L’administration transdermique de médicaments est une alternative aux systèmes d’administration de médicaments oraux ou invasifs. Cette approche est associée à plusieurs avantages, notamment sa capacité à contourner le métabolisme de premier passage et son administration non invasive de médicaments qui peuvent conduire à une meilleure observance du patient.
Étude: Administration transdermique non invasive de biomacromolécules avec du chitosane modifié par des fluorocarbures pour l’immunothérapie contre le mélanome et les vaccins transdermiques. Crédit d’image : Volodimir Zozulinskyi / Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Malgré ses avantages, l’administration transdermique de médicaments est limitée aux médicaments qui sont fortement hydrophobes avec une masse moléculaire plus faible. Ainsi, les macromolécules hydrophiles comme les peptides, les acides nucléiques et les protéines ne peuvent pas être délivrées efficacement par cette approche. Les systèmes d’administration transdermique pour les vaccins contre le syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (anti-SARS-CoV-2) sont un domaine de recherche actuel.
Plusieurs systèmes d’administration transdermique de médicaments ont été développés pour les bio-macromolécules telles que les protéines. Cependant, ces systèmes sont associés à plusieurs défis, notamment une efficacité insatisfaisante, une incapacité à fournir des protéines de poids moléculaire élevé et d’autres effets indésirables tels que des lésions cutanées entraînant des infections, une incapacité à s’auto-administrer et des processus de fabrication compliqués.
Un polymère cationique naturel biodégradable connu sous le nom de chitosane (CS) possède des propriétés mucoadhésives et antibiotiques. En particulier, le CS modifié au fluorocarbone (FCS) a démontré une administration transmuqueuse efficace de médicaments, ce qui a conduit les chercheurs dans une récente Place de la Recherche* prépublication pour évaluer l’efficacité de ce système pour le développement de vaccins contre le SRAS-CoV-2 et l’immunothérapie tumorale. L’article est à l’étude dans Nature Portfolio Journal.
Résultats de l’étude
Dans la présente étude, des nanocomplexes ont été formés en mélangeant FCS avec de l’ovalbumine (OVA) et de l’immunoglobuline G (IgG) pour créer respectivement FCS/IgG et FCS/OVA. La structure et l’activité de l’IgG et de l’OVA sont restées pratiquement inchangées après la formation de nanocomplexes avec le FCS.
La délivrance transdermique des FCS/IgG et FCS/OVA a été confirmée. Les deux nanocomplexes ont montré la capacité de pénétration la plus élevée dans la peau à un rapport de masse de 1:1.
Les mécanismes sous-jacents à la délivrance transdermique intercellulaire de ces nanoparticules ont été étudiés à l’aide d’une monocouche de cellules HACAT de derme de peau humaine, où les chercheurs ont surveillé la résistance électrique transépithéliale (TEER) sur ses deux côtés. L’ajout de FCS/IgG a temporairement ouvert les jonctions serrées et élargi les espaces intercellulaires.
Les chercheurs ont ensuite évalué la voie transappendiculaire de l’administration transdermique de médicaments, qui est importante dans le transport des macromolécules hydrosolubles à travers les glandes sébacées, les follicules pileux et les glandes sudoripares. Cette voie s’est avérée jouer un rôle essentiel dans l’administration transdermique de nanoparticules à base de FCS.
De même, les chercheurs ont également étudié la voie transcellulaire de l’administration transdermique du médicament, qui reflète le passage direct du médicament à travers les kératinocytes. Une implication négligeable de la voie transcellulaire a été trouvée dans la délivrance transdermique de nanoparticules à base de FCS. Ainsi, il a été déduit que les voies transappendiculaires et intercellulaires étaient les principaux systèmes d’administration transdermique de médicaments des nanoparticules contenant du FCS.
Un ‘complexe anticorps FCS/radio-isotope125 marqué IgG (125I-IgG) ou FCS/125 La formulation de crème I-IgG a été appliquée localement sur des tumeurs de mélanome de souris pour quantifier les anticorps transmis à différents intervalles de temps. Une transmission continue et une distribution uniforme des anticorps dans la tumeur ont été observées.
Par la suite, un in vivo le traitement des tumeurs du mélanome par administration transdermique de FCS/anti-programmed death ligand-1 (FCS/aPDL 1) a été réalisé. Les souris atteintes de tumeurs de mélanome ont été divisées en quatre catégories : non traitées, traitées par administration intraveineuse d’aPDL1 libre, ainsi que celles traitées par administration transdermique à base de crème de CS/PDL1. Toutes les souris ont été observées pendant vingt jours.
Le groupe traité par FCS/aPDL1 a obtenu une inhibition tumorale réussie après le troisième traitement avec la survie la plus longue et les taux de croissance tumorale les plus faibles. Cependant, une inhibition tumorale négligeable a été induite par les groupes traités avec aPDL1 libre et CS/aPDL1.
Pour étudier le mécanisme d’activation immunitaire de l’immunothérapie administrée par voie transdermique, des tumeurs de différents groupes ont été collectées et analysées au jour 12. Le groupe traité par FCS/aPDL a révélé un pourcentage accru de CD4+ et CD8+ Cellules T.
Administration transdermique du vaccin contre le SRAS-CoV-2. (a) Une illustration schématique de l’administration transdermique du vaccin SARS-CoV-2 et des réponses immunitaires déclenchées. Après administration transdermique, ces nano-vaccins SARS-CoV-2 pourraient activer les cellules immunitaires telles que les DC dans le derme, ou migrer vers les ganglions lymphatiques voisins pour une activation immunitaire. (b) Illustration schématique de la conception expérimentale montrant l’administration transdermique du vaccin contre le SRAS-CoV-2. (c & d) DLS (c) et potentiel zêta (d) des vaccins transdermiques à base de FCS avec différents rapports de masse de 1: 1: 1 à 4: 1: 1. ( e ) La capacité de pénétration cutanée du vaccin transdermique à base de FCS avec différents rapports de masse. ( f ) Titres d’anticorps IgG spécifiques du SRAS-CoV-2 à différents intervalles de temps déterminés par ELISA. (g&h) Quantification des CD4+ Cellules T, CD8+ Lymphocytes T dans la rate au jour 28. (i&j) Quantification de l’IFN-γ+ sécréter des CD4+ Cellules T (CD3+CD4+ IFN-γ+) et CD8+ Cellules T (CD3+CD8+ IFN-γ+) dans la rate au jour 28. (k&l) Quantification d’OVA-Cy5.5+ (CD45+CD11c+Cy5.5+) dans les DC dans (k) les ganglions lymphatiques et (l) la peau. (m&n) Quantification de (m) maturation des DC (CD45+CD11c+CD86+) et (n) activation du récepteur des lymphocytes T (TCR) (CD45+CD3+CD8+CD69+) dans les ganglions lymphatiques. Toutes les illustrations ont été créées avec BioRender.com. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± écart type (n = 4 ou 6). La signification statistique a été calculée via une ANOVA unidirectionnelle avec un test post-hoc de Tukey. *P < 0,05 ; **P < 0,01 ; ***P < 0,001.
Le CD8+ L’activité des lymphocytes T a été analysée en utilisant le granzyme B, Ki67 et l’interféron g (IFN-g). Une infiltration et une activation efficaces des cellules T marquées par des niveaux élevés des trois marqueurs ont été trouvées dans le groupe traité par FCS/aPDL.
Infiltration de CD4+ et CD8+ Les cellules T, ainsi que l’expression des trois biomarqueurs susmentionnés, sont restées inchangées chez les souris traitées avec IV aPDL1 et transdermique CS/aPDL1 transdermique. Il a donc été déduit que le FCS/aPDL délivré par voie transdermique entraînait une réponse immunitaire antitumorale accrue.
Une thérapie combinée utilisant la protéine 4 associée aux lymphocytes T anti-cytotoxiques (aCTLA4) et aPDL1 avec une administration transdermique à base de FCS a été évaluée. La délivrance transdermique a présenté un effet thérapeutique synergique de FCS/aPDL1/ACTLA4 par rapport au FCS/aPDL1 ou FCS/ACTLA4 délivré par voie transdermique.
Fait intéressant, la thérapie combinée a également inhibé les tumeurs distantes. A l’analyse des tumeurs distantes, une augmentation des CD8+ Cellules T, en particulier Ki67+ CD8+ Des cellules T, ainsi qu’une diminution des cellules T régulatrices (Tregs), ont été trouvées.
Ensuite, le vaccin SARS-CoV-2 transdermique à base de FCS a été synthétisé (FCS/S1/PolyIC). L’OVA a été utilisé comme antigène, avec le rapport FCS:antigène:PolyIC optimisé dans le vaccin. FCS/OVA/PolyIC à un rapport de masse de 2:1:1 avec une taille relativement petite a révélé la pénétrabilité cutanée la plus élevée et a été étudié plus en détail.
Invivo des expériences ont été menées en divisant les souris en trois groupes de souris non traitées, traitées avec FCS/S1/PolyIC délivré par voie transdermique et traitées avec S1/PolyIC injecté par voie sous-cutanée. Les deux groupes traités ont révélé des titres d’anticorps similaires après deux semaines, indiquant ainsi une activation similaire des lymphocytes B. L’activation effective de l’immunité humorale a été observée en 30 jours.
L’immunité cellulaire a été évaluée en évaluant la rate de toutes les souris pour les lymphocytes T cytotoxiques 28 jours après l’administration primitive. A cet effet, CD4+ et CD8+ L’infiltration des lymphocytes T était similaire dans tous les groupes.
La sécrétion d’IFN-g par les lymphocytes T et le pourcentage de lymphocytes T mémoire ont été considérablement augmentés dans le FCS/S1/PolyIC administré par voie transdermique. Cela indique une réponse des lymphocytes T plus forte et un effet de mémoire immunitaire à long terme par rapport au S1/PolyIC injecté par voie sous-cutanée.
La capacité de perméation exacte des vaccins a été mesurée en utilisant l’OVA marqué au Cy5.5 comme antigène en mesurant l’accumulation d’antigène dans les ganglions lymphatiques après 24 heures d’administration du vaccin. Une rétention d’OVA plus faible a été observée chez les souris ayant reçu du FCS/S1/PolyIC administré par voie transdermique
Les cellules dendritiques (CD) sous la peau ont révélé une absorption d’OVA plus élevée chez les souris traitées par FCS/S1/PolyIC. Ainsi, l’administration transdermique de ce vaccin active directement les CD, qui migrent ensuite vers les ganglions lymphatiques déclenchant d’autres réponses immunitaires.
Comparativement, après l’injection sous-cutanée, l’antigène et l’adjuvant migrent séparément vers les ganglions lymphatiques et sont plus susceptibles d’être déplétés par des cellules immunitaires non spécifiques, indiquant ainsi une activation moins efficace des DC.
Une activation des lymphocytes T et une maturation des DC comparables ont été observées avec les deux voies d’administration du vaccin. Il a donc été déduit que l’administration de vaccin transdermique à base de FCS déclenche une immunité cellulaire plus forte et une immunité humorale similaire, mais une pénétration d’antigène inférieure par rapport à l’administration de vaccin sous-cutané.
conclusion
Dans l’ensemble, l’étude actuelle démontre que le système d’administration transdermique à base de FCS est efficace dans l’administration de biomacromolécules, ce qui élargit la gamme potentielle de thérapies administrées par voie topique.
*Avis important
Place de la recherche publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
