Article de recherche

Porteurs lipidiques nanostructurés chargés d'hydroxyurée pour l'amélioration de la cytotoxicité in vitro et de l'administration de médicaments

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DOI :

10.3791/73012

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22 septembre 2026

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1Department of Pharmaceutics, College of Pharmacy, Jazan University, 2School of Health Sciences, University of Petroleum and Energy Studies, 3Center for Global Health Research, Saveetha Medical College, and Hospitals, Saveetha Institute of Medical and Technical Sciences, Saveetha University

Dans cet article

Résumé

Cette étude a mis au point des transporteurs lipidiques nanostructurés (NLC) chargés d'hydroxyurée et a évalué leurs propriétés ainsi que leur activité anticancéreuse in vitro. NX-ST a montré une efficacité d'encapsulation élevée, un relargage contrôlé et une cytotoxicité accrue contre les cellules MCF-7 (IC₅₀ = 225 µg/mL) par rapport à l'hydroxyurée libre (IC₅₀ = 722,57 µg/mL).

Résumé

L'hydroxyurée (HU) est un médicament anticancéreux bien établi utilisé pour traiter la leucémie myéloïde chronique, mais son efficacité thérapeutique est limitée par une élimination rapide, une biodisponibilité variable et une toxicité liée à la dose. Cette étude visait à améliorer la délivrance de l'HU en développant des transporteurs lipidiques nanostructurés chargés en hydroxyurée (NLC) en utilisant différentes combinaisons de tensioactifs. Trois formulations, notamment NX-ST (Tween 80–SDS), NX-CT (Cremophor EL–Tween 80) et NX-CS (Cremophor EL–SDS), ont été préparées et évaluées en fonction de la taille des particules, de l'indice de polydispersité (PDI), du potentiel zêta, de l'efficacité d'encapsulation (EE) et de l'activité cytotoxique. Les formulations présentaient des tailles de particules à l'échelle nanométrique (67,377 à 110 nm), un PDI acceptable (<0,35), un potentiel zêta élevé (-30,033 à -46,433 mV) et une bonne efficacité d'encapsulation (78,189 à 86,626 %), indiquant des formulations stables. Le profil de libération a montré une augmentation approximativement linéaire entre 0,5 et 6 heures, suivie d'un plateau. Les études de cytotoxicité ont révélé une activité anticancéreuse accrue par rapport à l'HU libre (IC₅₀ = 722,57 µg/mL). La formulation NX-ST a montré la cytotoxicité la plus élevée (IC₅₀ = 225 ± 21,47 µg/mL), en accord avec une meilleure délivrance du médicament ; la contribution d'une absorption cellulaire améliorée est déduite, bien qu'elle n'ait pas été mesurée directement dans cette étude. Les formulations NLC étudiées, en particulier NX-ST, ont efficacement amélioré la performance thérapeutique de l'HU en renforçant sa stabilité, son efficacité de délivrance et son activité anticancéreuse.

Introduction

Le cancer demeure l'une des principales causes de décès dans le monde, avec près de 20 millions de nouveaux cas et 9,7 millions de décès liés au cancer enregistrés en 2022. D'ici 2040, ces chiffres devraient augmenter considérablement, atteignant respectivement 29,9 millions de nouveaux cas et 15,3 millions de décès annuels liés au cancer1,2. La plupart des traitements médicamenteux anticancéreux actuels reposent sur des composés hautement toxiques, mais leur toxicité systémique limite les concentrations thérapeutiques pouvant effectivement atteindre les tissus cancéreux3. Pour surmonter ce défi, les chercheurs explorent de nouvelles approches de délivrance de médicaments afin d'améliorer le ciblage tumoral et d'augmenter l'indice thérapeutique de la chimiothérapie.

Un domaine crucial de la recherche en oncologie est le développement de systèmes avancés de délivrance de médicaments afin d'améliorer l'efficacité thérapeutique tout en minimisant les effets secondaires des agents anticancéreux. L'hydroxyurée (HU), un agent chimiothérapeutique et antinéoplasique bien établi, constitue un pilier dans la prise en charge de la drépanocytose, de la leucémie myéloïde chronique et de certaines tumeurs solides en raison de sa capacité à augmenter la production d'hémoglobine fœtale et à inhiber la synthèse de l'ADN en ciblant la ribonucléotide réductase4,5. Malgré son efficacité clinique, le potentiel thérapeutique de l'HU est limité par des défis tels qu'une élimination rapide, une biodisponibilité variable et un index thérapeutique étroit, ce qui entraîne souvent des pharmacocinétiques variables et des toxicités dépendantes de la dose, notamment une myélosuppression, des troubles gastro-intestinaux et un risque de malignités secondaires6,7. Pour surmonter ces limitations, des systèmes avancés de délivrance de médicaments, notamment les transporteurs lipidiques nanostructurés (NLC), se sont imposés comme des stratégies prometteuses pour améliorer la stabilité, la solubilité et la libération contrôlée de l'hydroxyurée, améliorant ainsi son profil de sécurité et son efficacité8.

Les NLC constituent un type de nanoparticule à base lipidique offrant plusieurs avantages par rapport aux systèmes traditionnels de délivrance de médicaments. Elles sont composées d'une matrice lipidique solide stabilisée par des tensioactifs et peuvent encapsuler à la fois des médicaments hydrophiles et lipophiles. Cette structure particulière permet une capacité de charge améliorée, un relargage contrôlé et une stabilité accrue9,10. La préparation des NLC implique généralement des techniques telles que l'homogénéisation à haute pression et l'ultrasonication, qui favorisent la formation de nanoparticules présentant une distribution étroite de taille et une efficacité d'encapsulation élevée11,12. L'encapsulation du médicament dans les NLC améliore non seulement sa solubilité et sa stabilité, mais facilite également un délivrance ciblée vers les cellules cancéreuses, réduisant ainsi les effets hors cible. Des études récentes ont démontré le potentiel des NLC chargées en médicament à améliorer l'indice thérapeutique et les profils de relargage prolongé du médicament13,9. Ce mécanisme de relargage contrôlé est essentiel pour maintenir des concentrations thérapeutiques du médicament sur des périodes prolongées, réduisant ainsi la fréquence d'administration et améliorant l'observance du traitement par le patient14. Des études ont montré que les NLC chargées avec des médicaments anticancéreux tels que le géfitinib15, la capécitabine16 et l'imatinib14 améliorent significativement l'efficacité du médicament en augmentant l'absorption cellulaire et l'accumulation dans les cellules cancéreuses. Par exemple, les NLC chargées en géfitinib ont montré une augmentation de 4,5 fois de la cytotoxicité contre les cellules cancéreuses par rapport au médicament libre, soulignant le potentiel des NLC à améliorer l'indice thérapeutique des inhibiteurs de tyrosine kinase utilisés pour traiter le cancer du poumon non à petites cellules et le cancer colorectal. De même, les NLC chargées en capécitabine améliorent la stabilité du médicament et son relargage contrôlé, ce qui est crucial pour maintenir des concentrations thérapeutiques et réduire la toxicité systémique. Les NLC chargées en imatinib bénéficient également d'une délivrance ciblée améliorée, réduisant ainsi les effets hors cible et améliorant les résultats chez les patients atteints de leucémie myéloïde chronique. Ces caractéristiques font des NLC d'excellents candidats pour des essais cliniques et des applications potentielles en médecine personnalisée, en adaptant les traitements aux profils individuels des patients. L'évaluation de la stabilité des NLC chargées en médicament constitue un autre aspect important influençant leur applicabilité clinique. Les études de stabilité impliquent souvent de soumettre les formulations à diverses conditions environnementales afin d'évaluer leur intégrité physique dans le temps.

Des tests de stabilité accélérée ont montré que ces NLC conservent leur intégrité structurelle et leur teneur en médicament pendant de longues périodes, soulignant leur potentiel pour un stockage et une utilisation à long terme4,17.

Malgré ces avantages, le choix des agents tensioactifs influence considérablement les propriétés physicochimiques et la performance des nanocarriers lipidiques nanostructurés (NLCs). Les systèmes lipidiques-tensioactifs jouent un rôle important dans l'amélioration de la stabilité des nanoparticules, de l'encapsulation du médicament et de la biodisponibilité18,19,20. Toutefois, peu d'études ont examiné comment différentes combinaisons de tensioactifs affectent les caractéristiques physicochimiques et l'activité cytotoxique des NLC chargés d'hydroxyurée. Cette étude a donc été entreprise afin de développer des NLC chargés d'hydroxyurée (NANOXURIA) en utilisant différents systèmes tensioactifs et d'évaluer de manière systématique l'impact de ces variations sur la stabilité physicochimique, le comportement au stockage et l'activité anticancéreuse. En établissant une relation claire entre la conception de la formulation et la performance thérapeutique, ce travail vise à fournir un système dispersé efficace basé sur des nanocarriers (dispersion colloïdale) permettant de caractériser les formulations de NLC chargés d'hydroxyurée et d'évaluer leur libération in vitro du médicament, leur cytotoxicité et leur stabilité à court terme, générant ainsi des données fondamentales sur les propriétés physicochimiques et les performances in vitro pour orienter le développement futur des systèmes de délivrance de l'hydroxyurée, sans modifier la molécule du médicament elle-même.

Protocole

Cette étude n'a pas impliqué de participants humains, de tissus d'origine humaine ou d'animaux vivants. Toutes les évaluations biologiques ont été réalisées in vitro à l'aide de la lignée cellulaire humaine de cancer du sein MCF-7, disponible commercialement et obtenue auprès de la Collection américaine de cultures cellulaires (ATCC). Par conséquent, une approbation par un comité d'éthique ou une commission d'examen institutionnelle (IRB) n'était pas requise pour ce travail.

Matériaux

L'hydroxyurée (HU) (dosage ≥99 %), le dodécylsulfate de sodium (SDS) (anionique, dosage 90 %), le Tween-80 (T80) (non ionique, acide oléique ≥58 %), le Cremophor EL (non ionique, dérivé de l'huile de ricin, dosage ≥98 %), l'acide stéarique (dosage 95–106 %) et l'huile de sésame ont été utilisés tels quels. Tous les autres produits chimiques et réactifs utilisés étaient de qualité analytique. Les détails complets sur les fournisseurs et les références de tous les matériaux et équipements sont fournis dans le Tableau des matériaux.

Préparation de NLC chargées en hydroxyurée (NANOXURIA)

La préparation de NANOXURIA comprend trois étapes : la préparation de la phase lipidique, l'incorporation du médicament et la préparation de la phase aqueuse. La phase lipidique a été obtenue sous forme de fusion d'un mélange d'acide stéarique (500 mg) et d'huile de sésame (250 µl). La fusion a été réalisée dans un bécher placé sur un chauffe-ballon. La quantité exactement pesée d'hydroxyurée (HU) (150 mg) a été mélangée à la phase lipidique. La phase aqueuse a été préparée en dissolvant des tensioactifs (Tableau 1) dans de l'eau (Millipore) (25 mL). La solution de tensioactifs a été chauffée à la même température que la phase lipidique (70 °C) afin d'éviter une solidification prématurée. La phase aqueuse chaude a été progressivement ajoutée à la phase lipidique fondue sous agitation rapide à l'aide d'un homogénéisateur. Le mélange a été homogénéisé à grande vitesse (6 000 tr/min) pendant 20 minutes afin d'obtenir une émulsion chaude stable. L'émulsion chaude a été refroidie à température ambiante sous agitation continue. Pendant le refroidissement, la phase lipidique se solidifie, formant ainsi les NLC. Les NLC chargés en HU préparés ont été conservés en vue de caractérisations et d'applications ultérieures.

Caractérisation et évaluation

Taille des particules, potentiel zêta (ZP) et indice de polydispersité (PDI)

L'analyse de la taille des particules et l'indice de polydispersité (PDI) de NANOXURIA ont été déterminés à l'aide d'un Zetasizer Nano ZS90. Cet appareil fonctionne selon le principe de la diffusion dynamique de la lumière (DLS), qui mesure le mouvement brownien des particules en suspension et l'associe à leur diamètre hydrodynamique par l'équation de Stokes-Einstein. En plus de la taille et du PDI, la charge de surface de NANOXURIA a été évaluée en mesurant le potentiel zêta (ZP) à l'aide du même instrument. Le potentiel zêta a été déterminé par diffusion électrophorétique de la lumière (ELS), méthode dans laquelle la vitesse des particules soumises à un champ électrique est analysée afin de calculer leur charge de surface. Ce paramètre est essentiel pour évaluer la stabilité colloïdale de NANOXURIA. Les mesures ont été effectuées dans un environnement contrôlé, les échantillons dilués étant placés dans des cuvettes afin de garantir leur compatibilité avec les exigences optiques et électriques de l'appareil. Afin d'améliorer la robustesse et la reproductibilité des résultats, toutes les mesures ont été réalisées en triple exemplaire.

Morphologie

La morphologie de NANOXURIA a été étudiée à l'aide d'un microscope électronique fonctionnant en modes transmission et balayage. La microscopie électronique en transmission (MET) a été utilisée pour observer la structure interne et la forme des particules, tandis que la microscopie électronique à balayage à émission de champ La microscopie électronique à balayage à émission de champ (MEB-FEG) a été utilisée pour examiner la morphologie de surface et la distribution des particules. Les échantillons ont été préparés de manière appropriée et analysés à des tensions d'accélération adaptées afin d'obtenir des images haute résolution. Pour la préparation des échantillons, les dispersions de NANOXURIA ont été diluées avec de l'eau purifiée ; pour la microscopie électronique en transmission (MET), une goutte de la dispersion diluée a été déposée sur une grille en cuivre recouverte de carbone, l'excès a été absorbé, puis le film a été séché à l'air à température ambiante avant l'observation sous vide élevé à une tension d'accélération de 60 à 80 kV. Pour la MEB-FEG, une goutte de la dispersion diluée a été déposée sur un porte-échantillon en aluminium, séchée à l'air, puis recouverte par pulvérisation d'une fine couche conductrice avant l'observation à une tension d'accélération de 1 à 3 kV. Des micrographies représentatives ont été obtenues à différents grossissements.

Analyse de l'efficacité d'encapsulation pour les formulations NANOXURIA

L'efficacité d'encapsulation (EE) de NANOXURIA a été évaluée en utilisant la technique d'ultrafiltration-centrifugation avec un filtre centrifuge Amicon Ultra-2 mL (coupure moléculaire de 3 kDa). Cette méthode a permis de séparer l'HU non encapsulé (environ 6 mg dans 1 mL de NANOXURIA) de la fraction encapsulée par centrifugation à 4 000 x g pendant 20 min à 25 °C, assurant ainsi une isolation efficace. Le filtrat, contenant l'HU libre, a été dilué avec de l'eau purifiée et analysé à l'aide d'un spectrophotomètre UV-visible à 213 nm afin de quantifier le médicament non encapsulé, à l'aide d'une courbe d'étalonnage basée sur la loi de Beer-Lambert. Le pourcentage d'EE a été calculé comme suit :

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Étude de la libération in vitro

Le profil de libération in vitro de l'HU à partir de NANOXURIA a été évalué selon la technique de diffusion par sachet de dialyse, une méthode largement utilisée pour analyser la libération contrôlée de médicaments. Les sachets de dialyse (coupure moléculaire de 12 à 14 kDa) ont été préalablement immergés dans de l'eau distillée pendant 12 heures afin d'assurer une hydratation adéquate et d'éliminer les conservateurs. Une extrémité du sachet de dialyse a été solidement scellée, puis 2 mL de la formulation NANOXURIA, équivalant à 12 mg d'HU, ont été introduits soigneusement dans le sachet. L'autre extrémité a ensuite été fermée hermétiquement par un nœud afin d'éviter toute fuite. Le sachet de dialyse a été plongé dans un bécher contenant 50 mL d'eau servant de milieu de libération. Le dispositif a été maintenu à 37 ± 0,5 °C pour simuler la température corporelle, et agité à 50 tr/min à l'aide d'un agitateur magnétique afin d'assurer un mélange homogène et de minimiser les effets de la couche limite. À des intervalles de temps prédéterminés (0,5, 1, 2, 4, 6, 12 et 24 h), des prélèvements de 2 mL ont été effectués dans le milieu de libération et immédiatement remplacés par un volume équivalent d'eau fraîche préalablement réchauffée, afin de maintenir des conditions d'épuisement. Les échantillons recueillis ont été filtrés à l'aide d'un filtre à seringue de 0,45 µm afin d'éliminer toute matière particulaire, garantissant ainsi une clarté adéquate pour l'analyse. Le filtre membranaire retient les particules tout en permettant au HU dissous de passer. Étant donné que l'HU est librement soluble dans l'eau, le médicament libre reste dans le filtrat, ce qui assure que les éléments retenus correspondent à des particules et non au médicament libre. Les échantillons filtrés ont ensuite été analysés pour déterminer la teneur en HU à l'aide d'un spectrophotomètre UV-visible à une longueur d'onde de 213 nm, correspondant au maximum d'absorption de l'HU (λmax). Une courbe d'étalonnage a été établie afin de quantifier précisément les concentrations d'HU.

Culture cellulaire

L'étude a été réalisée à l'aide de la lignée cellulaire humaine de cancer du sein métastatique MCF-7, obtenue auprès de la Collection Américaine de Types Cultivés (ATCC). Les cellules ont été cultivées dans un milieu RPMI 1640 complété avec 10 % de sérum de veau fœtal (SVF) pour favoriser la croissance et la viabilité cellulaire, et 1 % de solution de pénicilline-streptomycine pour prévenir la contamination microbienne pendant la culture. Les cellules ont ensuite été incubées dans des conditions physiologiques standard à 37 °C dans un incubateur à CO₂ humidifié, le milieu de culture étant maintenu à un pH de 7,4. Ces conditions ont été choisies afin d'assurer une croissance cellulaire optimale, une prolifération adéquate et une fiabilité expérimentale tout au long des études de cytotoxicité.

Dosage de la viabilité cellulaire (MTT)

Le test MTT a été réalisé pour évaluer la capacité d'induction de la mort cellulaire de différentes formulations de NANOXURIA16,21. Brièvement, les cellules MCF-7 ont été ensemencées dans des plaques de 96 puits à une densité de 1 x 104 cellules/mL et incubées pendant 24 h dans un incubateur à CO₂ afin de permettre une adhésion et une croissance cellulaires adéquates. Les cellules non traitées ont servi de contrôle négatif, tandis que les puits contenant uniquement du milieu de culture ont été utilisés comme témoins blancs. Après l'incubation, le milieu de culture a été remplacé par du milieu frais contenant différentes concentrations des formulations testées, jusqu'à 200 µg/mL. Les plaques traitées ont ensuite été incubées pendant 72 h dans des conditions standard de culture. Après le traitement, 20 µL de réactif MTT (5 mg/mL) ont été ajoutés à chaque puits et incubés pendant 4 h supplémentaires afin de permettre la formation de cristaux de formazan intracellulaires dans les cellules métaboliquement actives. Ensuite, 100 µL de diméthylsulfoxyde (DMSO) ont été ajoutés pour dissoudre les cristaux, produisant une solution violette. L'absorbance a été mesurée à 570 nm à l'aide d'un lecteur de microplaques (SpectroStar Nano). La viabilité cellulaire (%) a été calculée par rapport au groupe témoin non traité en utilisant les valeurs d'absorbance obtenues.

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Étude de stabilité

La stabilité de NANOXURIA a été évaluée systématiquement sur une période de 3 mois dans des conditions de stockage contrôlées afin d'en apprécier l'adéquation à une utilisation à long terme. Chaque formulation de NANOXURIA a été aliquotée dans des récipients en verre ambré hermétiques afin de minimiser l'exposition à la lumière et à l'humidité. Les récipients ont été conservés à une température ambiante constante de 25 ± 2 °C et à une température réfrigérée de 4 ± 2 °C. Des échantillons ont été évalués périodiquement à des intervalles prédéfinis (1, 2 et 3 mois) pour leur stabilité physique et physicochimique. Une mesure de référence a été effectuée immédiatement après la préparation et avant le stockage, et a été choisie comme étant 0 mois (initiale). Les évaluations physiques ont consisté en un examen visuel des changements d'aspect, notamment des signes d'agglomération, de sédimentation, de séparation de phase, de modification de couleur (par exemple, d'une teinte crème à jaune), de changements de consistance (par exemple, de viscosité ou de texture) et d'odeur (par exemple, rancissement dû à l'oxydation lipidique). Pour la stabilité physicochimique, des paramètres clés de caractérisation ont été mesurés, notamment la taille des particules, l'indice de polydispersité (PDI) et le potentiel zêta (ZP).

Analyse statistique

Dans cette étude, tous les résultats expérimentaux sont exprimés en moyennes ± écart-type (ET) (n = 3) afin de refléter la tendance centrale et la variabilité des données. Des analyses statistiques ont été effectuées pour évaluer la formulation à l'aide d'un test t apparié, ainsi que pour comparer les différences entre les formulations à l'aide d'une analyse de variance à un facteur (ANOVA) suivie du test de comparaison multiple de Tukey. Une valeur de p < 0,05 a été considérée comme statistiquement significative. Les analyses statistiques ont été réalisées à l'aide du logiciel GraphPad Prism version 10.

Résultats

Propriétés physicochimiques

Les propriétés physico-chimiques des formulations NANOXURIA, y compris la taille des particules, l'indice de polydispersité (PDI), le potentiel zêta (ZP), la morphologie et l'efficacité d'encapsulation (EE), sont indiquées dans le Tableau 2. L'évaluation morphologique par TEM et MEB, complétée par des graphiques de distribution de la taille des particules et du potentiel zêta, est présentée dans les Figures 1, 2 et 3. Une comparaison du PDI pour différentes combinaisons de tensioactifs est présentée dans la Figure 4.

Étude de libération

L'étude de la libération in vitro des formulations NANOXURIA a été réalisée afin d'évaluer comment les différences de formulation influencent le profil de libération du médicament sur 24 heures (Figure 5). NX-CS a présenté la libération la plus rapide, commençant à 55,90 % après 0,5 h et atteignant 104,05 % après 24 h (valeurs >100 % peut refléter une variabilité expérimentale ou une libération complète avec une légère surestimation). Le profil de libération a montré une augmentation quasi linéaire entre 0,5 et 6 h, suivie d'un plateau. NX-CT a présenté la libération la plus lente et la plus contrôlée, débutant à 46,18 % à 0,5 h et atteignant 82,99 % à 24 h, avec un plateau entre 2 et 12 h (54,51 % à 59,38 %), suivi d'une augmentation ultérieure. NX-ST a montré un profil de libération intermédiaire, débutant à 54,05 % à 0,5 h, atteignant un maximum de 90,63 % à 12 h, puis diminuant légèrement à 86,23 % à 24 h. Dans l'ensemble, la libération cumulée suit l'ordre suivant : NX-CS > NX-ST > NX-CT. NX-CS et NX-ST ont présenté une libération initiale plus importante, tandis que NX-CT a montré une libération retardée. La cinétique de libération indiquait une libération rapide pour NX-CS, une libération prolongée pour NX-CT et une libération biphasique pour NX-ST.

Dosage de la cytotoxicité

Le in vitro cytotoxicité de NANOXURIA les formulations ont été évaluées contre les cellules cancéreuses du sein MCF-7 à l'aide du test MTT, avec Tableau 3 détaillant le IC₅₀ valeurs. NX-ST a démontré la cytotoxicité la plus élevée, avec une CI₅₀ estimée de₅₀ de 225 ± 21.47 µg/mL (extrapolée), indiquant une activité anticancéreuse supérieure. En revanche, NX-CS et NX-CT ont montré une cytotoxicité plus faible, avec une CI₅₀ valeurs dépassant 300 µg/mL. L'hydroxyurée (HU) libre a montré la cytotoxicité la plus faible, avec une CI₅₀ de 722.57 µg/mL. Étant donné que le CI₅₀ les valeurs pour NX-CS et NX-CT ont été indiquées uniquement comme étant supérieures à 300 µg/mL, leur cytotoxicité relative les uns par rapport aux autres et par rapport à l'HU libre (722.57 µg/mL) ne peuvent être établies à partir des données actuelles ; seul NX-ST a pu être clairement classé comme étant plus cytotoxique que l'HU libre. Ces résultats indiquent que les formulations en NLC améliorent significativement l'activité anticancéreuse de l'HU par rapport au médicament libre.

Corrélation statistique entre les paramètres physico-chimiques et la cytotoxicité

Tous les paramètres étudiés sont corrélés et présentés dans la figure 6. Les analyses statistiques ont révélé des différences significatives entre les NLC chargées en HU (NX-ST, NX-CT, NX-CS) concernant le potentiel zêta, l'efficacité d'encapsulation (EE) et la cytotoxicité (IC₅₀) [F(2,12) = 6,45, p = 0,014], mais non concernant la taille des particules ou l'indice de polydispersité (PDI) [F(2,12) = 1,27, p = 0,31]. La formulation NX-ST présentait une cytotoxicité optimale avec une efficacité d'encapsulation modérée, tandis que les formulations NX-CS et NX-CT montraient une efficacité d'encapsulation plus élevée mais une cytotoxicité plus faible. Les valeurs d'IC50 dépassant la limite supérieure de la gamme de concentration testée (>300 µg/mL) ont été fixées à 300 µg/mL pour l'analyse exploratoire de corrélation. Une analyse exploratoire de corrélation de Spearman a montré une association positive entre le potentiel zêta et l'IC₅₀ (ρ = 0,866, p = 0,333). Ainsi, les formulations ayant un potentiel zêta moins négatif avaient tendance à présenter des valeurs d'IC₅₀ plus élevées, tandis que la formulation NX-ST, plus fortement chargée négativement, montrait une activité cytotoxique plus importante.

Étude de stabilité

Stabilité de la taille des particules

À 25 °C, la taille des particules de toutes les formulations NANOXURIA a augmenté au cours de la période de stockage de trois mois, montrant des tendances distinctes (Figure 7). NX-ST, 110 nm (1 mois), est resté relativement stable durant les deux premiers mois (106,4 nm), mais a augmenté jusqu'à 150,6 nm au troisième mois. NX-CT, initialement à 91,9 nm, a présenté une augmentation progressive jusqu'à 102,2 nm en deux mois, suivie d'une forte hausse à 168,3 nm après trois mois. NX-CS a montré la variation la plus importante, passant de 67,3 nm initialement à 171,06 nm au bout de trois mois. Dans l'ensemble, toutes les formulations ont présenté une augmentation de la taille des particules à 25 °C, l'ampleur de cette augmentation suivant l'ordre suivant : NX-CS > NX-CT > NX-ST.

À 4 °C, les formulations NANOXURIA ont présenté une stabilité améliorée par rapport à 25 °C, avec des augmentations plus faibles de la taille des particules au cours de la période de stockage de trois mois (Figure 7). NX-ST a conservé une stabilité relative, avec des tailles de particules de 110 nm après un mois, de 102 nm après deux mois et de 120,96 nm après trois mois. NX-CT a montré une augmentation progressive de la taille des particules, passant de 91,9 nm après un mois à 116,7 nm après deux mois et à 128,5 nm après trois mois. NX-CS a présenté la variation la plus faible, augmentant de 67,3 nm initialement à 74,75 nm après deux mois et à 89,3 nm après trois mois. Dans l'ensemble, la croissance de la taille des particules à 4 °C suivait la tendance suivante : NX-CT > NX-ST > NX-CS, indiquant une stabilité améliorée dans des conditions réfrigérées.

Stabilité du PDI

À 25 °C, l'indice de polydispersité (PDI) des formulations NANOXURIA a présenté des tendances différentes au cours de la période de stockage de trois mois (Figure 8). NX-ST a maintenu des valeurs de PDI relativement stables tout au long de l'étude, indiquant une distribution de taille des particules constante. NX-CT a montré une augmentation du PDI au cours du deuxième mois (0,342), suivie d'une diminution à 0,248 au troisième mois. NX-CS a présenté une augmentation progressive du PDI au fil du temps, indiquant une perte graduelle d'uniformité de la taille des particules. Dans l'ensemble, NX-ST a démontré la distribution la plus stable, NX-CT a montré une variabilité transitoire, et NX-CS a présenté une hétérogénéité croissante.

À 4 °C, l'indice de polydispersité (PDI) des formulations NANOXURIA a présenté des tendances différentes au cours de la période de stockage de trois mois (Figure 8). NX-ST a montré des valeurs de PDI relativement stables, diminuant de 0,347 au bout d'un mois à 0,269 au bout de deux mois, suivie d'une légère augmentation à 0,349 au bout de trois mois. NX-CT a présenté une augmentation progressive du PDI, passant de 0,221 à un mois à 0,331 à trois mois, indiquant une perte graduelle de l'uniformité des particules. NX-CS a également montré une tendance à la hausse du PDI au fil du temps, indiquant une réduction de l'homogénéité. Dans l'ensemble, NX-ST a conservé la distribution la plus stable, tandis que NX-CT et NX-CS ont montré une hétérogénéité croissante.

Stabilité du potentiel zêta

À 25 °C, le potentiel zêta (ZP) des formulations NANOXURIA a présenté des tendances distinctes au cours de la période de stockage de trois mois (Figure 9). NX-ST a montré un ZP initial de −46,43 mV au bout d'un mois, qui a diminué à −39,37 mV au bout de deux mois, puis augmenté à −52,33 mV au troisième mois. NX-CT a affiché une augmentation progressive de la négativité, passant de −30,76 mV au bout d'un mois à −35,66 mV au bout de deux mois et à −37,13 mV au bout de trois mois. NX-CS a montré une augmentation de la négativité du ZP, passant de −30,03 mV initialement à −39,6 mV au bout de deux mois et à −52,47 mV au bout de trois mois. Dans l'ensemble, toutes les formulations ont présenté une diminution des valeurs de ZP au fil du temps, NX-ST et NX-CS affichant des amplitudes plus élevées que NX-CT.

À 4 °C, le potentiel zêta (ZP) des formulations NANOXURIA a présenté des tendances distinctes au cours de la période de stockage de trois mois (Figure 9). NX-ST a maintenu des valeurs de ZP négatives constamment élevées tout au long de l'étude. NX-CT a montré une augmentation progressive de la négativité du ZP, démarrant à −30,76 mV et devenant légèrement plus négatif au troisième mois. NX-CS a affiché une légère diminution de la négativité du ZP, passant initialement de −30,03 mV à −28,8 mV après trois mois.

Disponibilité des données :

Les données soutenant les résultats de cette étude sont disponibles dans l'article. Les jeux de données bruts générés et analysés lors de la présente étude sont accessibles dans le fichier supplémentaire

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Figure 1 : Caractérisation morphologique et physicochimique de NX-ST. (A) Image de microscopie électronique à balayage (MEB). (B) Image de microscopie électronique en transmission (MET). (C) Répartition de la taille des particules (108,3 nm ; PDI = 0,336) (n = 1). (D) Répartition du potentiel zêta (−48,8 mV) (n = 1). Veuillez cliquer ici pour consulter une version agrandie de cette figure.

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Figure 2 : Caractérisation morphologique et physicochimique de NX-CT. (A) Image MEB. (B) Image MET. (C) Répartition de la taille des particules (91,87 nm ; PDI = 0,235) (n = 1). (D) Répartition du potentiel zêta (−31,3 mV) (n = 1). Veuillez cliquer ici pour consulter une version agrandie de cette figure.

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Figure 3 : Caractérisation morphologique et physicochimique de NX-CS. (A) Image MEB. (B) Image MET. (C) Répartition de la taille des particules (74,72 nm ; DPI = 0,244) (n = 1). (D) Répartition du potentiel zêta (−36,8 mV) (n = 1). Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

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Figure 4 : Comparaison de l'indice de polydispersité (PDI) entre les formulations NANOXURIA contenant différentes combinaisons de tensioactifs. Les valeurs de PDI sont présentées pour les formulations NX-ST, NX-CT et NX-CS. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

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Figure 5 : Libération in vitro de l'hydroxyurée à partir des formulations NANOXURIA. La libération cumulative d'hydroxyurée à partir de NX-CS, NX-CT et NX-ST est présentée sur une période de 24 heures. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

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Figure 6 : Comparaison des paramètres physicochimiques et de la cytotoxicité entre les formulations NANOXURIA. Diagramme en radar comparant la taille des particules, l'indice de polydispersité (PDI), le potentiel zêta (ZP), l'efficacité d'encapsulation (EE) et la CI₅₀ pour NX-ST, NX-CS et NX-CT. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

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Figure 7 : Effet de la température et de la durée de stockage sur la taille des particules NANOXURIA. (A) Taille des particules pendant le stockage à 25 °C. (B) Taille des particules pendant le stockage à 4 °C. (C) Comparaison de la taille des particules entre 4 °C et 25 °C après 2 et 3 mois. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

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Figure 8 : Effet de la température et de la durée de stockage sur le PDI de NANOXURIA. (A) PDI pendant le stockage à 25 °C. (B) PDI pendant le stockage à 4 °C. (C) Comparaison du PDI entre 4 °C et 25 °C après 2 et 3 mois. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

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Figure 9 : Effet de la température et de la durée de stockage sur le potentiel zêta de NANOXURIA. (A) Potentiel zêta pendant le stockage à 25 °C. (B) Potentiel zêta pendant le stockage à 4 °C. (C) Comparaison du potentiel zêta entre 4 °C et 25 °C après 2 et 3 mois. Veuillez cliquer ici pour consulter une version agrandie de cette figure.

FormulationsTween-80 (µL)*Dodécylsulfate de sodium (SDS) (mg)Cremophor EL (µL)#
NX-ST50100-
NX-CT50-100
NX-CS-50100
Densité (g/ml) = (1,07*, 1,05#)

Tableau 1 : Composition en agents tensioactifs des formulations NANOXURIA. Les quantités de Tween-80, de dodécylsulfate de sodium (SDS) et de Cremophor EL ont été utilisées pour préparer les formulations NX-ST, NX-CT et NX-CS.

FormulationsTaille des particules (d.nm) (n = 3) (± SD)PDI (n = 3) (± SD)VP (mV) (n = 3) (± SD) RE (%) (n = 3) (± SD)
NX-ST110 ± 1,9970,347 ± 0,011-46,433 ± 8,40478,189 ± 3,49
NX-CT91,947 ± 0,2150,221 ± 0,015-30,767 ± 0,47384,638 ± 5,0
NX-CS67,377 ± 7,1580,302 ± 0,091-30,033 ± 5,86286,626 ± 4,676

Tableau 2 : Caractérisation physicochimique des formulations NANOXURIA. Taille des particules, indice de polydispersité (PDI), potentiel zêta (ZP) et efficacité d'encapsulation (EE) de NX-ST, NX-CT et NX-CS à 25 °C. Les données sont exprimées comme moyenne ± ÉT (n = 3).

FormulationsIC50 (µg/mL)IC50 (µM)
NX-ST225 ± 21,472960
NX-CS>300-
NX-CT>300-
HU722,579500

Tableau 3 : Cytotoxicité in vitro des formulations NANOXURIA et de l'hydroxyurée libre. Valeurs de CI₅₀ des formulations NX-ST, NX-CS, NX-CT et de l'hydroxyurée libre (HU) sur les cellules MCF-7, exprimées en µg/mL et en µM.

Fichier supplémentaire 1 : Données brutes et calculs pour la caractérisation des transporteurs lipidiques nanostructurés chargés d'hydroxyurée. Ce fichier contient les données expérimentales et les calculs sous-jacents pour les formulations NX-ST, NX-CT et NX-CS, y compris la taille des particules, l'indice de polydispersité, le potentiel zêta, l'efficacité d'encapsulation, les mesures de libération du médicament et les analyses comparatives des formulations.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

Démarche proposée et résultats clés

La présente étude a mis au point NANOXURIA en utilisant une approche de microhomogénéisation à chaud. L'acide stéarique a été utilisé comme lipide solide, et la température de préparation a été maintenue à environ 70 °C, proche du point de fusion de l'acide stéarique (~69,3 °C), afin d'assurer une fusion complète du lipide et une homogénéisation efficace tout en minimisant l'exposition thermique inutile de l'HU et des tensioactifs22. Les systèmes de tensioactifs ont été choisis en fonction de leur valeur d'équilibre hydrophile-lipophile (HLB), de leur biocompatibilité et de leur adéquation à la préparation de NLC. Des essais préliminaires de formulation ont permis d'identifier les concentrations de tensioactifs produisant des nano-dispersions stables avec une taille de particule faible et un PDI réduit, tout en évitant des concentrations excessives pouvant nuire à la stabilité ou à la cytocompatibilité. Les formulations ont été diluées de manière appropriée avec de l'eau hautement purifiée avant l'analyse de la taille des particules afin de minimiser les effets de diffusion multiple pouvant interférer avec la détermination précise de la taille des particules et de leur distribution23.

Les trois formulations, NX-ST, NX-CT et NX-CS, différaient principalement par leur composition en tensioactifs. NX-ST contenait du T80 et du SDS, NX-CT contenait du Cremophor EL et du T80, et NX-CS contenait du Cremophor EL et du SDS. Cette stratégie de formulation a permis d'évaluer les effets des tensioactifs non ioniques et ioniques, ainsi que de leurs concentrations, sur les caractéristiques physicochimiques des NLC chargées en HU. Les résultats ont révélé des différences marquées en taille des particules, en PDI, en ZP, en EE, en comportement de libération du médicament et en cytotoxicité entre les formulations, indiquant que le choix du tensioactif constitue un déterminant important des performances des NLC.

La taille des particules différait significativement entre les formulations (p < 0,05), selon l'ordre suivant : NX-CS < NX-CT < NX-ST. La taille des particules constitue un facteur déterminant important pour la performance des nanocarriers, car des particules plus petites peuvent offrir une surface spécifique plus grande et influencer la stabilité de la dispersion, les interactions cellulaires, la biodistribution et le comportement de libération du médicament24,25. La formulation NX-CS a produit les particules les plus petites, ce qui pourrait être associé à l'efficacité élevée d'émulsification du Cremophor EL combiné à une concentration modérée de SDS. Le Cremophor EL peut faciliter la formation de gouttelettes plus petites en réduisant la tension interfaciale, tandis que le SDS contribue à la stabilisation électrostatique. La concentration plus faible de SDS utilisée dans NX-CS par rapport à NX-ST aurait pu assurer une stabilisation interfaciale suffisante sans provoquer les effets interfaciaux excessifs liés à une concentration plus élevée de SDS26,27,28.

NX-CT a produit une taille de particule intermédiaire. La combinaison de Cremophor EL et de T80 fournit deux tensioactifs non ioniques aux propriétés complémentaires de stabilisation interfaciale et stérique. Cremophor EL apporte une émulsification forte, tandis que le T80 peut former une barrière stérique autour des particules et réduire la coalescence29,30,31. L'absence de tensioactif ionique évite également les interactions fortes médiées par la charge durant la formation des particules. En revanche, NX-ST présentait la taille de particule la plus élevée. Bien que le SDS soit un tensioactif émulsifiant puissant, sa concentration relativement élevée dans NX-ST a pu modifier l'environnement interfacial et le comportement de croissance des particules. Le T80 assure une stabilisation stérique, mais l'effet combiné du T80 et de la concentration plus élevée de SDS a pu entraîner un équilibre moins favorable entre émulsification et stabilisation que celui obtenu dans NX-CS.

Les études de morphologie ont davantage confirmé la formation de transporteurs lipidiques à l'échelle nanométrique. La MEB et la MET ont révélé des particules principalement sphériques à quasi sphériques, dont la morphologie observée est globalement conforme aux tailles de particules déterminées par DLS. Des différences entre les mesures microscopiques et celles par DLS sont attendues, car la MEB examine des particules séchées, tandis que la DLS mesure le diamètre hydrodynamique des particules ainsi que leurs couches d'hydratation et de tensioactif associées. Ainsi, l'ensemble des résultats microscopiques et par DLS confirme la formation réussie de systèmes de NLC à l'échelle nanométrique.

L'IPD a fourni des informations supplémentaires sur l'uniformité des populations de particules. NX-CT présentait la distribution de taille de particules la plus étroite, tandis que NX-ST affichait l'IPD moyenne la plus élevée. NX-CS avait une IPD moyenne intermédiaire mais une variabilité plus grande entre les mesures répétées. En particulier, les valeurs répétées pour NX-CS indiquent que la formulation présentait une variabilité plus importante que celles de NX-ST et NX-CT. La tendance générale de l'IPD était NX-CT < NX-CS < NX-ST, bien que la différence rapportée ne soit pas statistiquement significative (p > 0,05). L'IPD relativement faible de NX-CT pourrait être lié à la stabilisation stérique combinée assurée par le Cremophor EL et le T80. Ces deux tensioactifs sont non ioniques et peuvent stabiliser l'interface des particules sans introduire d'interactions électrostatiques fortes. Le Cremophor EL facilite l'émulsification, tandis que le T80 assure une protection stérique, favorisant potentiellement une population de particules plus homogène32,33. L'IPD plus élevé de NX-ST pourrait refléter l'influence de sa concentration plus élevée en SDS. Le SDS assure une répulsion électrostatique, mais des variations de la concentration en tensioactif peuvent également modifier la micellisation et l'organisation interfaciale, contribuant potentiellement à une hétérogénéité de la taille des particules34,35,36. NX-CS a montré un comportement intermédiaire en termes d'IPD, en accord avec les effets combinés du Cremophor EL et d'une concentration plus faible en SDS37.

Les formulations différaient également par leur charge de surface. NX-ST présentait le potentiel zêta (ZP) le plus négatif, en accord avec la concentration plus élevée de SDS, suivi par NX-CT et NX-CS. On s'attend à ce que les systèmes contenant du SDS aient une charge de surface plus négative, car le SDS est un tensioactif anionique. Les valeurs de ZP indiquent donc que le SDS a contribué de manière significative à la charge de surface des NLC, tandis que les tensioactifs non ioniques ont principalement contribué à la stabilisation stérique. La tendance du ZP était NX-ST > NX-CT > NX-CS (p < 0,05). Toutefois, ces différences ne doivent pas être attribuées exclusivement à la composition en tensioactifs, car le tensioactif libre résiduel, la force ionique et les modifications de l'organisation lipide-tensioactif peuvent également influencer les valeurs mesurées de ZP38,39,40.

L'efficacité d'encapsulation a en outre démontré l'influence de la composition sur la rétention de l'HU. Toutes les formulations ont présenté une EE relativement élevée (>75 %), indiquant une incorporation réussie de l'HU dans les systèmes de NLC. NX-CS a montré la plus forte EE, suivie par NX-CT et NX-ST, avec une différence significative entre les formulations (p < 0,05). Le Cremophor EL pourrait avoir contribué à une stabilisation interfaciale efficace et à la rétention du médicament, tandis que la concentration modérée de SDS dans NX-CS aurait pu assurer une stabilisation supplémentaire sans les effets potentiellement perturbateurs associés à la concentration plus élevée de SDS dans NX-ST41,42,43. Néanmoins, étant donné que l'HU est hydrophile, il est peu probable qu'il soit complètement dissous dans la matrice lipidique. L'HU pourrait plutôt être présent sous forme de médicament finement dispersé, associé à l'interface lipide-eau, ou logé dans la matrice lipidique imparfaite et la région interfaciale riche en tensioactif.

Les profils de libération ont montré un comportement dépendant de la formulation, la libération cumulative d'HU suivant l'ordre NX-CS > NX-ST > NX-CT à 24 h. NX-CS a présenté une libération relativement rapide avec un dégagement initial suivi d'un palier, ce qui est conforme à une cinétique de type ordre un, tandis que NX-CT présentait la libération la plus lente et la plus contrôlée, approchant cinétique de type zéro ; NX-ST a présenté un intermédiaire profil de libération biphasique La libération est probablement régie par la diffusion de l'HU depuis la surface des particules et la région interfaciale riche en tensioactif, suivie d'une diffusion plus lente du médicament piégé à travers la matrice lipidique. La libération plus rapide à partir de NX-CS pourrait être liée à sa taille de particule plus faible, à sa plus grande surface spécifique, ainsi qu'aux effets combinés du Cremophor EL et du SDS, le SDS augmentant l'hydrophilie interfaciale et le Cremophor EL facilitant la solubilisation du médicament. En revanche, la combinaison de Cremophor EL et de T80 dans NX-CT pourrait former une barrière interfaciale plus stable, limitant la diffusion initiale du médicament et assurant une libération plus prolongée, tandis que NX-ST présentait un profil biphasique intermédiaire attribuable aux influences opposées de la libération facilitée par le SDS et de la stabilisation assurée par le T80. Ces interprétations sont cohérentes avec le rôle proposé des agents tensioactifs dans la modulation des interactions entre la matrice lipidique et le milieu de libération.41,44,45,46,47,48L'eau a été utilisée comme milieu de libération afin d'établir un comportement de diffusion de base, mais elle ne reproduit pas la composition ionique ni les conditions physiologiques des fluides biologiques. Les électrolytes présents dans les tampons physiologiques peuvent modifier la double couche électrique, l'organisation des agents tensioactifs, l'agrégation des particules et la perméabilité membranaire, ce qui pourrait modifier la cinétique de libération.

Les résultats de cytotoxicité ont montré une différence nette entre l'hydroxyurée libre et les formulations sous forme de NLC, avec HU libres présentant la plus forte CI₅₀ et NX-ST présentant l'activité cytotoxique la plus élevée. L'IC inférieur₅₀ les valeurs observées pour les formulations de NLC indiquent que l'incorporation d'HU dans le vecteur lipidique a modifié son activité in vitro contre les cellules MCF-7. La réponse particulièrement forte de NX-ST pourrait refléter la contribution combinée de sa Système de tensioactifs SDS/T80, potentiel zêta relativement élevé et négatif, et profil de libération biphase intermédiaire, qui ensemble peuvent influencer la disponibilité du médicament à l'interface cellulaire et l'exposition temporelle des cellules à l'hydroxyurée libérée49,50Curieusement, la taille de particule plus faible et le rendement d'encapsulation plus élevé du NX-CS ne se sont pas traduits par une cytotoxicité accrue, ce qui souligne que la taille des particules et le piégeage du médicament seuls ne déterminent pas l'activité biologique ; au contraire, les interactions cellulaires, le comportement de libération du médicament, les effets des agents tensioactifs et la disponibilité du médicament peuvent conjointement influencer la réponse.51,52,53La cytotoxicité plus faible de NX-CT et de NX-CS par rapport à NX-ST ne doit donc pas être interprétée simplement comme une performance inférieure de la formulation, d'autant que NX-CT a démontré la libération la plus contrôlée.

L'étude de stockage a démontré bonne stabilité physique, aucune agglomération visible, sédimentation, séparation de phase, décoloration, modification de la viscosité ou de la texture, ni odeur anormale ou rance n'ayant été observée dans aucune formulation pendant tout le stockage. Cependant, les données de stabilité physicochimique ont fourni une image plus différenciée. À 25 °C, une augmentation de la taille des particules et/ou de l'IPD indiquait des changements progressifs dans les systèmes colloïdaux, l'ampleur et la signification statistique de ces changements variant selon les formulations. NX-ST a bénéficié de la forte contribution électrostatique du SDS, tandis que NX-CT, qui reposait principalement sur une stabilisation stérique assurée par le Cremophor EL et le T80, a montré une plus grande sensibilité aux modifications des caractéristiques des particules. NX-CS, malgré sa combinaison de stabilisation électrostatique et stérique, a également présenté des changements au cours du stockage, indiquant que la présence de deux mécanismes de stabilisation n'empêche pas complètement le restructuration temporelle du système de NLPC. Stockage à 4 °C offraient généralement une meilleure préservation physico-chimique, conforme à une mobilité moléculaire réduite et à des changements structurels lipidiques plus lents ; les nanoparticules NX-CS présentaient une stabilité comparative améliorée de la taille des particules, tandis que les nanoparticules NX-ST conservaient des caractéristiques relativement stables. Néanmoins, les nanoparticules NX-CT continuaient d'afficher des modifications progressives de l'indice de polydispersité (PDI), indiquant qu'une stabilisation stérique seule pourrait ne pas suffire pour un stockage prolongé. Les changements observés dans le ZP au cours du stockage suggèrent en outre une réorganisation dépendante du temps de l'interface lipide-tensioactif, potentiellement liée à une désorption du tensioactif, à une recristallisation des lipides et à des modifications structurelles associées à l'HU, qui n'ont pas été directement établies.47,48,54. 

Progrès dans le domaine

Des formulations de NLC d'autres agents anticancéreux, notamment le géfitinib, la capécitabine et l'imatinib, ont déjà démontré une amélioration de la délivrance par rapport au médicament libre14,15,16, mais les données comparatives sur la manière dont différentes combinaisons de tensioactifs influencent spécifiquement le profil physicochimique et cytotoxique des NLC chargées d'hydroxyurée ont été limitées43,44,55. En comparant systématiquement trois systèmes de tensioactifs au sein d'une même plateforme de NLC, cette étude fournit une comparaison directe et internement contrôlée permettant de préciser comment la nature ionique et la concentration du tensioactif influencent conjointement la taille des particules, la stabilité colloïdale, la rétention du médicament et l'activité anticancéreuse in vitro pour un petit médicament hautement hydrophile — une combinaison moins fréquemment représentée dans la littérature sur les NLC que les charges lipophiles51,54,56,57. Ces résultats complètent les études antérieures sur l'encapsulation de l'hydroxyurée dans des nanocarriers lipidiques et basés sur l'albumine53,58 en identifiant un couple de tensioactifs (T80–SDS) associé à l'amélioration cytotoxique in vitro la plus importante.

Limites de l'étude

Cette étude présente plusieurs limites qu'il convient de prendre en compte lors de l'interprétation des résultats. Premièrement, l'évaluation biologique s'est limitée à un seul essai in vitro de type MTT sur des cellules cancéreuses du sein MCF-7 ; bien que l'hydroxyurée (HU) soit utilisée cliniquement dans la leucémie myéloïde chronique et la drépanocytose, les données actuelles ne permettent pas de tirer de conclusions spécifiques à ces affections, et une confirmation dans un modèle pertinent de leucémie (par exemple, cellules K562) ainsi qu'in vivo s'impose. Deuxièmement, les explications mécanistiques proposées pour rendre compte des différences observées au niveau physicochimique et cytotoxique (par exemple, désorption du tensioactif, recristallisation des lipides, absorption cellulaire modifiée) n'ont pas été démontrées directement et doivent être considérées comme des hypothèses ; des techniques telles que la DSC, la XRD et la Cryo-TEM23,41, combinées à des études de cinétique d'absorption et de libération cellulaire, seraient nécessaires pour les valider. Troisièmement, la libération in vitro a été évaluée dans l'eau plutôt que dans un tampon physiologique, ce qui constitue pourtant une étape essentielle pour prédire le comportement in vivo59. Quatrièmement, la stabilité chimique de l'HU pendant la préparation n'a pas été quantifiée directement, et aucune évaluation spécifique des fuites du médicament dans la phase aqueuse pendant le stockage n'a été réalisée ; compte tenu de la forte solubilité aqueuse de l'HU, de telles fuites sont possibles et doivent être évaluées. Enfin, la formulation est destinée à une administration parentérale, et les interprétations mécanistiques proposées ici doivent être considérées comme exploratoires, en attendant une caractérisation plus approfondie, conformément à la littérature plus large sur les NLC, qui souligne la nécessité d'une validation physicochimique rigoureuse32.

Approches alternatives

Plusieurs stratégies alternatives de caractérisation et de validation pourraient renforcer les travaux futurs dans ce domaine. Les techniques en état solide (par exemple, DSC, XRD) et la cryo-TEM permettraient de préciser l'état physique de l'HU dans la matrice lipidique et de tester directement les mécanismes proposés de désorption des tensioactifs et de recristallisation des lipides, invoqués pour expliquer les tendances de stabilité observées36,60,61. Un essai de libération dans un tampon physiologique ou des fluides biologiques simulés, plutôt que dans l'eau seule, permettrait de mieux prédire le comportement de libération in vivo, et une quantification directe de l'absorption cellulaire (par exemple, par marquage fluorescent et cytométrie en flux) permettrait de valider l'explication fondée sur l'absorption proposée pour la cytotoxicité accrue du NX-ST, plutôt que de la déduire uniquement à partir du potentiel zêta62,63,64. Des tests de confirmation sur une deuxième lignée cellulaire cliniquement pertinente (par exemple, K562 pour la leucémie myéloïde chronique) et une évaluation dans des conditions de stabilité accélérée normalisées aideraient davantage à transposer les résultats in vitro actuels vers une formulation applicable en clinique.

Importance et applications potentielles

Ces résultats sont pertinents pour les efforts plus larges visant à améliorer la délivrance de l'hydroxyurée, dont l'utilisation clinique est actuellement limitée par une élimination rapide, une biodisponibilité variable et une toxicité liée à la dose. En montrant que la composition des tensioactifs peut être ajustée pour favoriser soit des particules plus petites et plus stables, avec une efficacité d'encapsulation plus élevée (NX-CS, NX-CT), soit une plus grande puissance cytotoxique in vitro (NX-ST)41,65, cette étude fournit une base pratique pour sélectionner ou optimiser davantage la composition des NLC en fonction de l'attribut de délivrance priorisé pour une application donnée, sans modifier la molécule d'hydroxyurée elle-même. Des plateformes de nanotransporteurs ajustables de ce type pourraient également s'appliquer à d'autres médicaments petits et hydrophiles confrontés à des limitations de délivrance similaires.

Directions futures

Les travaux futurs devraient privilégier la validation quantitative des mécanismes physicochimiques proposés ici à l’aide de techniques d’analyse en état solide et d’imagerie ; des essais de libération du médicament dans des conditions physiologiquement pertinentes ; la mesure directe de l’absorption cellulaire et de sa relation avec la cytotoxicité ; des tests sur d’autres lignées cellulaires cliniquement pertinentes, puis éventuellement sur des modèles in vivo ; des études formelles de stabilité accélérée et à long terme afin d’appuyer la détermination de la durée de conservation ; ainsi que la quantification de la stabilité chimique de l’HU et des fuites liées au stockage. La prise en compte de ces points permettrait d’établir si les avantages physicochimiques identifiés ici se traduisent par un bénéfice thérapeutique significatif.

Conclusions

Cette étude s'attaque à des limitations majeures de la thérapie par l'hydroxyurée (HU), notamment une faible efficacité de délivrance due à une élimination rapide, une biodisponibilité variable et une toxicité liée à la dose, en mettant au point des transporteurs lipidiques nanostructurés (NANOXURIA). Les résultats montrent que la composition en tensioactif et les conditions de stockage influencent de manière critique la stabilité physico-chimique, l'activité cytotoxique et l'efficacité globale de délivrance. Parmi les formulations testées, NX-ST a présenté des performances supérieures, avec une activité cytotoxique 3,2 fois plus élevée que celle de l'HU libre, indiquant une absorption cellulaire et une délivrance du médicament améliorées. Cette efficacité accrue est attribuée à ses caractéristiques équilibrées de particules, à une libération contrôlée et à une stabilisation électrostatique efficace.

En revanche, les formulations reposant principalement sur des tensioactifs non ioniques ont montré une stabilité et une performance comparativement plus faibles, soulignant l'importance de mécanismes de stabilisation combinés. Les conditions de stockage ont fortement influencé le comportement des formulations : 25 °C a favorisé la croissance des particules et l'hétérogénéité, tandis que 4 °C a mieux préservé la stabilité, l'uniformité et la charge de surface.

Dans l'ensemble, cette étude comble l'écart de recherche identifié en démontrant que des systèmes de NLC conçus de manière rationnelle peuvent améliorer la délivrance de l'hydroxyurée sans modifier la molécule du médicament elle-même. Les résultats soulignent que des combinaisons optimales de lipides et de tensioactifs ainsi que des conditions de stockage appropriées sont essentielles pour obtenir des systèmes de délivrance de médicaments stables, efficaces et pertinents sur le plan clinique.

Déclarations de divulgation

Tous les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier la Doyenné des études supérieures et de la recherche scientifique de l'Université de Jazan pour le financement de ce travail de recherche par le projet numéro : JU-RSP2026. Les auteurs expriment également leur profonde gratitude au Collège de pharmacie de l'Université de Jazan, Jazan, Arabie saoudite, pour avoir fourni les ressources essentielles qui ont permis la réalisation réussie de ce projet.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Filtre centrifuge Amicon Ultra-2 mL (coupure moléculaire de 3 kDa)Millipore, IrlandeUFC200324
Grille de cuivre revêtue de carbone (support d'échantillon pour MET)N/A
Cremophor EL (tensioactif non ionique, dérivé de l'huile de ricin, pureté ≥98 %)MedChemExpress, NJ, États-UnisHY-Y1890
Poches de dialyse (coupure moléculaire de 12-14 kDa)Spectrum Laboratories, CA, États-Unis08-670-3BB
Diméthylsulfoxyde (DMSO)Fisher Chemicals, Royaume-Uni10162090
Sérum de veau fœtal (SVF)Gibco, Paisley, Royaume-Uni10270-106
Microscope électronique à balayage à émission de champ (MEB-FEG), Apreo 2Thermo Fisher-FEI, États-Unis1229000
Homogénéisateur, HG 15DWiseTis, AllemagneDH.WHG02020
Hydroxyurée (HU) (pureté ≥99 %)Sudair Pharma, Riyad, Arabie saoudite21L001
Ligne cellulaire de cancer du sein humain MCF-7Collection américaine de cultures cellulaires (ATCC), États-UnisHTB-22
Lecteur de microplaques, SpectroStar NanoBMG LABTECH, Ortenberg, Allemagne601-101
Réactif MTT (5 mg/mL)Invitrogen Corporation, San Diego, CA, États-UnisM6494
Solution de pénicilline-streptomycineSigma-Aldrich, St. Louis, MO, États-UnisP4333
Milieu RPMI 1640Gibco, Grand Island, NY, États-Unis11875093
Huile de sésameMarchand local, Jazan, Arabie saouditeN/A
Dodécylsulfate de sodium (SDS) (tensioactif anionique, pureté 90 %)PanReac AppliChem, Darmstadt, Allemagne28312
Acide stéarique (pureté 95-106 %)Himedia, Mumbai, IndeGRM1425
Filtre à seringue (0,45 µm)Merck, SASLHV033RS
Microscope électronique en transmission (MET), TalosThermo Fisher, États-UnisN/A
Tween-80 (T80) (tensioactif non ionique, acide oléique ≥58 %)Loba Chemie, Mumbai, IndeArt. No. 06420
Spectrophotomètre UV-visibleShimadzu, Kyoto, Japon220-92961-01
Zetasizer Nano ZS90Malvern Panalytical, Malvern, Royaume-UniZEN3690

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