Optimisation de la stabilité de matériaux biologiques pour de nouvelles stratégies thérapeutiques. – BIOSTAB

1. Contexte scientifique et objectifs du projet: - L'amélioration de la stabilité des matériaux biologiques, les protéines en particulier, est à ce jour, l'un des principaux objectifs des industries pharmaceutiques. Un nombre considérable de biomolécules thérapeutiques émanent des avancées de la technologie ADN recombinant. Celles-ci sont porteuses de nouvelles approches thérapeutiques visant à améliorer drastiquement les traitements pharmaceutiques actuels. Cependant la grande difficulté est de développer des formulations pharmaceutiques appropriées, afin d'éviter la dégradation des biomolécules durant les procédures de lyophilisation et de stockage. - La lyophilisation qui reste un procédé onéreux mais courant de conservation à l'état solide des systèmes biologiques, peut occasionner différents types de contraintes. Des additifs protecteurs sont utilisés afin de palier ces contraintes, mais leurs mécanismes d'action ne sont pas encore bien élucidés. - L'optimisation de l'ensemble des processus mis en jeu au cours de la lyophilisation et la conservation du lyophilisat sur de longues périodes est un problème majeur de l'élaboration des protocoles de lyophilisation. - L'objectif général du projet est de mener un programme de recherches transdisciplinaires (physique, biophysique, pharmacie) visant la stabilisation de matériaux biologiques d'intérêt thérapeutique. - Le projet est motivé par de récents travaux sur le lysozyme (analyses conjointes Raman et calorimétrique) réalisés au LDSMM (Lille 1) qui ont abouti à une description complète du processus de dénaturation chaude, conduisant au décryptage des mécanismes de bioprotection des disaccharides à haute température. - Le premier objectif du projet visera à valoriser la méthodologie d'exploration du vivant développée pour la dénaturation chaude dans le domaine basse température, en utilisant la complémentarité des techniques d'analyse disponibles au sein du consortium. Une partie importante du protocole de lyophilisation est basée sur des connaissances empiriques visant à éviter la dénaturation froide. La compréhension de ce phénomène devrait permettre de lever un verrou technologique important. - Un second objectif consistera à comprendre les mécanismes d'action des bioprotecteurs sur la biomolécule soumise aux différents types de contrainte (pH, déshydratation, formation de glace), permettant ainsi de rationaliser l'utilisation des co-solvants et d'obtenir une meilleure stabilité de stockage de biomolécules d'activité maximale. - Un troisième objectif consiste à appliquer les nouvelles connaissances aux protéines au sein des formulations pharmaceutiques, pour améliorer leur stabilité. Deux types de systèmes seront étudiés : les poudres lyophilisées, et les nouveaux implants lipidiques à libération (et ciblage) contrôlée(s). - - 2. Description du projet, méthodologie: - Le travail de recherche se décomposera en trois programmes. - Programme A: Etude des mécanismes physiques de dénaturation à basse température. Elaboration d'une méthodologie permettant le suivi de la biostabilité à basse température à partir d'analyses complémentaires (expérimentales et modélisation moléculaire). - - Programme B: Décryptage des mécanismes de bioprotection. - Dans ce programme nous chercherons à : - - Identifier les bioprotectants qui semblent les plus efficaces (phase de screening) - - Analyser in-situ le comportement de la protéine durant la procédure de lyophilisation et les effets des bioprotectants durant les phases de formation de glace, de sublimation et de déshydratation. - - Décrire les mécanismes physiques de stabilisation des différentes entités structurales des protéines. - - Programme C: Applications pharmaceutiques - Cette partie correspond à : - - Préparer des formulations optimisées de protéines lyophilisées - - Etablir les conditions de stabilité de protéines confinées. - - Préparer de nouveaux implants pharmaceutiques en vue d'administrer les biomolécule