Novel technologies for transdermal delivery of active molecules
Nouvelles technologies pour la délivrance transcutanée de molécules actives
Résumé
Transdermal delivery of active molecules being a developing research area, this thesis aims to study different technologies allowing a fast and painless drug release through a patch system. Particular attention is given to biomolecules such as proteins as they are even more challenging to deliver transdermally because of their important size. Two technologies are studied in this project to enhance protein delivery.(1) Microneedles are micron to millimeter size tips used to painlessly perforate the outermost layer of the skin, the stratum corneum, which acts as an environmental barrier. The use of a biobased, biocompatible and bioresorbable material (PLA, PGA, PLGA) is preferred to provide safe, sustainable and customizable hollow microneedle arrays depending on the desired therapeutic application. Industrializable manufacturing processes (thermoforming, injection molding, 3D-printing) are also explored to study the viability of this technology on a larger scale.(2) Iontophoresis is an electrically-assisted drug delivery technique causing the migration of ions under the effect on an electric field. Screen-printed flexible Ag/AgCl electrodes are used as sacrificial electrodes to avoid undesired electrochemical reactions in skin interstitial fluids. Electrochemical characterizations (chronopotentiometry, electrochemical impedance spectroscopy) and numerical simulations are used to monitor electrode wear, understand diffusion mechanisms and avoid the risk of burns.Finally, protein delivery is compared with passive diffusion in a skin phantom using microneedles, iontophoresis and their combination. In the latter case, promising results are obtained with almost half the protein reservoir reproducibly delivered in 45 minutes.
La délivrance de molécules actives par voie transdermique étant un sujet de recherche en développement, cette thèse vise à étudier différentes technologies permettant une libération rapide et indolore de médicaments par le biais d'un système de patch. Une attention particulière est accordée aux biomolécules telles que les protéines, qui sont plus difficiles à administrer par voie transdermique en raison de leur taille importante. Deux technologies sont étudiées dans ce projet pour améliorer l'administration de protéines.(1) Les microaiguilles sont des pointes de taille micrométrique à millimétrique utilisées pour perforer sans douleur la couche externe de la peau, le stratum corneum, qui agit comme une barrière environnementale. L'utilisation d'un matériau biosourcé, biocompatible et biorésorbable (PLA, PGA, PLGA) est préférable pour fournir des microaiguilles creuses sûres, durables et personnalisables selon l'application thérapeutique souhaitée. Des procédés de fabrication industrialisables (thermoformage, injection plastique, impression 3D) sont explorés pour étudier la viabilité de cette technologie à plus grande échelle.(2) L'ionophorèse est une technique d'administration de médicaments assistée électriquement provoquant la migration d'ions sous l'effet d'un champ électrique. Des électrodes Ag/AgCl sérigraphiées et flexibles sont utilisés comme électrodes sacrificielles afin d’éviter des réactions électrochimiques parasites dans les fluides interstitiels de la peau. Des caractérisations électrochimiques (chronopotentiométrie, spectroscopie d’impédance électrochimique) et des simulations numériques sont utilisées pour suivre l’usure des électrodes, comprendre les mécanismes de diffusion et éviter les risques de brûlures.Enfin, la délivrance de protéines est comparée à la diffusion passive dans un fantôme de peau en utilisant microaiguilles, ionophorèse et leur combinaison. Dans ce dernier cas, des résultats prometteurs sont obtenus avec près de la moitié du réservoir de protéine délivrée en 45 minutes de façon reproductible.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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