Cytotoxicity of polymeric nanoparticles, drug carriers

Abstract

L'utilisation de nanoparticules (NPs) comme vecteur de médicaments est actuellement en plein développement de vectoriser des principes actifs dans l'organisme pour en diminuer les effets secondaires. Cependant peu d'études portent sur l'activité biologique de ces NPs et plus particulièrement sur leur toxicité intrinsèque. Récemment, une formulation orale d'Héparine de Bas Poids Moléculaire à base de NPs composées d'un mélange de deux polymères, polycaprolactone et Eudragit® RS, a été développée au sein de l'EA3452. Nous avons entrepris d'étudier la cytotoxicité de ces NPs vides ainsi que celles chargées avec le médicament par deux méthodes d'encapsulation : la nanopréciptation et la double émulsion. La toxicité observée des NP vides a été étudiée. Elles sont toxiques pour la lignée de macrophages de rat NR8383 d'une manière dose- et temps-dépendante. La microscopie électronique a montré que les NPs pénétraient dans la cellule, de façon unitaire, par endocytose et gagnent les mitochondries déclenchant un phénomène de mitophagie alors qu'aucune image évoquant une apoptose n'a été observée. Ceci est confirmé par l'étude des voies métaboliques par « microchip arrays » et RT-PCR quantitative. Les voies métaboliques conduisant à l'autophagie sont activées (en particulier le gène atg1611) sans que l'apoptose soit mise en jeu. La désorganisation des structures mitochondriales est associée à une répression de l'expression du gène opa1. Ces résultats obtenus doivent être confirmé sur des macrophages humains. Cependant ils tendent à montrer que les NPs seules ont des effets biologiques qui doivent être pris en compte avant toute utilisation chez l'hommeNanoparticles (NPS) are more and more used in medicine, in imaging and as vector for drugs. In this case, NPs are used to lessen the toxicity of the active product. However, a possible toxicity of these carriers is seldom taken into account. In the EA3452, low molecular weight heparin (LMWH)-based NPs have been devised a mix of two polymers, polycaprolactone (PCL) and Eudragit® RS (ERS). Preliminary works has shown that these NPs preparations, obtained by either nanopreciptation or double emulsion, are cytotoxic per se. on a rat macrophage cell line, NR8383 in a dose-dependent (15 - 40 µg/mL) and time-dependent (4 - 24 h) manner which was further investigated. Electron microscopy has shown that NPs enter the cell unitarily by endocytosis. They enter the mitochondria inducing a phenomenon of mitophagy but no pictures evocating apoptosis were observed. Then, we have investigated the metabolic pathways using microchip array and quantitative RT-PCR. The pathways conducting to autophagy are activated (e.g. gene atg1611) while there is no activation of the pathways conducing to apoptosis. The alteration of the morphology of the mitochondria was associated to an underexpression of opa1. Although these results were obtained with animal cell line, and should be confirmed with human macrophages, they show that NPs have biological effects that have to be evaluated before their use in huma