic surfactants 23, a3 ) dispersing the oily phase in the aqueous phase, for example under the action of shearing, such as by sonication, to form lipid nanoparticles having a lipid core surrounded by a lipid shell.
Les surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22 peuvent être ajoutés lors de l'étape a2) ou a3).The functionalized hydrophilic surfactants 22 can be added during step a2) or a3).
Lors de l'étape al), le mélange peut éventuellement être facilité par mise en solution d'un des constituants ou du mélange complet dans un solvant organique approprié. Le solvant organique est ensuite évaporé, pour obtenir un mélange huileux homogène. Avantageusement, l'étape al) est réalisée à une température à laquelle l'ensemble des différents composés est liquide.During step a1), the mixing can optionally be facilitated by dissolving one of the constituents or the complete mixture in an appropriate organic solvent. The organic solvent is then evaporated, to obtain a homogeneous oily mixture. Advantageously, step a1) is carried out at a temperature at which all of the different compounds are liquid.
La phase aqueuse, préparée à l'étape a2), comprend, par exemple, de l'eau et/ou un tampon tel qu'un tampon phosphate, comme le PBS (« Phosphate Butter Saline ») ou une solution saline, par exemple du chlorure de sodium. La phase aqueuse pourrait également comporter un agent épaississant, comme du glycérol, un saccharide, un polysaccharide ou une protéine. On choisira de préférence une solution aqueuse non saline pour éviter la précipitation des sels lors de la caractérisation TEM.The aqueous phase, prepared in step a2), comprises, for example, water and / or a buffer such as a phosphate buffer, such as PBS (“Phosphate Butter Saline”) or a saline solution, for example sodium chloride. The aqueous phase could also include a thickening agent, such as glycerol, a saccharide, a polysaccharide or a protein. A non-saline aqueous solution is preferably chosen to avoid precipitation of the salts during the TEM characterization.
Le procédé peut comporter une étape dans laquelle des agents de ciblage sont greffés sur les surfactants hydrophiles 23 ou sur les surfactants hydrophiles additionnels 22. Le couplage peut être réalisé avant ou après l'émulsification (avant ou après l'étape a3). De préférence, le pH lors de la réaction de couplage est compris entre 5 et 11, et de préférence entre 6 et 8.The process may include a step in which targeting agents are grafted onto the hydrophilic surfactants 23 or onto the additional hydrophilic surfactants 22. The coupling can be carried out before or after the emulsification (before or after step a3). Preferably, the pH during the coupling reaction is between 5 and 11, and preferably between 6 and 8.
Avantageusement, lors de l'étape a3), la phase huileuse est dispersée dans la phase aqueuse à l'état liquide. II est préférable de réaliser le mélange à une température supérieure ou égale à la température de fusion des différents réactifs.Advantageously, during step a3), the oily phase is dispersed in the aqueous phase in the liquid state. It is preferable to carry out the mixing at a temperature greater than or equal to the melting point of the various reactants.
La proportion de phase huileuse et de phase aqueuse est très variable. On pourra choisir de 1 à 50%, de préférence de 5 à 40% en poids de phase huileuse et de 50 à 99%, et de préférence de 60 à 95% en poids de phase aqueuse.The proportion of oily phase and aqueous phase is very variable. One can choose from 1 to 50%, preferably from 5 to 40% by weight of oily phase and from 50 to 99%, and preferably from 60 to 95% by weight of aqueous phase.
L'émulsification est, de préférence, réalisée à l'aide d'un sonificateur ou d'un microfluidiseur. De préférence, la phase aqueuse puis la phase huileuse sont introduites dans les proportions souhaitées dans un récipient cylindrique approprié puis le sonificateur est plongé dans le milieu et mis en marche pendant une durée suffisante pour obtenir une nanoémulsion, le plus souvent quelques minutes. L'émulsion est ensuite purifiée par dialyse à l'aide membranes, typiquement avec un seuil de coupure de plus de 10 kDaltons (par ex membrane Roth Zellu Trans 12-14 kDa). On obtient alors une nanoémulsion homogène dans laquelle le diamètre moyen des gouttelettes d'huile va de 10 nm à 500 nm, et de préférence de 30 à 300 nm.The emulsification is preferably carried out using a sonicator or a microfluidizer. Preferably, the aqueous phase and then the oily phase are introduced in the desired proportions into an appropriate cylindrical container, then the sonicator is immersed in the medium and started up for a sufficient time to obtain a nanoemulsion, usually a few minutes. The emulsion is then purified by dialysis using membranes, typically with a cutoff threshold of more than 10 kDaltons (for example Roth Zellu Trans membrane 12-14 kDa). A homogeneous nanoemulsion is then obtained in which the average diameter of the oil droplets ranges from 10 nm to 500 nm, and preferably from 30 to 300 nm.
La nanoémulsion peut ensuite être conditionnée. Avant son conditionnement, la nanoémulsion peut être diluée et/ou stérilisée, par exemple par filtration et/ou dialyse. Cette étape permet d'éliminer les éventuels agrégats qui pourraient s'être formés au cours de la préparation de l'émulsion. L'émulsion ainsi obtenue est prête à l'emploi, le cas échéant après dilution.The nanoemulsion can then be packaged. Before packaging, the nanoemulsion can be diluted and / or sterilized, for example by filtration and / or dialysis. This step eliminates any aggregates that may have formed during the preparation of the emulsion. The emulsion thus obtained is ready for use, if necessary after dilution.
Procédé de marquage des nanoparticules lipidiques :Method for labeling lipid nanoparticles:
Le procédé de marquage des nanoparticules lipidiques, en vue de leur caractérisation par microscopie électronique à balayage, va maintenant être décrit. II est représenté schématiquement sur la figure 4. Le procédé de marquage comprend les étapes successives suivantes :The method of labeling lipid nanoparticles, with a view to their characterization by scanning electron microscopy, will now be described. It is shown diagrammatically in FIG. 4. The marking process comprises the following successive steps:
a) fourniture d'une solution aqueuse comprenant des nanoparticules lipidiques, les nanoparticules lipidiques comprenant un cœur 10 lipidique entouré d'une 20 coquille lipidique, la coquille lipidique comprenant des surfactants lipidiques amphiphiles 21, éventuellement des surfactants hydrophiles 23, et des surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22 par un groupement S-R avec R un groupement de protection de la fonction thiol,a) supply of an aqueous solution comprising lipid nanoparticles, the lipid nanoparticles comprising a lipid core 10 surrounded by a lipid shell, the lipid shell comprising amphiphilic lipid surfactants 21, optionally hydrophilic surfactants 23, and functionalized hydrophilic surfactants 22 by a group SR with R a group protecting the thiol function,
b) déprotection de la fonction S-R, par ajout d'une molécule de déprotection, ayant, par exemple, une fonction thiol, à la solution aqueuse, de manière à obtenir des surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22 avec un groupement S-H 50,b) deprotection of the S-R function, by adding a deprotection molecule, having, for example, a thiol function, to the aqueous solution, so as to obtain hydrophilic surfactants functionalized 22 with an S-H 50 group,
c) dissolution d'un sel métallique dans la solution de manière à recouvrir au moins localement les nanoparticules lipidiques avec une couche métallique 60, liée via des liaisons de coordination métallique aux groupements S-H 50 des surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22.c) dissolving a metal salt in the solution so as to cover at least locally the lipid nanoparticles with a metal layer 60, linked via metal coordination bonds to the S-H groups 50 of the functionalized hydrophilic surfactants 22.
De préférence, le groupement de protection de la fonction thiol S-R est choisi parmi la Spyridine, et un groupe triphénylméthyl, aussi appelé trityl, i.e. C(C6H5)3.Preferably, the group for protecting the thiol SR function is chosen from Spyridine, and a triphenylmethyl group, also called trityl, ie C (C 6 H 5 ) 3 .
Préférentiellement, S-R correspond au groupement S-Spyridine. Par exemple, le surfactant hydrophile fonctionnalisé 23 est un PEG ayant d'un côté une chaîne acide stéarique et de l'autre la fonction S-Spyridine, c'est-à-dire une thiopyridine. Le groupe R protège le thiol du surfactant hydrophile fonctionnalisé 23. On choisira, de préférence, pour R la Spyridine, qui peut être facilement retirée par réaction avec une molécule fonctionnalisée avec un thiol. Le groupement de protection de la fonction thiol S-R est positionné, de préférence en bout de la chaîne du PEG.Preferably, S-R corresponds to the S-Spyridine group. For example, the functionalized hydrophilic surfactant 23 is a PEG having on one side a stearic acid chain and on the other the S-Spyridine function, that is to say a thiopyridine. The group R protects the thiol from the functionalized hydrophilic surfactant 23. Preferably, for R, Spyridine will be chosen, which can be easily removed by reaction with a molecule functionalized with a thiol. The protection group for the thiol S-R function is positioned, preferably at the end of the PEG chain.
De préférence, la molécule ayant une fonction thiol est du dithiothréitol.Preferably, the molecule having a thiol function is dithiothreitol.
Par sel métallique, on entend un ou plusieurs sels métalliques du même métal et/ou un plusieurs sels de métaux différents. De préférence, le sel métallique est un sel d'or, d'argent, de cuivre, de nickel, de cobalt, ou d'iridium.By metal salt is meant one or more metal salts of the same metal and / or one or more salts of different metals. Preferably, the metal salt is a salt of gold, silver, copper, nickel, cobalt, or iridium.
De préférence, le sel métallique est ajouté en excès par rapport au groupement S-H 50. On choisira par exemple un excès de 30 équivalents maximum soit 3000%.Preferably, the metal salt is added in excess relative to the S-H 50 group. For example, an excess of 30 equivalents maximum is chosen, ie 3000%.
Exemples illustratifs et non limitatifs de modes de réalisation particuliers :Illustrative and nonlimiting examples of particular embodiments:
Nanoparticules lipidiques (LNP) et leur synthèseLe cœur lipidique 10 des LNP comprend 75% en poids de lipide solide (glycérides semi-synthétiques, vendue sous la dénomination commerciale Suppocire® NC (Gattefossé)) et 25% en poids de lipide liquide (huile de soja, enrichie à 75 % de phosphatidylcholine, vendue par la société Lipoïd sous la dénomination commerciale Lipoïd® S75)).Lipid nanoparticles (LNP) and their synthesis The lipid core 10 of LNP comprises 75% by weight of solid lipid (semi-synthetic glycerides, sold under the trade name Suppocire® NC (Gattefossé)) and 25% by weight of liquid lipid (oil of soy, enriched with 75% phosphatidylcholine, sold by the company Lipoïd under the trade name Lipoïd® S75)).
La coquille 20 comprend une monocouche de surfactants hydrophiles additionnels 23 (PEG) et de surfactants lipidiques amphiphiles 21 (lécithine) qui stabilise le cœur des LNP. La coquille comprend en outre des PEG fonctionnalisés 22 par des groupements S-Spyridine, intercalés entre les PEG hydrophiles additionnels 23.The shell 20 comprises a monolayer of additional hydrophilic surfactants 23 (PEG) and of amphiphilic lipid surfactants 21 (lecithin) which stabilizes the heart of the LNPs. The shell also comprises PEGs functionalized 22 by S-Spyridine groups, interposed between the additional hydrophilic PEGs 23.
A titre illustratif, les poids des différents réactifs utilisés sont : mélange eau/PBS : 1220mg, lipides internes (cœur) : 410mg, lécithine : 50mg, et PEG : 300mg.By way of illustration, the weights of the various reagents used are: water / PBS mixture: 1220 mg, internal lipids (heart): 410 mg, lecithin: 50 mg, and PEG: 300 mg.
Pour préparer les LNP, on mélange une phase huileuse, contenant les lipides formant le cœur lipidique et les surfactants lipidiques amphiphiles 21, avec une phase aqueuse, contenant les surfactants hydrophiles 23, et les surfactants hydrophiles fonctionnalisés 22. Après homogénéisation à 45°C, le mélange est soumis à une étape de sonification à 45°C, avec un sonificateur AV505 ® équipé d'une sonde conique de 3mm de diamètre (Sonies, Newtown).To prepare the LNPs, an oily phase is mixed, containing the lipids forming the lipid core and the amphiphilic lipid surfactants 21, with an aqueous phase, containing the hydrophilic surfactants 23, and the functionalized hydrophilic surfactants 22. After homogenization at 45 ° C., the mixture is subjected to a sonification step at 45 ° C., with an AV505® sonicator equipped with a conical probe of 3mm in diameter (Sonies, Newtown).
L'émulsion obtenue peut être dialysée avec une membrane de dialyse de manière à éliminer les réactifs n'ayant pas réagi.The emulsion obtained can be dialyzed with a dialysis membrane so as to remove the unreacted reagents.
Déprotection du groupements S-R des nanoparticules lipidiques et formation d'un groupement S-H :Deprotection of the S-R group of lipid nanoparticles and formation of an S-H group:
Afin de pouvoir fonctionnaliser de manière forte les LNP avec un métal, il faut déprotéger les fonctions thiol (SH) des LNP, c'est-à-dire casser le pont disulfure de la S-Spyridine greffée sur celles-ci. Pour cela, on utilise du DTT (Dithiothréitol) à hauteur de 20 équivalents que l'on ajoute directement dans une membrane de dialyse dans laquelle on a mis au préalable les LNP. Le solvant utilisé pour la dialyse est de l'eau ultrapure. La dialyse dure environ 24h et l'eau doit être changée le plus souvent possible afin d'éliminer le groupe SPyridine et le DTT en excès.In order to be able to strongly functionalize the LNPs with a metal, it is necessary to deprotect the thiol (SH) functions of the LNPs, that is to say to break the disulfide bridge of the S-Spyridine grafted onto them. For this, DTT (Dithiothreitol) is used up to 20 equivalents which are added directly to a dialysis membrane into which the LNPs have been placed beforehand. The solvent used for dialysis is ultrapure water. The dialysis lasts approximately 24 hours and the water should be changed as often as possible in order to eliminate the SPyridine group and the excess DTT.
Marquage des nanoparticules lipidiques par de l'or via une liaison de coordination métallique :Labeling of lipid nanoparticles with gold via a metallic coordination bond:
Les lots de LNP comprennent 3,55.1014 particules/mL. On prélève 400pL de LNP à l'aide d'une micropipette, ce qui représente 1,42.1014 particules. Sachant qu'il y a environ 1300 groupes thiol par particule, on a 1,85.1017 groupements SH dans les 400pL prélevés, soit 3,07.10 7 moles de SH.LNP lots include 3.55.10 14 particles / mL. 400 μL of LNP are removed using a micropipette, which represents 1.42 × 10 14 particles. Knowing that there are approximately 1300 thiol groups per particle, there are 1.85.10 17 SH groups in the 400 μL sampled, ie 3.07.10 7 moles of SH.
On ajoute 1,2 mg de sel de chlorure d'or (HAuCI4.3H2O, n°CAS : 1696125-4, M=393,83 g/mol). Le sel est en excès de 10% par rapport au nombre de moles de SH.1.2 mg of gold chloride salt are added (HAuCI 4 .3H 2 O, CAS number: 1696125-4, M = 393.83 g / mol). The salt is in excess of 10% relative to the number of moles of SH.
La réaction est réalisée dans un tube Eppendorf. On laisse réagir pendant 24h. Le tout est ensuite mis à dialyser pendant une durée de 24h.The reaction is carried out in an Eppendorf tube. Leave to react for 24 hours. The whole is then dialyzed for a period of 24 hours.
Caractérisation des nanoparticules lipidiques par microscopie électronique en transmission :Characterization of lipid nanoparticles by transmission electron microscopy:
Les LNP marqués ont été récupérées et observées en TEM en voie sèche, sans coloration négative, en cryogénie et en in-situ liquide.The labeled LNPs were recovered and observed in dry TEM, without negative staining, in cryogenics and in liquid in situ.
Il apparaît qu'en voie sèche (figure 5), les LNP marquées avec de l'or sont peu ou pas visibles. Les particules sont peut-être encore trop sensibles pour être observées une fois séchées. La même tendance se retrouve par voie cryogénique (figure 6) : les particules sont visibles mais déformées.It appears that in the dry process (Figure 5), the LNPs marked with gold are barely visible at all. The particles may still be too sensitive to be seen when dried. The same trend is found cryogenic (Figure 6): the particles are visible but deformed.
Les LNP ayant une couche métallique en or sont bien visibles lorsqu'elles sont observées en TEM in-situ liquide (figure 7). Les contrastes obtenus ont été comparés avec des LNP greffées avec des nanoparticules d'or, stabilisées dans du citrate. Les contrastes avec une coquille sont supérieurs à ceux obtenus avec les nanoparticules d'or. L'amélioration du contraste peut être due à un meilleur greffage des ions or sur les thiols et/ou à une quantité d'or plus importante.LNPs with a metallic layer of gold are clearly visible when observed in liquid in-situ TEM (Figure 7). The contrasts obtained were compared with LNPs grafted with gold nanoparticles, stabilized in citrate. The contrasts with a shell are greater than those obtained with the gold nanoparticles. The improvement in contrast may be due to better grafting of the gold ions onto the thiols and / or to a greater quantity of gold.
Les résultats ont été comparés avec des LNP comprenant des PEG dépourvus de groupements S-R. Il a été confirmé que le greffage de l'or sur ces LNP n'a pas fonctionné. Aucune LNP n'est observable au TEM avec cet échantillon. On peut seulement voir des particules d'or.The results were compared with LNPs comprising PEGs lacking S-R groups. It has been confirmed that the grafting of gold on these LNPs did not work. No LNP is observable at TEM with this sample. You can only see gold particles.
Marquage des nanoparticules lipidiques par de l'argent via une liaison de coordination métallique et observation par microscopie électronique en transmission :Labeling of lipid nanoparticles with silver via a metal coordination link and observation by transmission electron microscopy:
Dans cet exemple, 0,52mg de sel de nitrate d'argent (AgNO3, n°CAS : 7761-88-8, M= 169,87 g/mol) a été ajouté aux LNP dans un tube Eppendorf, ce qui 5 représente un excès de 10% molaire.In this example, 0.52 mg of silver nitrate salt (AgNO 3 , CAS #: 7761-88-8, M = 169.87 g / mol) was added to the LNPs in an Eppendorf tube, which 5 represents an excess of 10 mol%.
L'ensemble est laissé à réagir pendant 24h, puis une dialyse est réalisée pendant 22h.The whole is left to react for 24 hours, then dialysis is carried out for 22 hours.
Les LNP marqués sont récupérés et observés en TEM en cryogénie (figure 8) et en in-situ liquide (figure 9). Les LNP ne sont pas caractérisables par cryogénie, seules les nanoparticules d'argent sont visibles. Les LNP marquées sont, en revanche, particulièrement bien visibles lorsqu'elles sont observées en TEM in-situ liquide.The labeled LNPs are recovered and observed in TEM in cryogenics (Figure 8) and in liquid in-situ (Figure 9). LNPs cannot be characterized by cryogenics, only the silver nanoparticles are visible. The marked LNPs are, however, particularly clearly visible when observed in liquid in-situ TEM.
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