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Conception et caractérisation de nanosphères de poly(ester) amide urée chargées d'ibuprofène pour l'administration topique chez les patients atteints d'arthrite

Simon De Grandpré

Master's thesis (2023)

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Abstract

Arthritis and its related conditions are a reality of the current civilized world affecting more people each year. In Canada, the estimation by the Arthritis Community Research & Evaluation Unit (ACREU) is that by 2040, the number of afflicted individuals, which currently sits at 6 million, will rise to 9 million. The first and most used pharmaceutical line of treatment for arthritis makes use of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). These drugs, often prescribed in higher than typical over-the-counter (OTC) doses, are commonly taken by oral administration. This leads to high systemic exposure to the drug. Because most arthritis associated conditions are chronic and require multiple years of treatment, this leads to increased incidence of drug-related side-effects, notably in the gut and kidneys. Ibuprofen, an NSAID, shows a well-known low toxicity profile, which is all indicated for a product which would require repeated applications. While other NSAIDs, like diclofenac, are more potent at managing the symptoms, these also present increased incidence of drug associated side effects. To ensure appropriate delivery, nanosystems were considered for their potential in drug delivery, allowing for protection of the active ingredient, diminution of dose and toxicity as well as longer persistence in the organism and specificity of target. Nanosystems are an extremely diverse field and for this thesis polymeric nanoparticles were chosen for their versatility. The current project utilizes polyester amide urea nanospheres for the transdermal delivery of ibuprofen. The objective of this thesis is to focus on the conception and characterization of these nanocolloids in order for them to present the required characteristics for topical delivery. Nanospheres were made using the solvent evaporation technique with Phagelux Canada Inc’s proprietary polymer, an amino acid-based polymer, polyester amide urea (PEAU). Following this, intrinsic parameters of nanocolloidal drug delivery systems were quantified such as size, polydispersity index (PDI), zeta potential and encapsulation efficiency with varying concentration of surfactant, co-surfactant, polymer as well as ibuprofen mass. Scanning electron microscope (SEM) photos were also taken to investigate morphology. The optimal formulations were F1 and F9, presenting good and homogenous size (PDI:0.149 and 0.207, respectively, ~200nm), fair stability (>│25│mV) and encapsulation efficiency (42 and 71%, respectively). Thus, it is possible to create biodegradable, biocompatible nanospheres for the delivery of ibuprofen. Further studies must however be conducted to further characterize the kinetic release parameters in vitro and in vivo. Keywords: NSAIDS, ibuprofen, polymeric nanoparticles, topical, drug delivery, solvent evaporation

Résumé

L'arthrite et les conditions qui lui sont associées sont une réalité du monde occidental actuel affectant de plus en plus de personnes chaque année. Au Canada, l’estimation par l’Unité Communautaire de l’Évaluation et de la Recherche sur l’arthrite (ACREU) est que d’ici 2040, le nombre d’individus affectés, présentement à 6 millions, s’élèvera à 9 millions. La première ligne de traitement pharmaceutique de l'arthrite, et la plus utilisée, fais appel aux drogues anti-inflammatoires non stéroïdiennes (NSAIDs). Ces médicaments, souvent prescrits à des doses plus élevées que les doses habituelles en vente libre, sont généralement pris par voie orale. Cela entraîne une forte exposition systémique au médicament. Comme la plupart des affections liées à l'arthrite sont chroniques et nécessitent plusieurs années de traitement, l'incidence des effets secondaires liés aux médicaments, notamment au niveau de l'intestin et des reins, augmente. L’ibuprofène, une NSAID, présente un profil connu de toxicité moindre, ce qui le rend particulièrement indiqué pour un produit à usage répété, contrairement au diclofénac, plus efficace, mais présentant aussi un profil plus risqué. Ces dernières années, les nanosystèmes ont suscité l'intérêt des scientifiques et des sociétés pharmaceutiques en raison de leur potentiel en matière d'administration de médicaments, qui permet de protéger l'ingrédient actif, de réduire la dose et la toxicité, de prolonger la persistance dans l'organisme et d'améliorer le ciblage. Parmi ces nanosystèmes, on compte les nanoparticules de polymères, un type de nanoparticule choisie pour sa polyvalence importante. Le projet actuel utilise des nanosphères de polyester-amide-urée pour une diffusion transdermique d’ibuprofène. L'objectif de ce mémoire est de concevoir ainsi que de caractériser ces nanocolloïdes afin de s'assurer qu'ils présentent les caractéristiques requises par Phagelux Canada Inc. Les nanosphères ont été fabriquées par la technique d'évaporation de solvant avec le polymère de Phagelux Canada Inc, un polymère à base d'acide aminé, le polyester amide urée (PEAU). Ensuite, les paramètres intrinsèques des systèmes nanocolloïdaux dédiés à l’administration de médicaments ont été quantifiés, tels que la taille, l'indice de polydispersité (PDI), le potentiel zêta et l'efficacité d'encapsulation, avec des concentrations variables de surfactant, de co-surfactant, de polymère ainsi que de masse d'ibuprofène. Des photos au microscope électronique à balayage (SEM) ont également été prises pour étudier la morphologie. Les formulations optimales étaient F1 et F9, présentant une bonne taille homogène (PDI:0,149 et 0,207, respectivement, ~200nm), une bonne stabilité (potentiel zêta : >│25│mV) et une bonne efficacité d'encapsulation (42 et 71%, respectivement). Ainsi, une preuve de concept est mise en évidence pour la conception de nanosphères biodégradables pour la délivrance d'ibuprofène. D'autres études doivent cependant être menées pour caractériser davantage les paramètres cinétiques de libération in vitro et in vivo. Mots-clés : NSAID, ibuprofène, nanoparticule polymérique, topique, évaporation de solvant

Department: Institut de génie biomédical
Program: Génie biomédical
Academic/Research Directors: L'Hocine Yahia and Nancy Tawil
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/57004/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 24 Apr 2024 08:29
Last Modified: 24 Apr 2024 22:00
Cite in APA 7: De Grandpré, S. (2023). Conception et caractérisation de nanosphères de poly(ester) amide urée chargées d'ibuprofène pour l'administration topique chez les patients atteints d'arthrite [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/57004/

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