Sonosensitive emulsions for therapeutic applications
Emulsions sonosensibles pour applications thérapeutiques
Résumé
Current treatments for diseases such as cancer, neurodegenerative disorders or inflammation often come with side effects. This is because when a drug is administered systemically, it is free to interact with any physiological components in its path, including cells, hormones, or enzymes necessary for the body to function properly. For example, chemotherapy inhibits the proliferation of all cells, which can lead to hair loss, infertility, myelosuppression or even cause other types of cancer. To avoid such effects, one solution is to have the drug act selectively on a target site. To do this, the drug can be encapsulated in an object that will be brought to the site of interest, to release the drug only there. This delivery system serves to increase the bioavailability, efficacy and safety of a drug. The release can be triggered using an external stimulus such as ultrasound. In this context, emulsions have been produced to serve as drug carriers that can be destabilized in a controlled manner using an acoustic stimulus. Perfluorocarbon (PFC) oil emulsions have the ability to undergo a phase change from liquid droplets to gas bubbles, triggered by an acoustic stimulus above a pressure threshold. The mechanism is called acoustic droplet vaporization (ADV) and is thought to occur by superharmonic focusing of the acoustic wave inside the droplet, creating a homogeneous nucleation event. Additionally, ADV is believed to be required to release the molecules from the PFC droplets to achieve drug release. In this thesis, we have produced monodisperse emulsion systems that are produced in microfluidic devices and contain either a PFC core or a water core surrounded by a PFC shell. We demonstrate evidence of heterogeneous nucleation at the interface of the two types of PFC droplets as the mechanism of ADV. Additionally, we show that acoustically triggered release of molecules from such systems can occur by diffusion at pressures below the ADV threshold. Overall, the three submitted papers demonstrate the possibility of using these emulsion systems for focused ultrasound-controlled delivery of hydrophilic and hydrophobic molecules without vaporization or cavitation, thus without risk of content or tissue degradation in biomedical applications.
Les traitements actuels de maladies telles que le cancer, les troubles neurodégénératifs ou l'inflammation s'accompagnent souvent d'effets secondaires. Cela est dû au fait que lorsqu'un médicament est administré par voie systémique, il est libre d'interagir avec tous les composants physiologiques sur son chemin, y compris les cellules, les hormones ou les enzymes nécessaires au bon fonctionnement de l'organisme. Par exemple, la chimiothérapie entrave la prolifération de toutes les cellules, ce qui peut entraîner la chute des cheveux, l'infertilité, la myélosuppression ou même provoquer d'autres types de cancer. Pour éviter de tels effets, une solution consiste à faire agir le médicament de manière sélective sur un site cible. Pour ce faire, le médicament peut être encapsulé dans un objet qui sera amené au site d'intérêt, pour ne libérer le médicament qu'à cet endroit. Ce système d'administration sert à augmenter la biodisponibilité, l'efficacité et l'innocuité d'un médicament. La libération du médicament peut être déclenchée à l'aide d'un stimulus externe tel que les ultrasons. Dans ce contexte, des émulsions ont été produites pour servir de vecteurs de médicaments pouvant être déstabilisés de manière contrôlée à l'aide d'un stimulus acoustique. Les émulsions d'huile de perfluorocarbone (PFC) ont la capacité de subir un changement de phase de gouttelettes liquides en bulles de gaz, déclenché par un stimulus acoustique au-dessus d'un seuil de pression. Le mécanisme est appelé vaporisation de gouttelettes acoustiques (ADV) et on pense qu'il se produit par une focalisation superharmonique de l'onde acoustique à l'intérieur de la gouttelette, créant ainsi un événement de nucléation homogène. En outre, on pense que l'ADV est nécessaire pour libérer les molécules des gouttelettes de PFC afin d'obtenir la libération du médicament. Dans cette thèse, nous avons produit des systèmes d'émulsions monodisperses qui sont produits dans des dispositifs microfluidiques et contiennent soit un noyau PFC, soit un noyau d'eau entouré d'une coque PFC. Nous démontrons des preuves de nucléation hétérogène, à l'interface des deux types de gouttelettes de PFC comme mécanisme de l'ADV. De plus, nous montrons que la libération déclenchée acoustiquement de molécules à partir de tels systèmes peut se produire par une diffusion à une pression inférieure au seuil d'ADV. Dans l'ensemble, les trois articles soumis démontrent la possibilité d'utiliser ces systèmes d'émulsion pour la délivrance, contrôlée par ultrasons focalisés, de molécules hydrophiles et hydrophobes, sans vaporisation ni cavitation, donc sans risque de dégradation du contenu ou des tissus environnants dans les applications biomédicales.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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