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Thèse Année : 2020

Dissolving microneedles for an optimal transdermal delivery of an active principle used in photodynamic therapy : development and proof of concept

Microaiguilles solubles pour la délivrance transdermique optimale d’un principe actif utilisé en thérapie photodynamique : mise au point et preuve de concept

Résumé

Non-melanoma skin cancers are on the rise with 2 to 3 million people diagnosed each year and are sometimes treated by local ablation therapy. To avoid this surgery, photodynamic therapy (PDT) appears as an advantageous treatment. Currently used in clinics, PDT consists of applying a cream containing a photosensitive precursor to the damaged skin, which, then metabolizes and under light excitation inducescell death. However, this technique is not fully effective if the skin lesion extends into the deep skin layers. To improve the therapeutic treatment of this type of skin cancer, a patch with dissolving microneedles (MNs) was develop to reach the deep layers of lesions that are difficult to treat. Hyaluronic acid, known for its biocompatibility, solubility and biodegradability, was chosen as the constituent material, and mixed with the 5-aminolevulinic acid (photosensitive precursor, 5-ALA). To ensure the best penetration without causing pain by touching the nerve endings, an optimal “pencil-tip” design was defined with MNs length going from 400 to 750μm. A simple and robust manufacturing process called solvent casting molding method, has been set up which is an asset for potential industrialization. In absence of realistic skin lesions model,we chose to establish one on rats skin by applying daily UV-B doses. Histology and pharmacokinetic studies validated the presence of precancerous skin lesions and the MN-patch in vivo efficiency was therefore tested. After one hour application on the injured rat skin, the MN-patch dissolved and released the 5-ALA that further metabolized to protoporphyrin IX (PpIX). A significant level of PpIX fluorescence was recorded suggesting that after light excitation, a PDT session could be effective. In parallel, to reduce pain felt during PDT treatment, a light device with suitable optical and thermal properties was conceived and coupled to the MN-patch. The idea would be to start the illumination directly after MN-patch application in order to avoid a painful photochemical reaction. This wearable and easy to use system purpose a all-in-one PDT processing which fulfills the criterion of patient compliance, better efficiency and speed of treatment.
Les cancers de la peau de type non mélanome constituent un enjeu sanitaire majeur : l’OMS en dénombre 2 à 3 millions par an. Pour les traiter, il faut parfois recourir à une résection chirurgicale localisée. Pour éviter ce geste, la thérapie photodynamique (PDT) est un traitement alternatif intéressant. Actuellement utilisée en clinique, la PDT consiste à appliquer sur la peau lésée une crème contenant un précurseur photosensible qui après métabolisation et sous excitation lumineuse induit la mort cellulaire. Néanmoins, cette technique atteint ses limites thérapeutiques lorsque la crème ne pénètre pas dans les couches lésées et profondes de la peau. Pour améliorer la délivrance de la PDT, un patch de microaiguilles (MAs) soluble dont la longueur des MAs peut être comprise entre 400 à 750μm a été développé permettant ainsi d’atteindre l’interface épiderme/derme sans induire de douleur. L’acide hyaluronique, polymère connu pour sa biocompatibilité, solubilité et biodégradabilité, a été choisi comme matériau constitutif du patch et a été mélangé avec l’acide aminolévunique (précurseur photosensible, 5-ALA). Un procédé de fabrication simple et robuste dit de moulage a été mis en place dans une perspective de potentielle industrialisation. Du fait de l’absence d’un modèle réaliste de lésions cutanées, nous avons choisi d’en développer un sur des rats en leur appliquant des doses d’UV-B quotidiennes. Ce modèle a été validé par des études d’histologie et de pharmacocinétique et a permis de tester l’efficacité du patch in vivo. Lorsque le patch a été appliqué sur les lésions précancéreuses, il s’est dissous en 1 heure, a libéré le 5-ALA qui s’est ensuite métabolisé en protoporphyrin IX (PpIX). Un taux significatif de fluorescence dû à la PpIX a été recueilli et montre qu’après excitation lumineuse, un traitement PDT pourrait être efficace. Aussi, afin de réduire la douleur ressentie pendant une session PDT, l’illumination commencerait juste après l’application du patch pour éviter l’accumulation de PpIX et a fortiori une réaction photochimique douloureuse. De ce fait, un système lumineux dont nous avons contrôlé les propriétés optiques, thermiques et temporelles a été couplé au patch de MAs. Ce système portatif et simple d’utilisation pourrait proposer un traitement PDT tout-en-un qui répond aux critères de rapidité, d’efficacité de traitement et de confort du patient.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03230952 , version 1 (20-05-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03230952 , version 1

Citer

Mathilde Champeau. Dissolving microneedles for an optimal transdermal delivery of an active principle used in photodynamic therapy : development and proof of concept. Human health and pathology. Université de Lille, 2020. English. ⟨NNT : 2020LILUS007⟩. ⟨tel-03230952⟩
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