Procédé de co-atomisation séchage pour l'encapsulation d'un principe actif au sein de nanoparticules de silice mésoporeuse

Les nanosystemes a visee biomedicale sont de plus en plus etudies en tant qu’outil therapeutique pour la delivrance controlee de substances actives. Grâce a leurs proprietes de surface, leur morphologie, leur reseau poreux organise ainsi que leur biocompatibilite, les nanoparticules de silice mesoporeuse de type MCM-41 (notees MSN) font partie des nanovecteurs les plus repandus. Leur synthese et leur fonctionnalisation externe/interne ont ete largement etudiees ainsi que leurs proprietes biologiques. Neanmoins, les procedes conventionnels de charge en molecules actives de MSN, comme l'impregnation, ne presentent pas une efficacite de charge suffisante et sont difficiles a envisager a l'echelle industrielle. Pour surmonter ces limitations, nous avons mis en place un procede innovant de co-sechage par atomisation pour les MSN, utilisant le Nano Spray Dryer B-90. L’ibuprofene a ete choisi comme molecule modele en raison de ses proprietes physico-chimiques, dont son caractere tres faiblement hydrosoluble, de sa taille moleculaire et de la litterature abondante associee. Des techniques complementaires, telles que DLS, MEB, MET, SAXS, RMN du solide, Adsorption d’azote, ATG/ATD, … etc ont ete utilisees pour effectuer une caracterisation multi-echelle des particules chargees. Les poudres sechees par atomisation ont ete analysees du point de vue de la taille et de la morphologie des agregats de MSN formes lors de l’atomisation, de la charge des pores et de la conformation de l'ibuprofene et de ses interactions avec la silice. La caracterisation de poudre atomisee dans des conditions considerees comme referentes prouve que l’ibuprofene se charge dans les pores des MSN et se trouve dans un etat qualifie de pseudo-liquide au sein du reseau, interagissant de maniere non preferentielle avec la matrice de silice. Un mecanisme de charge en deux etapes a ete propose.Une premiere etape de charge au sein de la suspension initiale resulte de l’equilibre entre les molecules d’ibuprofene libres en solution et celles physisorbees a l’interieur des pores des MSN. La seconde etape est realisee au cours du sechage provoquant l’evaporation du solvant et la diffusion des molecules d’ibuprofene libres dans le reseau de pores. Le rapport massique ibuprofene/silice dans la suspension initiale affecte fortement la localisation (dans les mesopores ou en dehors) et l’etat physique (cristallise, amorphe ou pseudo-liquide) de l'ibuprofene. La quantification de chacune de ces phases a permis de calculer des taux de charge precis. Ainsi, pour des ratios eleves en ibuprofene dans la suspension initiale, il a ete demontre que le remplissage des pores continue de s’exercer, alors meme que de l’ibuprofene cristallin se forme a l’exterieur des pores. L’augmentation du taux de remplissage des pores s’accompagne dans ce cas d’une densification de l’ibuprofene dans le reseau poreux, passant d’un etat pseudo-liquide a un etat amorphe. La concentration initiale en solide dans la suspension ainsi que la composition du solvant modifient la densite des agglomerats de MSN. En outre, les parametres lies au procede : la taille des pores de la buse d’atomisation, le debit de suspension d’alimentation, la temperature et le debit du gaz secheur ont un effet moindre sur la charge en principe actif mais impactent la taille, la morphologie et la densite des agglomerats, ainsi que le rendement de recuperation de la poudre en fin d’operation. Ces effets resultent de l’influence de ces parametres sur la composition des gouttes formees par la buse d’atomisation et sur la cinetique de sechage. Une etude preliminaire a permis d’evaluer les proprietes de liberation des MSN chargees et de mettre en evidence une liberation rapide et complete de l’ibuprofene encapsule.