Muriel Subirade & Romain CaillardChaire de recherche du Canada sur les protéines,

les bio-systèmes et les aliments fonctionnelsINAF / STELA

STELA, 2009STELA, 2009

La β-lactoglobuline dans tous ses étatsLa β-lactoglobuline dans tous ses états

β- Lactoglobuline

(Papiz et al. 1986, Nature 324:383 )

Gels

Food Systems

Microparticles

Nanoparticles

(Chen, Remondetto & Subirade. 2006 Trends in Food science & Technology 17:272-283)

Formulation

mm

μm

nm

Actif

β- lactoglobuline

(Hattori et al. 1995.Biosci. Biotechn. biochem )

Complexe β- lactoglobuline/resvératrol

β- Lactoglobuline resveratrol

(Liang, Tajmir-Riahi, Subirade. 2008. Biomacromolecules 9:50-56 )

• β-LG/resvératrol : complexe 1:1; Ka: 104 M-1;• Pas de changement structure secondaire;• Augmentation de la solubilité;• Stabilisation de la forme trans versus cis.

300 350 400 450 500 550

0

40

80

120

160

Inte

nsity

λ/nm

a

i

b

c

e

d

fg

h

A

240 270 300 330 360 3900.0

0.5

1.0

1.5

2.0 a b c d e f g h

(Li, Tajmir-Riahi, Subirade. 2008. Biomacromolecules 9:50-56 )

λ (nm)

Complexe β- lactoglobuline/resvératrol

(Remondetto & Subirade. 2003. Biopolymers, 69:461-469)

FerGel

•Force du gel•Élasticité•Capacité de rétention d’eau

FerGel

?

FerGel

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420

Time (min)

Iron

conc

entr

atio

n (%

)

Intestinal phase

Gastricphase

(Remondetto, Subirade et al. 2004. JAFC, 52:8137-8143)

Microparticules

40 nm 20 μm 50 μm 2 mm

(Chen, Subirade. 2007. Eur J Pharm Biopharm 65:354-362)

ProtéinesProtéines

ÉÉmulsions complexesmulsions complexes

1mm

(Chen, Subirade. 2006. Biomaterials 27:4646-4654)

ÉÉmulsions complexesmulsions complexes

(Chen, Subirade. 2006. Biomaterials 27:4646-4654)

Mouth

Stomach

Small intestineLarge intestine

(Chen, Subirade. 2006. Biomaterials 27:4646-4654)

Aliments fonctionnels

Pharmaceutique

Cosmétique

Romain Caillard, Ph. D.

Lundi 11 mai 2009

Protéines laitières succinylées pour la formation de comprimés :

Protection et libération ciblée de probiotiques

Les comprimés : la forme galénique la plus répandue :- Naturelle

- Non invasive

- Facile à conserver

Limitations : beaucoup de principes actifs faiblement disponibles par cette voie- Manque de stabilité dans le tractus gastro-intestinal

- Dégradation avant absorption

Exemple typique dans le secteur nutraceutique : les probiotiques

De nombreuses bifidobactéries très sensibles aux conditions stomacales

Contexte

Afin de résoudre ce problème :- Enrobages

- Modification chimiques d’excipients

Nombreux polymères employés- Cellulose, amylose, PMMA, alginate, pectine, etc.

Cependant : utilisation des protéines limitée- Acceptabilité (polymères alimentaires)

- Modifiable à souhait (grande richesse en groupements fonctionnels)

Utilisation de protéines laitières modifiées pour la formation de comprimés à libération contrôlée

Succinylation :

Protein ProteinpH > 7

- pI des protéines

- densité de charges pH acides/ densité de charges pH alcalins

- solubilité pH acides/ solubilité pH alcalins

- utilisée en recherche pour améliorer les propriétés tensio-actives des protéines

- acceptée par santé Canada et le Codex Alimentarius pour la modification de l’amidon

- faible coût

Modification des protéines

Mélange protéines- actif Compression Comprimé

matriciel

1. Impact du taux de modification sur les

propriétés de libération

2. Impact des paramètres de compression sur les

propriétés de libération

Formation des comprimés

3. Application pour la protection de bactéries probiotiques

4. Propriétés de compaction des protéines (« processabilité »)

1. Impact du taux de succinylation sur les propriétés de libération

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240 300 360Time (min)

Rib

ofla

vin

rele

ase

%

0%50%100%

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240 300 360Time (min)

Rib

ofla

vin

rele

ase

%

0%50%100%

Gonflement et érosion spontanée

Temps de résidence gastrique:

- 30min : individu à jeun

- 2 à 4h : après un repas calorique

β-lactoglobuline (Biopure, Davisco Inc.) succinylée; Traceur = riboflavine

Comprimés de β-Lactoglobuline succinylée offre une gastro résistance à l’actif

OU une libération ciblée à l’intestin

Mêmes résultats obtenus avec autres molécules (rifampicine) : la gastro résistance ne dépendrait pas de la molécule encapsulée

1h

2h

3h

a

b

0% 50% 100%

Bromocrésol pourpre, 1-3h conditions gastriques

Jaune orangée, pH< 5

Pourpre. pH> 6.8

Après 3h, pH proche de la neutralité

Donc :

- Libération ciblée à l’intestin

-Protection face à des pH stomacaux : gastro résistance

Variation du pH à l’intérieur du comprimé

2. Influence des paramètres de compression

Pression utilisée influence directement le volume spécifique du comprimé (Vsp)

Vsp ≈ 1/ρ ≈ ε où ε est la porosité du comprimé

Porosité : facteur primordial dans tous les phénomènes de libération (diffusion -gonflement - bioérosion)

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Force (MPa)

Spec

ific

Vol

ume

(cm

3 /g)

33MPa Forte porosité

300MPa Faible porosité

125MPa Porosité intermédiaire

β-lactoglobuline succinylée; Traceur = riboflavine; fluides gastriques simulés

Pas d’impact de la pression :

Gastro résistance dépend uniquement du taux de modification

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240 300 360Time (min)

Rib

ofla

vin

rele

ase

(%)

33 MPa125 MPa300 MPa

Succ. 50%

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240 300 360Time (min)

Rib

ofla

vin

rele

ase

(%)

33 MPa125 MPa300 MPa

Succ. 100%

3. « Protéines laitières pour la protection de bactéries laitières »

10

102

104

106

108

1010

0 30 60 120Gastric incubation duration (min)

CFU

/ Tab

let

Non-compressed sample β-Lact native β-Lact 50% β-Lact 100%

Bifidobacterium longum HA-135 (Harmonium Inc.); sensible aux pressions et à l’acide

- Diminution de moins de 2 log

- 107 cellules viables même après 2h

Influence du taux de charge dans le comprimé, 1h milieu gastrique

1,6E+07 1,3E+074,3E+07 3,8E+07

2,0E+08 1,4E+08

10

102

104

106

108

1010

β-Lact native β-Lact 50% succ. β-Lact 100% succ.

CFU

/ Tab

let

10% de charge 20% de charge 40% de charge

- Protection encore optimale à 40% de taux de charge

- 108 cellules viables = équivalent d’un yogourt probiotique avant consommation

Le comportement en compression d’une poudre pharmaceutique influence significativement la qualité et la viabilité commerciale du comprimé

Deux indices :

- Compressibilité (réduction de volume sous pression)

- Compactibilité (force du comprimé)

Compressibilité : coefficient de Walker : w’

Compactibilité : force de rupture diamétrale spécifique (test brésilien) : SCS

4. Propriétés de compaction

Excipient Cp (10‐3) w’

Bicarbonate de sodium* 6,6 0,19

Lactose* 24,5 0,27

Amidon prégélatinisé* 17,2 0,39

Amidon de maïs* 31,5 0,36

β‐cyclodextrine* 59,6 0,31

Sorbitol* 65,2 0,25

Cellulose microcrystalline* 119,0 0,65

β‐Lactoglobulin 32,6 0,25

50% modified β‐Lactoglobulin 78,9 0,28

* Sonnergaard, 2006, Eur. J. Pharm. Biopharm. ,63, 270-277

Conclusion

β-Lactoglobuline : comprimés gastro resistants matriciels

Versatile : utilisable pour de nombreux actifs : chimiques comme biologiques

Dépend seulement du taux de modification (pas d’influence de la pression)

Adaptable à une chaîne de fabrication et procédé plus simple :

Compression Pré-enrobage Enrobage

Séchage Séchage

Étapes de

granulation

Exemple des HPMC

Compression

Notre système

Merci : Jean-François Poulin, notre équipe de recherche, le CRSNG, Chaire de recherche du Canada sur les

protéines, les biosystèmes et les aliments fonctionnels, tous les partenaires du projet…

… et vous

A Flory-Rhener based strategy

Swelling: one of the main release mechanism for polyionic based drug delivery systems

Depending on three components:

GA GB

ΔG = ΔG mixing + ΔG elastic + ΔG ionic

Depend on polymer solubility

Depend on cross-linking between polymers

Depend on polymer charge density