Evaluation d’une méthode d’imagerie permettant de mesurer l’intégrité de nanovecteurs lipidiques après injection intramusculaire chez le rat

Depuis plusieurs années, les nanoparticules thérapeutiques suscitent une grande attention dans le domaine pharmaceutique en raison de leur capacité à délivrer des traitements personnalisés et efficaces avec moins d’effets secondaires. Malgré la présence de nombreuses publications sur les avantages des nanoparticules thérapeutiques, seul un faible nombre de « nanomédicaments » sont actuellement mis sur le marché. La compréhension des mécanismes complexes d’interaction des nanoparticules avec les barrières biologiques et l’étude de leur intégrité post-administration sont actuellement des limites à dépasser pour accroitre le développement de nouveaux médicaments. Une connaissance approfondie de ces paramètres permettrait à terme d’optimiser les performances de ciblage, mais aussi d’améliorer la délivrance d’actifs thérapeutiques en comparaison aux traitements existants. Dans le cadre de futures études pré-cliniques visant à la validation de candidats médicaments nanovectorisés, il est actuellement essentiel de développer des outils permettant de caractériser leur devenir une fois administré in vivo. Au cours de la pandémie de COVID-19, l’usage thérapeutique des nanoparticules lipidiques s’est amplifié via le développement des vaccins Pfizer/BioNtech et Moderna. Depuis plusieurs années, la communauté scientifique a acquis une expertise dans le développement de nanoparticules lipidiques – notamment des nanocapsules lipidiques – utilisant des matériaux biocompatibles et biodégradables. Alors que l’innocuité in vitro des nanocapsules lipidiques a été montré au cours de multiples études, leur profil pharmacocinétique après injection intramusculaire in vivo demeure peu connu. Une méthode innovante de spectroscopie localisée de diffusion par résonance magnétique a été développée par notre plateforme technique. À ce jour, cette nouvelle méthode permet de caractériser in vitro les propriétés intrinsèques de chacun des composants qu’ils soient pris séparément ou associés sous forme de nanomédicaments. L’objectif principal de ce projet est d’évaluer la capacité de cette nouvelle méthode de caractérisation à suivre le devenir, et potentiellement l’intégrité, de thérapies in vivo. Les objets testés seront des nanocapsules lipidiques de tailles variables afin de solliciter différents mécanismes d’internalisation cellulaires.

Les bénéfices attendus par ce projet seront de proposer une méthode de suivi des nanomédicaments, en particulier des nanocapsules lipidiques qui sont des nanoparticules analogues à celles actuellement largement utilisées dans le cadre de la lutte contre le COVID-19. La méthode proposée se base sur des appareillages largement rependus en clinique et pourra de ce fait être déployée dans les services de radiologie. Il est à noter que cette méthode d’imagerie fonctionne en l’absence de rayonnements ionisants et de part son caractère non invasif, permet des mesures répétées sur les mêmes individus et in fine permet d’obtenir l’information recherchée tout en limitant le nombre d’individus nécessaires. Dans le cadre de l’étude du devenir des nanocapsules lipidiques après injection intramusculaire, cette technique nous permettra de caractériser la cinétique de dégradation et ou d’internalisation de ces nanomédicaments en fonction du temps mais aussi d’étudier l’influence de la taille de ces nanomédicaments sur les cinétiques de dégradation et ou d’internalisation puisqu’il a été démontré qu’en fonction de la taille des objets, la voie d’internalisation préférentielle diffère. À plus long terme, nous pouvons espérer que cette technique pourra être déclinée pour l’étude d’autres nanomédicaments ou de vesicules endogènes.

Trois procotoles sur des rats Sprague-Dawley femelles de 12 semaines permettront d’évaluer par imagerie par résonance magnétique (IRM) le devenir de nanocapsules lipidiques de différents diamètre (50 nm, 100 nm et 25 nm respectivement) après injection intramusculaire de 50 µL de suspension. Chacun de ces protocoles sera divisé en deux études. La première étude évaluera la dose permettant d’observer les nanocapsules lipidiques durant la phase précoce après l’injection. 3 lots de 5 rats recevront une injection intramusculaire de nanocapsules lipidiques à différentes doses et suivront juste après un examen d’imagerie/spectroscopie par IRM. Tous les gestes de cette étude sont réalisés sous anesthésie générale en 40 à 50 minutes pour chaque animal avec un suivi permanent de la température et la respiration. La seconde étude évaluera l’impact du temps sur la mesure suivant l’injection intramusculaire de nanocapsules lipidiques. 2 lots de 8 rats recevront une injection intramusculaire de suspension de nanocapsules lipidiques (dose déterminée selon les résultat de la première étude). Tous les animaux de cette étude suivront un examen d’imagerie/spectroscopie par IRM selon ces temps d’observation : Groupe 1 : 1h, 6h, 12h, 24h, 48h. Groupe 2 : 1h, 3h, 9h, 24h, 48h. Tous les gestes de cette étude sont réalisés sous anesthésie générale en 40 à 50 minutes pour chaque point d’étude pour chaque animal avec un suivi permanent de la température et la respiration.

Les effets indésirables potentiels sont principalement liés à l’injection intramusculaire et aux anesthésies répétées. Dans des études antérieures (Nel, 2018 & 2019), l’injection IM de 40µL de suspensions de nanocapsules lipidiques (LNC) ne s’est jamais accompagnée d’effets indésirables notoires. Toutefois, nous avons identifié cette phase du protocole comme point de vigilance. Il est à noter que nous aurons une information anatomique du point d’injection grace à la réalisation d’IRM. Les anesthésies répétées peuvent quant à elles s’accompagner de déshydratation. Une injection de 1 ml de serum physiologique sera réalisée au niveau de l’espace interscapulaire à la fin de chaque série de mesure. D’ordre général, une attention particulière sera portée à l’évaluation de l’inconfort des animaux durant les heures et les 2 jours suivant l’injection intramusculaire.

Procédure 1 : Injection intramusculaire de suspensions de nanocapsules lipidiques (LNC) et examen d’imagerie/spectroscopie par IRM : évaluation de la dose permettant d’observer les LNC durant la phase précoce après l’injection (étude 1). Cette procédure requierts la mise à mort de l’ensemble des animaux, car le prélevement du muscle injecté est prévu en fin d’étude (à T = 1h post-injection). Une analyse histologique de la zone prélevée sera ensuite faite par microscopie électronique à transmission pour localiser les nanocapsules lipidiques. Cette localisation visuelle permettra d’établir d’éventuels liens de corrélation entre les résultats obtenus par spectroscopie de diffusion et microscopie électronique à transmission. Procédure 2 : Injection intramusculaire de suspensions de nanocapsules lipidiques (LNC) et examen d’imagerie/spectroscopie par IRM : évaluation de l’impact du temps suivant l’injection d’une suspension de LNC sur la mesure (étude 2). Cette procédure requierts la mise à mort de l’ensemble des animaux, car le prélevement du muscle injecté est prévu en fin d’étude (à T = 48h post-injection). Une analyse histologique de la zone prélevée sera ensuite faite par microscopie électronique à transmission pour localiser les nanocapsules lipidiques. Cette localisation visuelle permettra d’établir d’éventuels liens de corrélation entre les résultats obtenus par spectroscopie de diffusion et microscopie électronique à transmission.

Le rat est un modèle utilisé au laboratoire comme modèle préclinique. Des rats Sprague Dawley femelles de 12 semaines seront utilisés afin de pouvoir injecter en totalité le volume de suspensions de nanocapsules lipidiques nécessaire sans induire de souffrance pour l’animal ni de perte de produit, qui seraient conséquentes à un volume musculaire trop faible rencontré chez des rats plus jeunes.