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Thèse Année : 2020

Encapsulation in liposomes of active agents in free- and cyclodextrin/guest inclusion complex forms : applications to essential oil constituents

Encapsulation dans les liposomes d'agents actifs libres et sous forme de complexe d'inclusion dans les cyclodextrines : applications aux constituants d'huiles essentielles

Résumé

Essential oil (EO) components possess important biological functions including antimicrobial and insecticidal properties. However, their industrial application is limited due to their volatility, poor water solubility and chemical instability. To solve the aforementioned drawbacks, our thesis work focuses on the preparation and characterization of conventional liposomes (CLs) and drug-in-cyclodextrin-in-liposomes (DCLs) carrying several EO components. Characterization of EO encapsulation and release was performed using High Performance Liquid Chromatography and multiple headspace extraction method, respectively. The effect of the chemical structure, the aqueous solubility, the octanol/ water partition coefficient (log P), and the Henry’s law constant (Hc) on the characteristics of CLs and DCLs was investigated. The non-hydrogenated soybean phospholipid (Lipoid S100) was used in combination with cholesterol (CHOL) to prepare the liposomes by the ethanol injection method. A series of EO components was considered including: α-pinene, camphor, estragole, eucalyptol, isoeugenol, pulegone, terpineol, and thymol. Entrapment in CLs was more efficient for the EO components presenting a hydroxyl group in their structure and for those exhibiting a low Hc as well as a low aqueous solubility value. The size and the composition of vesicles were shown to influence the release of components from liposomes. The factors related to EO properties that favor their encapsulation in DCLs were: the presence of a propenyl tail or a hydroxyl group in the structure as well as possessing a high log P value. Besides, a negative relationship was established between the encapsulation efficiency of EO components into DCLs and the CHOL membrane content of vesicles. The release of components from DCLs depends on their encapsulation efficiency into the formulations. Moreover, the interaction of hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) and HP-β-CD/drug inclusion complex with Lipoid S100:CHOL- and Phospholipon 90H:CHOL liposomes was studied where their effects on the size and the membrane composition of vesicles were examined. Results demonstrated that the incorporation of HP-β-CD in the internal aqueous compartment of the liposomes modified the size distribution of vesicles. In addition, HP-β-CD reduced phospholipids incorporation into both types of membranes while reduced CHOL incorporation only for Phospholipon 90H:CHOL vesicles. In conclusion, liposomes and DCLs could be considered as promising carrier systems for EO components. The developed formulations may find wide applications in food, agricultural and pharmaceutical fields.
Les huiles essentielles présentent des fonctions biologiques importantes et sont connues comme des agents antimicrobiens et des insecticides. Leurs diverses applications sont limitées par leur volatilité, leur faible solubilité dans l’eau, et leur instabilité chimique. Pour pallier à ces inconvénients précités, notre travail de thèse se concentre sur la préparation et la caractérisation des liposomes conventionnels et des liposomes contenant des complexes d’inclusion cyclodextrine-composant d’huiles essentielles (DCLs). La chromatographie liquide à haute performance et la méthode d'extraction d'espace de tête multiple ont été utilisées pour la caractérisation de l'encapsulation et de la libération d'huiles essentielles, respectivement. L’effet de la structure chimique des composants des huiles essentielles sur les caractéristiques des liposomes et des DCLs, ainsi que leur solubilité dans l’eau, leur coefficient de partage octanol/eau (log P), et la constante de Henry sont investigués. Le phospholipide de soja insaturé (Lipoid S100) et le cholestérol (CHOL) ont été utilisés pour préparer les liposomes par la méthode d'injection d'éthanol. Une série des huiles essentielles (alpha-pinène, camphor, estragole, eucalyptol, isoeugénol, pulegone, terpinéol, et thymol) est sélectionnée. Nos resultats ont montré que l’incorporation dans les liposomes conventionnels est favorisée par la présence d’un groupement hydroxyle, une faible constante de Henry, et une faible solubilité aqueuse. La taille et la composition des vésicules affectent la libération des molécules des liposomes. D’un autre côté, différents paramètres conditionnent l’encapsulation dans les DCLs comme la présence d’un groupement propényl ou d’un groupement hydroxyle, et la valeur élevée de log P d’un constituant d’huile essentielle. En outre, une relation négative a été établie entre l'efficacité d'encapsulation des molécules et le taux de cholestérol membranaire dans les vésicules de type DCLs. La libération d'huiles essentielles des DCL est contrôlée par leur efficacité d'encapsulation dans les formulations. De plus, l'effet de l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine (HP-β-CD) et des complexes d’inclusion cyclodextrine-huiles essentielle sur la taille et la composition membranaire des liposomes composés de Lipoid S100 ou Phospholipon 90H a été évalué. Les résultats ont montré que l’HP-β-CD est capable de moduler la distribution de taille des vésicules. Dans nos conditions expérimentales, ce type de CD réduit l’incorporation des phospholipides dans les deux types de membranes étudiées par contre, il réduit l’incorporation de CHOL uniquement dans les membranes formées de Phospholipon 90H et de CHOL. En conclusion, les liposomes conventionnels et les DCL pourraient être considérés comme des systèmes prometteurs d’encapsulation des huiles essentielles. Les formulations développées dans la présente étude pourraient être considérées comme futurs ingrédients dans des préparations alimentaires, agricoles et pharmaceutiques.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03613194 , version 1 (18-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03613194 , version 1

Citer

Zahraa Hammoud. Encapsulation in liposomes of active agents in free- and cyclodextrin/guest inclusion complex forms : applications to essential oil constituents. Biochemistry, Molecular Biology. Université de Lyon, 2020. English. ⟨NNT : 2020LYSE1263⟩. ⟨tel-03613194⟩
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