Chap 4
26 cardsVue d'ensemble des émulsions, tensioactifs, stabilité (HLB, forces DLVO), émulsions multiples, microémulsions, liposomes et niosomes, avec leurs applications pharmaceutiques et cosmétiques.
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Les Systèmes Dispersés
Les systèmes dispersés sont des systèmes hétérogènes constitués d'au moins deux phases, où l'une est dispersée dans l'autre sous forme de particules. En pharmacie et en cosmétique, ils revêtent une importance capitale pour la formulation de nombreux produits. Ces systèmes peuvent être classifiés en plusieurs catégories selon la taille des particules dispersées, incluant les dispersions colloïdales, les émulsions, les suspensions et les aérosols. La distinction entre ces catégories repose souvent sur des conventions de taille, comme la limite de pour les dispersions colloïdales.
Types de Systèmes Dispersés
- Dispersions colloïdales : Particules de taille . Exemples : dispersions colloïdales de polymères, microémulsions, liposomes, systèmes nanoparticulaires.
- Émulsions : Systèmes hétérogènes de deux phases liquides non miscibles (huile et eau), où l'une est dispersée dans l'autre sous forme de fines gouttelettes ().
- Suspensions : Systèmes hétérogènes d'une phase solide dispersée dans une phase liquide.
- Aérosols : Dispersions de particules solides ou liquides dans un gaz (traitées dans un chapitre spécifique).
Les émulsions et suspensions sont très répandues en pharmacie et cosmétique, se présentant sous forme liquide ou semi-solide pour diverses voies d'administration (orale, parentérale, topique).
Les Émulsions : Généralités et Stabilisation
Une émulsion est un système hétérogène composé de deux phases liquides non miscibles : une phase huileuse (H ou O) et une phase aqueuse (E ou W).
- La phase interne (ou phase dispersée, discontinue) est dispersée sous forme de fines gouttelettes ().
- La phase dispersante (ou phase continue, externe) est le milieu dans lequel les gouttelettes sont dispersées.
Il existe deux types principaux d'émulsions :
- Huile dans Eau (H/E ou O/W) : Gouttelettes d'huile dispersées dans une phase aqueuse (ex: lait, crèmes hydratantes).
- Eau dans Huile (E/H ou W/O) : Gouttelettes d'eau dispersées dans une phase huileuse (ex: beurre, certaines pommades).
Exemples :
- Alimentaire : Lait (caséine), jaune d'œuf (lécithine), mayonnaise.
- Pharmaceutique et cosmétique : Crèmes, pommades, laits, émulsions intraveineuses pour nutrition parentérale.
Intérêts pharmaceutiques : Elles peuvent avoir un effet thérapeutique propre ou servir de véhicule pour des substances actives hydrophiles et lipophiles.
Théorie de l'Émulsification
La préparation d'une émulsion implique la division de la phase interne en fines gouttelettes. Ce processus nécessite un apport d'énergie (travail d'émulsification) car il entraîne une augmentation considérable de la surface interfaciale entre les deux phases. Un système émulsionné est donc hautement énergétique et présente une stabilité minimale. L'énergie libre de surface () est proportionnelle à la tension interfaciale (, souvent notée ) et à la surface () :
La tension interfaciale est une force qui tend à réduire la surface de contact entre les phases. Pour stabiliser le système, il faut réduire , ce qui se traduit par une réduction de (fusion des gouttelettes jusqu'à la séparation de phase, appelée cassure de l'émulsion). La stabilisation des émulsions nécessite donc la présence d'agents tensioactifs.
Agents Tensioactifs (TA)
Les tensioactifs sont des substances amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles possèdent à la fois un caractère lipophile (affinité pour l'huile) et hydrophile (affinité pour l'eau). Ils abaissent la tension interfaciale en s'adsorbant préférentiellement à l'interface entre les deux phases, formant ainsi un film interfacial (une troisième phase). Leur présence réduit le travail nécessaire à l'émulsification et augmente la stabilité du système en diminuant .
Selon leur rôle, on les appelle émulsifs (émulsionnants, surfactifs), détergents (savons), moussants, mouillants, dispersants ou solubilisants.
Classification chimique des Tensioactifs
Les tensioactifs sont classifiés selon la nature de leur tête polaire :
- Tensioactifs anioniques : Possèdent une charge négative. Ils sont souvent irritants pour les muqueuses et hémolytiques, peu utilisés en usage interne et incompatibles avec les substances cationiques. Ex: Docusate de sodium (additif alimentaire, excipient, laxatif). Très utilisés dans les produits dermatologiques et d'hygiène (savons, shampoings) pour leurs propriétés détergentes et moussantes.
- Tensioactifs cationiques : Possèdent une charge positive. Incompatibles avec les substances anioniques. Les sels d'ammonium quaternaires sont les plus utilisés, principalement pour leurs propriétés bactéricides. Très irritants pour les muqueuses, ils sont réservés à l'usage externe.
- Tensioactifs amphotères : Se comportent comme anioniques ou cationiques selon le pH du milieu. Peuvent être d'origine naturelle (jaune d'œuf, soja) ou synthétique (DPPC = dipalmitoyl phosphatidylcholine). Très utilisés en usage parentéral (ex: Intralipid®) et pour la fabrication de liposomes.
- Tensioactifs non ioniques : Ne possèdent pas de charge électrique. C'est le groupe le plus important, compatible avec les substances anioniques et cationiques, peu irritant et donc très utilisé en usage interne. Ils ont un fort pouvoir détergent mais un faible pouvoir moussant. On distingue :
- D'origine naturelle : Saponines, stérols, phospholipides (lécithine), protéines (gélatine), polysaccharides, dérivés inorganiques finement divisés (bentonite, Veegum, hydroxyde d'aluminium).
- De synthèse :
- Esters de glycol et d'acides gras (ex: Monostéarate de glycérol (Cutina GMS), Stéarate d'éthylène glycol, Stéarate de propylène glycol). Utilisés pour émulsions E/H ou comme co-émulsifs pour H/E.
- Dérivés polyoxyéthylénés (obtenus par traitement d'acides gras, alcools gras ou glycérides par l'oxyde d'éthylène), permettant une modulation de l'HLB.
- Esters de polyoxyéthylène glycols et d'acides gras (ex: Mirjs, Téfosses, Crémophore AP). Stabilisent les émulsions H/E.
- Éthers de polyoxyéthylène glycols et d'alcools gras (ex: Brijs, Emulgine, Tensolases, Crémophor O). Stabilisent les émulsions E/H ou H/E selon la longueur des chaînes PEG.
- Glycérides éthoxylés (ex: Huile de ricin polyoxyéthylénée (Crémophor EL), Huile de ricin hydrogénée polyoxyéthylénée (Crémophors RH40 et RH60)). Stabilisent les émulsions H/E.
- Esters de sorbitane (Spans ou Arlacels) : Monoesters de sorbitane, stabilisent les émulsions E/H.
- Esters de sorbitane et de polyoxyéthylène glycols (Polysorbates, Tweens®) : Monoesters de sorbitane polyoxyéthylénés, stabilisent les émulsions H/E. Les numéros associés (ex: Tween 20, Tween 80) indiquent la nature de la chaîne grasse estérifiant le sorbitane (voir Tableau 1). Les Tweens sont généralement hydrophiles.
Tableau 1 : Spans et Tweens (nature de la chaîne grasse)
| Nombre | Acide gras |
|---|---|
| 20 | Acide laurique (C12) |
| 40 | Acide palmitique (C16) |
| 60 | Acide stéarique (C18) |
| 80 | Acide oléique (C18) |
| 65 | Tri Stéarates |
| 85 | Tri Oléates |
| 83 | Sesquioléate (2 radicaux sorbitane pour 3 chaînes grasses) |
Les produits commerciaux Tween® contiennent généralement 20 radicaux oxydes d'éthylène, ce qui les rend plutôt hydrophiles que lipophiles. La différence entre Tween 20® et Tween 80® réside dans l'acide gras estérifiant le sorbitane (acide laurique pour le 20, acide oléique pour le 80).
D'autres substances comme les gommes et polymères d'origine naturelle (gomme arabique) ou synthétique (méthylcellulose, HPMC, PVA, Poloxamers) peuvent également abaisser la tension interfaciale et contribuer à la stabilisation.
Balance Hydrophile/Lipophile (BHL ou HLB)
La valeur HLB est un système de classification pour les tensioactifs qui indique l'équilibre entre les parties hydrophiles et lipophiles de leur structure. Elle permet de prédire leur comportement et le type d'émulsion qu'ils favoriseront :
- Si : Hydrophilie = Lipophilie.
- Si : Hydrophilie < Lipophilie (tensioactifs lipophiles). Favorise les émulsions E/H.
- Si : Hydrophilie > Lipophilie (tensioactifs hydrophiles). Favorise les émulsions H/E.
Détermination du sens d'une émulsion :
- Dilution avec de l'eau : Une émulsion H/E se dilue avec de l'eau, tandis qu'une émulsion E/H ne le fait pas.
- Colorant : Utilisation d'un colorant soluble dans l'une des phases (ex: rouge soudan soluble dans l'huile).
- Conductivité électrique : Mesure avec un ohmmètre. Une émulsion H/E (phase aqueuse continue) sera conductrice, tandis qu'une E/H (phase huileuse continue) sera peu ou pas conductrice.
Détermination de la valeur HLB :
Le comportement d'un émulsif dans l'eau permet une estimation grossière de sa valeur HLB :
| Comportement dans l’eau | Fourchette HLB |
|---|---|
| Dispersion impossible | 1 – 4 |
| Dispersion très faible | 3 – 6 |
| Dispersion laiteuse après agitation | 6 – 8 |
| Dispersion laiteuse stable | 8 – 10 |
| Dispersion claire, translucide | 10 – 13 |
| Solution claire |
La valeur HLB peut également être calculée à l'aide des nombres de groupes de Davies pour les groupes fonctionnels hydrophiles et lipophiles :
| Groupes hydrophiles | Nombre | Groupes lipophiles | Nombre |
|---|---|---|---|
| COOK | 21.1 | -0.475 | |
| COONa | 19.1 | -0.475 | |
| N (amine tertiaire) | 9.4 | -0.475 | |
| Ester | 2.4 | ||
| Ester (noyau sorbitane) | 6.8 | +0.33 | |
| COOH | 2.1 | -0.15 | |
| Hydroxyle | 1.9 | ||
| Hydroxyle (noyau sorbitane) | 0.5 | ||
| 1.3 |
Théorie de la Stabilité des Émulsions
La stabilité des émulsions est influencée par plusieurs facteurs, allant au-delà de la simple réduction de la tension interfaciale par les tensioactifs :
- Charge électrique des particules dispersées.
- Configuration et propriétés du film interfacial.
- Viscosité de la phase dispersante.
Contribution des charges électriques : Théorie DLVO
Les particules dispersées dans une émulsion peuvent acquérir une charge électrique, ce qui crée des forces de répulsion entre elles et contribue à la stabilité. L'origine de ces charges peut être :
- Ionisation de surface des particules dans l'eau.
- Adsorption de molécules ionisées ou d'ions (tensioactifs, électrolytes) du milieu.
- Frictions entre les particules et la phase dispersante (pour les émulsions H/E, charges négatives ; pour les émulsions E/H, charges positives selon la règle de Coehn).
L'environnement électrique autour d'une particule est décrit par la double couche diffuse :
- Plan a-a' : Couche des ions déterminants, responsable de la charge de la particule. Le potentiel associé est le potentiel de Nernst (), potentiel maximal de la particule.
- Plan b-b' (Couche de Stern) : Couche des contre-ions, où la neutralisation est partielle en raison du mouvement Brownien. Le potentiel à ce niveau est le Zêta potentiel () ou potentiel électrocinétique. C'est le potentiel mesurable qui reflète la stabilité.
- Plan c-c' : Limite du milieu externe, point de neutralité.
- Couche diffuse : Espace entre les plans b-b' et c-c', contenant un excès de charges opposées à celles de la particule.
Un système dispersé est considéré stable si .
Répulsions et Attractions interparticulaires
La stabilité résulte de l'équilibre entre les forces de répulsion et d'attraction. La théorie DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek) décrit cette interaction :
- Répulsions : Les particules d'une dispersion chargées de même signe se repoussent. L'énergie potentielle de répulsion () est d'autant plus grande que la couche diffuse est importante.
- L'épaisseur de la couche diffuse () est donnée par l'équation de Debye-Hückel, inversement proportionnelle à la concentration et la valence des ions dans le milieu dispersant ().
- L'ajout d'électrolytes peut réduire et déstabiliser les émulsions.
- Attractions : Les forces de van der Waals créent une énergie potentielle d'attraction () qui pousse au rapprochement des particules.
L'énergie d'interaction totale () varie fortement avec la distance interparticulaire. Une courbe typique montre :
- Un minimum secondaire (faible attraction) où les particules sont maintenues à distance sans contact direct, formant un floculat lâche.
- Une zone de répulsion qui empêche un rapprochement plus important.
- Un minimum primaire (attraction intense) si les particules se rapprochent trop, conduisant à des agrégats non poreux et à la coalescence.
Il est crucial de distinguer la floculation (rapprochement réversible en agrégats lâches) de la coalescence (fusion irréversible des gouttelettes).
Les électrolytes déstabilisent les émulsions en fonction de leur concentration et de leur charge. Pour les émulsions E/H, la contribution de la charge est souvent négligeable car la concentration en ions est très faible dans l'huile, rendant leur stabilisation plus difficile.
Contribution du film interfacial
La stabilisation ne peut pas toujours être expliquée par la seule charge (ex: émulsions H/E stabilisées par TA non ioniques, émulsions E/H). Un film interfacial épais et viscoélastique offre une protection stérique contre la fusion ou la coalescence.
Le film interfacial se forme grâce à :
- La disposition et l'hydratation des chaînes des tensioactifs autour des gouttelettes. Les TA non ioniques et les mélanges de deux émulsifs (ex: Polysorbates – esters de sorbitane) structurent mieux ce film. Les chaînes polyoxyéthylénées sont plus efficaces, ce qui rend les émulsions H/E plus faciles à stabiliser que les E/H. Ces répulsions sont dues à l'effet de volume restrictif (effet stérique) et à la répulsion osmotique.
- L'adsorption de macromolécules (hydrocolloïdes) sur les gouttelettes (uniquement pour les émulsions H/E). Ex: gomme arabique, gélatine, HPMC, MC forment un film rigide ; les alginates un film liquide visqueux.
- L'adsorption de solides finement divisés (ex: MgO, Al(OH)3) autour des gouttelettes.
Contribution de la viscosité
L'augmentation de la viscosité du milieu dispersant améliore la stabilité des émulsions contre le crémage et la sédimentation (phénomènes réversibles, mais qui favorisent la cassure).
Selon l'équation de Stokes, la vitesse de crémage ou de sédimentation () est inversement proportionnelle à la viscosité () et directement proportionnelle au carré du rayon des particules () et à la différence de densité () :
La migration des particules peut être diminuée en réduisant leur taille () ou en augmentant la viscosité du milieu ().
La viscosité d'un système dispersé dépend :
- De la présence d'un agent viscosifiant (ex: Carbopol, gomme xanthane, HPMC, MC).
- De la présence d'un facteur de consistance (dans les crèmes et laits).
- De la proportion de la phase interne () : plus augmente, plus le système est visqueux (viscosité de structure). L'équation d'Einstein () est valable pour les systèmes dilués et idéaux, mais en réalité, l'augmentation est exponentielle (équation de Richardson : ).
- De la taille des particules et du degré de floculation.
Formes d'instabilité des émulsions
- Floculation : Rapprochement et formation d'agglomérats lâches. C'est une instabilité réversible et non souhaitée pour les émulsions car elle favorise le crémage et la coalescence.
- Cassure : Phénomène irréversible dû à la coalescence des particules, entraînant la séparation des phases. Elle est contrôlée par la barrière interfaciale et peut être due à des problèmes de formulation (type/concentration de TA, film interfacial mal structuré) ou à la diffusion moléculaire (mûrissement d'Ostwald).
Le mûrissement d'Ostwald est un phénomène d'augmentation de la taille des particules sans contact préalable. Il se produit lorsque les très petites particules sont plus solubles que les grosses (équation d'Ostwald-Freundlich), entraînant la dissolution des petites et la croissance des grosses.
- Crémage et Sédimentation : Phénomènes réversibles contrôlés par la viscosité. Ils favorisent la coalescence et la cassure. Diminuent avec la réduction de ou l'augmentation de .
- Inversion de phase : Changement de type d'émulsion (E/H H/E), phénomène irréversible pouvant entraîner la cassure. Causes :
- Modification chimique du tensioactif (ex: remplacement des ions par des cations polyvalents).
- Augmentation de la température au-delà du PIT (Point d'Inversion de Phase). Pour une émulsion stable, le PIT doit dépasser la température de conservation de 25°C.
- Concentration trop importante de la phase interne ( > 74,02% théoriquement ; souvent pour E/H si le film interfacial n'est pas assez résistant).
Formulation, Préparation et Contrôle des Émulsions
Formulation
La formulation d'une émulsion implique la détermination de la valeur HLB préférentielle ou critique, qui est propre à chaque matière grasse (voir Tableau V).
La valeur HLB préférentielle d'une émulsion contenant plusieurs constituants gras est calculée par :
où est la masse de la matière grasse et sa valeur HLB préférentielle.
Il est souvent préférable d'utiliser un mélange de deux émulsifs (ex: Span et Tween) pour optimiser la structure du film interfacial. Les proportions de chaque émulsif peuvent être calculées par un système d'équations :
- (où et sont les proportions des émulsifs A et B)
La quantité totale d'émulsifs () varie :
- Émulsions liquides : 8-10% m/m de la phase interne (sans viscosifiant) ; 2-3% m/m (avec viscosifiant). L'effet combiné tensioactif-viscosifiant améliore la stabilité et permet de réduire la quantité de TA.
- Crèmes et laits : 15-25% m/m de la phase grasse (émulsifs non ioniques) ; 10-15% m/m (émulsifs anioniques).
D'autres ingrédients sont souvent ajoutés : agents conservateurs antimicrobiens (obligatoires), agents viscosifiants (recommandé si ), antioxydants, colorants, édulcorants, aromatisants.
Préparation des émulsions
La préparation nécessite souvent l'emploi de la chaleur (60-70°C) pour faciliter le travail d'émulsification en abaissant la tension interfaciale. Les deux phases doivent être à la même température. Cependant, la chaleur est une cause d'instabilité, il faut donc maintenir une agitation lente pendant le refroidissement.
Ordre d'addition des phases :
- Méthode directe : La phase à disperser (contenant le TA soluble) est ajoutée lentement sous agitation constante à la phase dispersante (contenant l'autre TA). Obligatoire pour les émulsions E/H.
- Méthode d'inversion de phase : Utilisable uniquement pour H/E. La phase aqueuse est ajoutée lentement à la phase huileuse contenant les deux TA. Une émulsion E/H se forme initialement, puis inverse en H/E avec l'augmentation de . Permet une dispersion plus fine.
- Méthode avec formation d'émulsifs in situ : Un acide gras dans la phase huileuse réagit avec un alcali dans la phase aqueuse à chaud pour former l'émulsif (ex: réalisation de Diadermines avec acide stéarique + base).
- Méthode à la gomme arabique (ou gomme sèche) : Uniquement pour H/E. La gomme est triturée avec l'huile, puis l'eau est ajoutée d'un coup pour former une émulsion primaire (ratio H-E-G de 4-2-1), qui est ensuite diluée.
Méthodes d'agitation et homogénéisation :
- Agitation : Manuelle, agitateur (hélices, palettes), turbine (cisaillement élevé). Intense pendant l'émulsification, lente pendant le refroidissement. Éviter les inclusions d'air par la formation d'un vortex.
- Homogénéisation : Pour obtenir une phase dispersée plus fine (taille colloïdale). Moyens mécaniques comme les moulins colloïdaux, systèmes à haute pression (homogénéisateurs à valve), systèmes à haute vitesse (rotor/stator).
Le conditionnement doit utiliser des récipients adaptés.
Contrôle de qualité des émulsions
Les contrôles incluent :
- Identification et dosage des principes actifs.
- Détermination du pH, de l'homogénéité.
- Appréciation des phénomènes d'instabilité (crémage, inversion de phase, cassure).
- Détermination du sens de l'émulsion.
- Mesure de la taille et de la distribution granulométrique des particules (microscopie, diffusion laser).
- Détermination des indices de reproductibilité et de stabilité.
- Étude des propriétés rhéologiques (viscosité, variation inter-lots, évolution de la structure).
- Études de stabilité (en temps réel ou accéléré : chauffage, centrifugation, cycles congélation-décongélation).
- Propreté microbiologique : recherche et dosage des conservateurs, tests d'efficacité (challenge test), dénombrement des germes.
Un aspect important est le partage du conservateur entre les phases aqueuse et huileuse. La concentration du conservateur dans la phase aqueuse () doit être suffisante pour protéger cette phase, qui est la plus sensible. Elle est calculée par :
où est la concentration totale, le rapport des volumes H/E, et le coefficient de partage H/E du conservateur.
Systèmes Émulsionnés Particuliers
Émulsions multiples
Ce sont des systèmes complexes où les gouttelettes de la phase interne contiennent elles-mêmes des gouttelettes d'une phase de même nature que la phase dispersante. Les plus stables sont les émulsions E/H/E (Eau dans Huile dans Eau) et H/E/H (Huile dans Eau dans Huile).
Elles sont obtenues par un procédé de double émulsification. Par exemple, pour une E/H/E :
- Formation d'une émulsion E/H avec un émulsif lipophile (faible HLB).
- Seconde émulsification de cette E/H dans une phase aqueuse, en présence d'un émulsif hydrophile.
Les émulsions multiples sont difficiles à stabiliser en raison de plusieurs problèmes :
- Coalescence des gouttelettes de la phase interne (par ex., gouttelettes d'eau dans la phase huileuse d'une E/H/E).
- Phénomènes de flux osmotique vers ou depuis les gouttelettes internes.
- Rupture du film interfacial et transfert d'émulsifs.
La stabilisation nécessite une composition optimisée du double mélange d'émulsifs (ou l'utilisation de polymères tensioactifs) et une augmentation de la viscosité de la phase interne.
Applications :
- Systèmes de délivrance à libération modifiée (ex: anticancéreux, peptides, antigènes).
- Fabrication de micro/nanosphères ou capsules.
- Préparation de nanosuspensions (pour augmenter la solubilité des PA).
- Cosmétologie (encapsulation de parfums, transport d'actifs, effet hydratant).
Émulsions gels (Emulgels)
Systèmes émulsionnés E/H avec une très forte teneur en phase aqueuse (jusqu'à 99% m/v) et de faibles concentrations de TA non ioniques (< 0,5% m/v). La phase interne peut être une émulsion multiple ou une microémulsion. La formation est souvent spontanée et implique la présence de différentes phases cristallines liquides (micelles inverses, phases lamellaires, hexagonales).
Microémulsions
Ce sont des systèmes autoémulsionnants qui forment des émulsions extrêmement fines (taille des gouttelettes généralement inférieure à 50 nm, de 8 à 80 nm) par simple agitation légère d'un mélange huile-tensioactif dans l'eau. Elles sont thermodynamiquement stables, isotropes, limpides et de faible viscosité. Elles nécessitent généralement des concentrations élevées (15-25%) de mélange d'émulsifs et des pourcentages élevés d'eau et d'huile.
Le processus d'autoémulsification a lieu lorsque le changement d'entropie du système favorise la dispersion, et que l'énergie requise pour augmenter la surface est faible ou négative, permettant une formation spontanée (contrairement aux émulsions conventionnelles qui nécessitent un apport d'énergie positif).
Applications :
- Amélioration de la solubilité des principes actifs insolubles dans l'eau.
- Solubilisation de PA lipophiles dans des bases anhydres auto-émulsionnantes (SEDDS) ou automicroémulsionnantes (SMEDDS), incorporées par exemple dans des gélules (ex: Neoral® à base de ciclosporine). Ces systèmes augmentent la vitesse d'absorption et la biodisponibilité des PA faiblement solubles.
Les Liposomes (Vésicules)
Les liposomes sont des structures vésiculaires fermées, composées d'une ou plusieurs doubles couches de phospholipides, qui encapsulent un ou plusieurs compartiments aqueux. Ils se forment lorsque les phospholipides sont dispersés dans l'eau à de faibles rapports lipides/eau.
Structure et Composition
- Phospholipides : Principal composant. Les phosphatidylcholines (PC) naturels (soja, œuf) contiennent des chaînes insaturées (faible Tc, température de transition de phase). Les dérivés synthétiques à chaînes saturées (DMPC, DPPC, DSPC) augmentent la rigidité et la stabilité des bicouches (Tc plus élevée).
- Autres adjuvants :
- Acide phosphatidique (PA), phosphatidylglycérol (PG) pour des charges négatives.
- Stéarylamine (SA), DOTAP pour des charges positives.
- Cholestérol (rigidité membranaire), acides gras, glycolipides, -tocophérol (antioxydant).
Classification des liposomes :
Selon le nombre de bicouches et la taille :
- MLVs (Multilamellar Vesicles) : 0,5 – 15 .
- LUVs (Large Unilamellar Vesicles) : 0,1 – 1 .
- SUVs (Small Unilamellar Vesicles) : 30 – 100 nm.
Incorporation des principes actifs :
- PA hydrophiles : Encapsulés dans les compartiments aqueux internes. Le rendement d'encapsulation augmente avec le rapport volume aqueux/surface (favorisé par les LUVs).
- PA lipophiles : Insérés ou adsorbés dans les bicouches lipidiques. Le rendement augmente avec la quantité de lipides par liposome.
- PA ionisables : Leur localisation dépend du pH (ex: Bupivacaïne à pH 5 dans l'eau, à pH 6,8 dans les bicouches).
Méthodes de préparation :
- Dispersion mécanique : Solubilisation des lipides dans un solvant organique, évaporation du solvant, hydratation des lipides (T > Tc) sous agitation. Donne des MLVs hétérogènes. Peut être améliorée par :
- Atomisation, ultrasonication (pour SUVs), extrusion (pour SUVs ou LUVs), homogénéisation à haute pression, microfluidisation.
- Solubilisation des phospholipides avec un détergent, puis élimination contrôlée du détergent.
- Dispersion par solvant :
- Injection d'une solution éthanolique de phospholipides dans une solution aqueuse. Donne des SUVs.
- Perfusion d'une solution éthérée de phospholipides. Donne des LUVs.
- Évaporation en phase inverse ("Rev-liposomes") : Donne des LUVs, qui peuvent donner des SUVs par homogénéisation.
Le principe actif non encapsulé est ensuite éliminé par des techniques comme la GPC, l'ultracentrifugation, l'ultrafiltration ou la dialyse.
Stabilité et Conservation des liposomes :
- Instabilités :
- Peroxydation lipidique (pour les phospholipides insaturés), nécessitant des agents complexants (EDTA) ou antioxydants (-tocophérol).
- Hydrolyse des phospholipides, nécessitant une adaptation du pH ou une lyophilisation.
- Agrégation et fusion (surtout pour les SUVs).
- Perte de principes actifs encapsulés par diffusion.
- Conservation : Congélation, lyophilisation (avec cryoprotecteurs comme le glucose), atomisation.
- Stérilisation : Filtration (0,22 ).
- Apyrogénicité : Ultrafiltration sur membrane.
Caractérisation des liposomes :
- Composition des lipides et produits de dégradation (CCM, GC, HPLC, UV-visible).
- Pourcentage d'encapsulation des PA.
- Volume aqueux interne.
- Taille et distribution (microscopie électronique, DLS, QELS, PCS, GPC, HPLC, turbidimétrie).
Devenir des liposomes dans l'organisme :
- Administration IV : Franchisement aisé de l'endothélium hépatique. Clairance sanguine plus lente (surtout SUVs). Tropisme marqué pour le foie, la rate, les poumons. Ex: Ambisome® (Amphotéricine B liposomale pour mycoses systémiques) montre une toxicité moindre et une efficacité améliorée.
- Administration IM ou SC : Systèmes dépôts avec libération prolongée. La libération est influencée par la taille (MLVs: libération puis résorption; SUVs: passage intact dans la circulation lymphatique, intéressant pour les cellules métastatiques), la nature du PA (lipophiles plus encapsulés et libération plus lente), la nature des lipides (Tc), la méthode de préparation, le nombre de bicouches et l'agrégation.
Développements futurs des liposomes médicamenteux :
- Liposomes furtifs ("stealth liposomes") : Recouverts de polymères hydrophiles (ex: PEG), ils échappent au système réticulo-endothélial, augmentant leur durée de circulation (taille 70-200 nm). Ex: Caelyx® (Doxorubicine pégylée).
- Immunoliposomes ("targeted") : Dirigés contre des cellules spécifiques (cancéreuses) grâce à des anticorps monoclonaux, ou pour la vaccination (antigènes spécifiques).
- Liposomes cationiques : Forment des complexes avec le matériel génétique (ADN, ARNm) pour la thérapie génique.
Applications dermopharmaceutiques et cosmétiques : Très bonne pénétration cutanée, influence sur l'hydratation et la rugosité de la peau, encapsulation de dérivés liposolubles (vitamine A), d'acide salicylique, de substances anti-inflammatoires, transport d'oxygène (AOCS), encapsulation d'enzymes pour réparer l'ADN (après exposition solaire).
Exemples de spécialités : Myocet® et Caelyx® (Doxorubicine HCl liposomale), Ambisome® (Amphotéricine B liposomale), Epaxal Berna (vaccin hépatite A à virosome).
Les Niosomes Incorporant des Principes Actifs
Les niosomes sont des vésicules sphériques lipides/eau, de taille variant de 100 nm à plusieurs milliers de nm. Leur structure est similaire à celle des liposomes, mais ils utilisent des composés amphiphiles (lipides) autres que les phospholipides classiques.
Structure et composition :
- Composés amphiphiles (tensioactifs non ioniques comme les sorbitanes, polyoxyéthylènes) différents des phospholipides.
- Présence d'additifs tels que stérols ou lipides chargés pour moduler leurs propriétés physico-chimiques (stabilité, floculation, fusion).
Préparation :
Mélange des lipides et de l'eau (ratio 1:1) à chaud (70-80°C), suivi de l'addition d'une solution aqueuse du principe actif (10-20 parties d'eau) et d'une homogénéisation prolongée (15 min à 3 heures). Une lyophilisation peut être effectuée.
Applications potentielles :
- Pharmaceutiques : Protection des principes actifs, amélioration de la biodisponibilité.
- Cosmétiques : Stockage d'actifs au niveau du stratum corneum.
- Alimentaires : Stabilisation des huiles.
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