46 research outputs found

    Characterisation of aggregates of cyclodextrin-drug complexes using Taylor Dispersion Analysis

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    There is a need to understand the nature of aggregation of cyclodextrins (CDs) with guest molecules in increasingly complex formulation systems. To this end an innovative application of Taylor dispersion analysis (TDA) and comparison with dynamic light scattering (DLS) have been carried out to probe the nature of ICT01-2588 (ICT-2588), a novel tumor-targeted vascular disrupting agent, in solvents including a potential buffered formulation containing 10% hydroxypropyl-β-cyclodextrin. The two hydrodynamic sizing techniques give measurement responses are that fundamentally different for aggregated solutions containing the target molecule, and the benefits of using TDA in conjunction with DLS are that systems are characterised through measurement of both mass- and z-average hydrodynamic radii. Whereas DLS measurements primarily resolve the large aggregates of ICT01-2588 in its formulation medium, methodology for TDA is described to determine the size and notably to quantify the proportion of monomers in the presence of large aggregates, and at the same time measure the formulation viscosity. Interestingly TDA and DLS have also distinguished between aggregate profiles formed using HP-β-CD samples from different suppliers. The approach is expected to be widely applicable to this important class of drug formulations where drug solubility is enhanced by cyclodextrin and other excipients

    Développement de nanovecteurs multicompartimentaux à base de cyclodextrines amphiphiles et de lipides pour des applications en nanomédecine

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    The key idea of this Ph.D. thesis is to introduce amphiphilic β-cyclodextrin molecules (βCD), obtained by bio-transesterification, within lipid mesophases in order to obtain multi-compartment plurimolecular nano-assemblies, which combine three essential functions for transport or delivery of therapeutic molecules: (i) capacity to incorporate a substance of interest through formation of inclusion complexes with the modified cyclodextrin; (i) biocompatibility and ability to easily pass the biological barriers; and (iii) possibility for co-encapsulation of a second substance of interest, a hydrophilic or a hydrophobic one, whose biological action is different from that provided by the first substance. The performed Ph. D. work focused on the β-cyclodextrin derivative βCD-C10 with an average degree of substitution of 7.5 of the secondary face of the macrocycle by hydrocarbon chains C10. The association of this derivative with three classes of amphiphiles was studied: (i) nonionic micellar surfactants (Brij 98, Polysorbate 80, n-dodecyl β-D-maltoside), (ii) a lyotropic nonlamellar lipid forming bicontinuous cubic mesophases (monoolein), and (iii) a phospholipid (dimyristoyl phosphatidylcholine), which self-ssembles into bilayer membranes permitting the production of vesicles.The employed physical-chemical approach involved different techniques for characterization of the mixed βCD-C10/lipid systems at molecular and supramolecular levels: cryo-transmission electron microscopy, X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, UV-visible absorption spectroscopy, fluorescence spectroscopy, turbidimetry, and quasi-elastic light scattering.The obtained results indicated that the βCD-C10 derivative forms spontaneously (or via a very simple preparation protocol) plurimolecular mixed nano-assemblies with the three types of lipids. The topologies of the resulting nano-assemblies essentially depend on the chemical structures of the lipids and the degree of incorporation of the amphiphilic cyclodextrin (tubules, unilamellar or oligolamellar vesicles, and cubosomes). These assemblies, namely the mixed vesicles of nonionic surfactant/βCD-C10 and the cubosomes of mixed monoolein/P80/βCD-C10 compositions, are stable and capable of incorporation of hydrophobic guest substances.L’idée directrice de ce travail de thèse était d’introduire au sein de mésophases lipidiques des molécules de β-cyclodextrine (βCD) amphiphiles obtenue par bio-estérification afin d’obtenir des nano-assemblages plurimoléculaires et multi-compartimentés combinant trois fonctions essentielles pour le transport ou la vectorisation de molécules thérapeutiques : (i) la capacité d’incorporer une substance d’intérêt par formation de complexe d’inclusion avec la cyclodextrine ; (ii) être biocompatibles et aptes à passer facilement les barrières biologiques ; (iii) pouvoir co-incorporer une seconde substance d’intérêt, hydrophile ou hydrophobe, dont l’action biologique soit différente de celle assurée par la première substance. L’ensemble des travaux ont porté sur le dérivé βCD-C10 polysubstitué en face secondaire par des chaînes hydrocarbonées en C10 avec un degré moyen de substitution de 7,5. L’association de ce dérivé avec trois catégories de lipides a été envisagée : des tensioactifs micellaires non-ioniques (Brij 98, Polysorbate 80, n-dodécyl-β-D-maltoside), un lipide lyotrope non lamellaire formant des mésophases de type cubique bicontinue (monooléine), un phospholipide s’auto-organisant en bicouches propices à l’obtention de vésicules (dimyristoyl phosphatidylcholine). Selon une démarche principalement physico-chimique, différentes techniques ont été mises en œuvre pour caractériser les systèmes mixtes lipide/βCD-C10 aux échelles moléculaire et supramoléculaire : diffusion-diffraction des rayons X, calorimétrie différentielle, spectrophotométrie d’absorption UV-visible, spectroscopie de fluorescence, diffusion de la lumière statique (turbidimétrie) ou quasi-élastique, microscopie optique et microscopie électronique par cryo-transmission. L’ensemble des résultats démontrent que le dérivé βCD-C10 forme spontanément ou selon un protocole très simple, des assemblages plurimoléculaires mixtes avec les trois catégories de lipides, assemblages dont la topologie dépend de la structure chimique du lipide et du taux de cyclodextrine amphiphile incorporé (tubules, vésicules uni- ou oligolamellaires, cubosomes). Ces assemblages sont stables et capables d’incorporer une substance hôte hydrophobe, notamment les vésicules mixtes tensioactif non-ionique/ βCD-C10 et les cubosomes mixtes monooléine/P80/ βCD-C10

    Development of multicompartment nanocarriers based on amphiphilic cyclodextrins and lipids for application in nanomedicine

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    L’idée directrice de ce travail de thèse était d’introduire au sein de mésophases lipidiques des molécules de β-cyclodextrine (βCD) amphiphiles obtenue par bio-estérification afin d’obtenir des nano-assemblages plurimoléculaires et multi-compartimentés combinant trois fonctions essentielles pour le transport ou la vectorisation de molécules thérapeutiques : (i) la capacité d’incorporer une substance d’intérêt par formation de complexe d’inclusion avec la cyclodextrine ; (ii) être biocompatibles et aptes à passer facilement les barrières biologiques ; (iii) pouvoir co-incorporer une seconde substance d’intérêt, hydrophile ou hydrophobe, dont l’action biologique soit différente de celle assurée par la première substance. L’ensemble des travaux ont porté sur le dérivé βCD-C10 polysubstitué en face secondaire par des chaînes hydrocarbonées en C10 avec un degré moyen de substitution de 7,5. L’association de ce dérivé avec trois catégories de lipides a été envisagée : des tensioactifs micellaires non-ioniques (Brij 98, Polysorbate 80, n-dodécyl-β-D-maltoside), un lipide lyotrope non lamellaire formant des mésophases de type cubique bicontinue (monooléine), un phospholipide s’auto-organisant en bicouches propices à l’obtention de vésicules (dimyristoyl phosphatidylcholine). Selon une démarche principalement physico-chimique, différentes techniques ont été mises en œuvre pour caractériser les systèmes mixtes lipide/βCD-C10 aux échelles moléculaire et supramoléculaire : diffusion-diffraction des rayons X, calorimétrie différentielle, spectrophotométrie d’absorption UV-visible, spectroscopie de fluorescence, diffusion de la lumière statique (turbidimétrie) ou quasi-élastique, microscopie optique et microscopie électronique par cryo-transmission. L’ensemble des résultats démontrent que le dérivé βCD-C10 forme spontanément ou selon un protocole très simple, des assemblages plurimoléculaires mixtes avec les trois catégories de lipides, assemblages dont la topologie dépend de la structure chimique du lipide et du taux de cyclodextrine amphiphile incorporé (tubules, vésicules uni- ou oligolamellaires, cubosomes). Ces assemblages sont stables et capables d’incorporer une substance hôte hydrophobe, notamment les vésicules mixtes tensioactif non-ionique/ βCD-C10 et les cubosomes mixtes monooléine/P80/ βCD-C10.The key idea of this Ph.D. thesis is to introduce amphiphilic β-cyclodextrin molecules (βCD), obtained by bio-transesterification, within lipid mesophases in order to obtain multi-compartment plurimolecular nano-assemblies, which combine three essential functions for transport or delivery of therapeutic molecules: (i) capacity to incorporate a substance of interest through formation of inclusion complexes with the modified cyclodextrin; (i) biocompatibility and ability to easily pass the biological barriers; and (iii) possibility for co-encapsulation of a second substance of interest, a hydrophilic or a hydrophobic one, whose biological action is different from that provided by the first substance. The performed Ph. D. work focused on the β-cyclodextrin derivative βCD-C10 with an average degree of substitution of 7.5 of the secondary face of the macrocycle by hydrocarbon chains C10. The association of this derivative with three classes of amphiphiles was studied: (i) nonionic micellar surfactants (Brij 98, Polysorbate 80, n-dodecyl β-D-maltoside), (ii) a lyotropic nonlamellar lipid forming bicontinuous cubic mesophases (monoolein), and (iii) a phospholipid (dimyristoyl phosphatidylcholine), which self-ssembles into bilayer membranes permitting the production of vesicles.The employed physical-chemical approach involved different techniques for characterization of the mixed βCD-C10/lipid systems at molecular and supramolecular levels: cryo-transmission electron microscopy, X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, UV-visible absorption spectroscopy, fluorescence spectroscopy, turbidimetry, and quasi-elastic light scattering.The obtained results indicated that the βCD-C10 derivative forms spontaneously (or via a very simple preparation protocol) plurimolecular mixed nano-assemblies with the three types of lipids. The topologies of the resulting nano-assemblies essentially depend on the chemical structures of the lipids and the degree of incorporation of the amphiphilic cyclodextrin (tubules, unilamellar or oligolamellar vesicles, and cubosomes). These assemblies, namely the mixed vesicles of nonionic surfactant/βCD-C10 and the cubosomes of mixed monoolein/P80/βCD-C10 compositions, are stable and capable of incorporation of hydrophobic guest substances

    Nano-Assemblies of Modified Cyclodextrins and Their Complexes with Guest Molecules: Incorporation in Nanostructured Membranes and Amphiphile Nanoarchitectonics Design

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    A variety of cyclodextrin-based molecular structures, with substitutions of either primary or secondary faces of the natural oligosaccharide macrocycles of α-, β-, or γ-cyclodextrins, have been designed towards innovative applications of self-assembled cyclodextrin nanomaterials. Amphiphilic cyclodextrins have been obtained by chemical or enzymatic modifications of their macrocycles using phospholipidyl, peptidolipidyl, cholesteryl, and oligo(ethylene oxide) anchors as well as variable numbers of grafted hydrophobic hydrocarbon or fluorinated chains. These novel compounds may self-assemble in an aqueous medium into different types of supramolecular nanoassemblies (vesicles, micelles, nanorods, nanospheres, and other kinds of nanoparticles and liquid crystalline structures). This review discusses the supramolecular nanoarchitectures, which can be formed by amphiphilic cyclodextrin derivatives in mixtures with other molecules (phospholipids, surfactants, and olygonucleotides). Biomedical applications are foreseen for nanoencapsulation of drug molecules in the hydrophobic interchain volumes and nanocavities of the amphiphilic cyclodextrins (serving as drug carriers or pharmaceutical excipients), anticancer phototherapy, gene delivery, as well as for protection of instable active ingredients through inclusion complexation in nanostructured media

    Modélisation de l'incertitude géologique par simulation stochastique de cubes de proportions de faciès - Application aux réservoirs pétroliers de type carbonaté ou silico-clastique

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    fin de rédaction : second semestre 2007After finding out a potential oil field, development decisions are based on uncertain representations of the reservoir. Indeed, its characterisation uses numerical, spatial models of the reservoir. However, if they are representative of subsoil heterogeneities, the uncertainty linked to subsoil complexity remain. Usually, uncertainty is supposed to be assessed using many equiprobable models, which represent the heterogeneities expected into the reservoir. Nevertheless, those alternative images of the underground correspond to multiple realizations of a given and a single stochastic model. Those methods ignore the uncertainty related to the choice of the underlying probabilistic model. This work aims at improving that kind of uncertainty assessment when modelling petroleum reservoir. It conveys the doubt linked with our subsoil properties understanding on probabilistic models, and proposes to integrate it on them. This thesis first defines uncertainty in the context of oil industry modelling, particularly on 3D geological models comprising several litho-types or facies. To build them, we need, before any simulations, to estimate for every point in the space the probability of occurring for each facies : this is the proportions cube. Even thought those probabilities are often poorly known, they are frozen while using current methods of uncertainty assessment. So, the impact of an uncertain geological scenario on the definition of a proportion cube is forgotten. Two methods based on stochastic simulations of alternative, equiprobable proportion cubes have been developed to sample the complete geological uncertainty space. The first one is closely linked to geology. It integrates directly uncertainty related to the parameters composing the geological scenario. Based on a multi-realisation approach, it describes its implementation on every parameters of geological scenario from information at wells to maps or global hypothesis at reservoir scale resolution. A Monte Carlo approach samples the components of the sedimentary scheme. Each drawing enables to build a proportion cube using modelling tools which integrates more or less explicitly parameters of geological scenario. That methodology is illustrated and applied to an modelling process which is used to model marine carbonate deposits. The second method appears to be more geostatistics focussing on proportion cubes. It rather aims at reconcile distinct eventual sedimentary models. In the meshed model symbolising the reservoir, it assesses the probabilistic law of facies proportion in each cells – they are supposed to follow Dirichlet's probabilistic law. That assessment is done from some models inferred from different geological scenarios. Facies proportions are sequentially simulated, cell after cell, introducing a spatial correlation model (variogram), which could be deterministic as probabilistic. Various practical cases, comprising synthetic reservoirs or real field, illustrates and specifies the different steps of the proposed method.Après sa découverte, les choix relatifs au développement d'un gisement se prennent sur la base de représentations incertaines du champ. En effet, sa caractérisation utilise des modèles numériques spatiaux porteurs de l'incertitude liée à la complexité du milieu souterrain. D'ordinaire, les méthodes de simulations stochastiques, qui génèrent des modèles équiprobables du sous-sol, sont supposées les quantifier. Néanmoins, ces images alternatives du champ renvoient à des tirages au sein d'un modèle probabiliste unique. Elles oublient l'incertitude relative au choix du modèle probabiliste sous-jacent, et tendent à la sous-estimer. Ce travail de recherche vise à améliorer la quantification de cette incertitude. Elle retranscrit la part de doute relative à la compréhension des propriétés du milieu sur les modèles probabilistes, et propose de l'intégrer à ce niveau. Cette thèse précise d'abord la notion d'incertitude en modélisation pétrolière, en particulier sur les modèles géologiques 3D comprenant différents faciès. Leur construction demande au préalable de définir en tout point de l'espace leur probabilité d'existence : c'est le cube de proportions. Généralement, bien que ces probabilités soient peu connues, les méthodes actuelles d'évaluation de l'incertitude sédimentaire les gardent figées. De fait, elles oublient le caractère incertain du scénario géologique et son impact sur le cube de proportions. Deux méthodes stochastiques de simulation ont été développées afin de générer des modèles équiprobables en termes de cubes de proportions. Elles intègrent la variabilité liée aux proportions de faciès, et explorent dans son ensemble un tel domaine d'incertitude. La première reste relativement attachée à la géologie. Elle intègre directement l'incertitude liée aux paramètres qui composent le scénario géologique. Elle décrit sa mise en oeuvre sur les divers paramètres du scénario géologique, qu'ils prennent la forme de signaux aux puits, de cartes ou d'hypothèses plus globales à l'échelle du réservoir. Une démarche de type Monte-Carlo échantillonne les composantes du schéma sédimentaire. Chaque tirage permet de construire un cube de proportions par l'intermédiaire d'un géomodeleur qui intègre de façon plus ou moins explicite les paramètres du scénario géologique. La méthodologie est illustrée et appliquée à un processus inédit de modélisation des dépôts carbonatés en milieu marin. La seconde revêt un caractère plus géostatistique en se concentrant davantage sur le cube de proportions. Elle vise plutôt à réconcilier les différents modèles sédimentaires possibles. Dans le modèle maillé de réservoir, elle estime la loi de distribution des proportions de faciès cellule par cellule - supposées suivrent une loi de Dirichlet, à partir de quelques modèles, construits sur la base de scénarios géologiques distincts. Elle simule alors les proportions de façon séquentielle, maille après maille, en introduisant une corrélation spatiale (variogramme) qui peut être déterministe ou probabiliste. Divers cas pratiques, composés de réservoirs synthétiques ou de champs réels, illustrent et précisent les différentes étapes de la méthode proposée

    Modélisation de l'incertitude géologique par simulation stochastique de cubes de proportions de faciès (application aux réservoirs pétroliers de type carbonaté ou silico-clastique)

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    Après sa découverte, les choix relatifs au développement d'un gisement se prennent sur la base de représentations incertaines du champ. En effet, sa caractérisation utilise des modèles numériques spatiaux porteurs de l'incertitude liée à la complexité du milieu souterrain. D'ordinaire, les méthodes de simulations stochastiques, qui génèrent des modèles équiprobables du sous-sol, sont supposées les quantifier. Néanmoins, ces images alternatives du champ renvoient à des tirages au sein d'un modèle probabiliste unique. Elles oublient l'incertitude relative au choix du modèle probabiliste sous-jacent, et tendent à la sous-estimer. Ce travail de recherche vise à améliorer la quantification de cette incertitude. Elle retranscrit la part de doute relative à la compréhension des propriétés du milieu sur les modèles probabilistes, et propose de l'intégrer à ce niveau. Cette thèse précise d'abord la notion d'incertitude en modélisation pétrolière, en particulier sur les modèles géologiques 3D comprenant différents faciès. Leur construction demande au préalable de définir en tout point de l'espace leur probabilité d'existence : c'est le cube de proportions. Généralement, bien que ces probabilités soient peu connues, les méthodes actuelles d'évaluation de l'incertitude sédimentaire les gardent figées. De fait, elles oublient le caractère incertain du scénario géologique et son impact sur le cube de proportions. Deux méthodes stochastiques de simulation ont été développées afin de générer des modèles équiprobables en termes de cubes de proportions. Elles intègrent la variabilité liée aux proportions de faciès, et explorent dans son ensemble un tel domaine d'incertitude. La première reste relativement attachée à la géologie. Elle intègre directement l'incertitude liée aux paramètres qui composent le scénario géologique. Elle décrit sa mise en oeuvre sur les divers paramètres du scénario géologique, qu'ils prennent la forme de signaux aux puits, de cartes ou d'hypothèses plus globales à l'échelle du réservoir. Une démarche de type Monte-Carlo échantillonne les composantes du schéma sédimentaire. Chaque tirage permet de construire un cube de proportions par l'intermédiaire d'un géomodeleur qui intègre de façon plus ou moins explicite les paramètres du scénario géologique. La méthodologie est illustrée et appliquée à un processus inédit de modélisation des dépôts carbonatés en milieu marin. La seconde revêt un caractère plus géostatistique en se concentrant davantage sur le cube de proportions. Elle vise plutôt à réconcilier les différents modèles sédimentaires possibles. Dans le modèle maillé de réservoir, elle estime la loi de distribution des proportions de faciès cellule par cellule - supposées suivrent une loi de Dirichlet, à partir de quelques modèles, construits sur la base de scénarios géologiques distincts. Elle simule alors les proportions de façon séquentielle, maille après maille, en introduisant une corrélation spatiale (variogramme) qui peut être déterministe ou probabiliste. Divers cas pratiques, composés de réservoirs synthétiques ou de champs réels, illustrent et précisent les différentes étapes de la méthode proposée.After finding out a potential oil field, development decisions are based on uncertain representations of the reservoir. Indeed, its characterisation uses numerical, spatial models of the reservoir. However, if they are representative of subsoil heterogeneities, the uncertainty linked to subsoil complexity remain. Usually, uncertainty is supposed to be assessed using many equiprobable models, which represent the heterogeneities expected into the reservoir. Nevertheless, those alternative images of the underground correspond to multiple realizations of a given and a single stochastic model. Those methods ignore the uncertainty related to the choice of the underlying probabilistic model. This work aims at improving that kind of uncertainty assessment when modelling petroleum reservoir. It conveys the doubt linked with our subsoil properties understanding on probabilistic models, and proposes to integrate it on them. This thesis first defines uncertainty in the context of oil industry modelling, particularly on 3D geological models comprising several litho-types or facies. To build them, we need, before any simulations, to estimate for every point in the space the probability of occurring for each facies : this is the proportions cube. Even thought those probabilities are often poorly known, they are frozen while using current methods of uncertainty assessment. So, the impact of an uncertain geological scenario on the definition of a proportion cube is forgotten. Two methods based on stochastic simulations of alternative, equiprobable proportion cubes have been developed to sample the complete geological uncertainty space. The first one is closely linked to geology. It integrates directly uncertainty related to the parameters composing the geological scenario. Based on a multi-realisation approach, it describes its implementation on every parameters of geological scenario from information at wells to maps or global hypothesis at reservoir scale resolution. A Monte Carlo approach samples the components of the sedimentary scheme. Each drawing enables to build a proportion cube using modelling tools which integrates more or less explicitly parameters of geological scenario. That methodology is illustrated and applied to an modelling process which is used to model marine carbonate deposits. The second method appears to be more geostatistics focussing on proportion cubes. It rather aims at reconcile distinct eventual sedimentary models. In the meshed model symbolising the reservoir, it assesses the probabilistic law of facies proportion in each cells they are supposed to follow Dirichlet's probabilistic law. That assessment is done from some models inferred from different geological scenarios. Facies proportions are sequentially simulated, cell after cell, introducing a spatial correlation model (variogram), which could be deterministic as probabilistic. Various practical cases, comprising synthetic reservoirs or real field, illustrates and specifies the different steps of the proposed method.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF
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