Controlled release microparticles : impact of swelling on the drug release kinetics

Les études de libération de substance active à partir de système polymériques tels que des microparticules à base d’acide poly(lactique-co-glycolique) (PLGA) ont été largement explorées au cours de ces dernières décennies . L’objectif principal de ce travail consiste à mieux comprendre les mécanismes de transport de masse contrôlant la libération de substance active à partir des microparticules de PLGA. Un nouvel aperçu devait être acquis sur la base de suivi expérimental de la cinétique de gonflement de microparticules. Dans un premier temps, des microparticules à base de PLGA chargées de différents types de substances actives (acide, base et neutre), tels que kétoprofen, prilocaine base libre et dexamethasone ont été préparées par simple émulsion (huile dans eau) en utilisant une méthode d'extraction/évaporation du solvant. Les microparticules obtenues avaient des taux d’efficacité d’encapsulation qui sont variables selon la substance active utilisée. Une caractérisation des propriétés clés des microparticules obtenues a été réalisée en utilisant différentes techniques (microscopie optique, microscopie électronique). La chromatographie par permeation de gel a été utilisé pour déterminer le poids moléculaire du PLGA après exposition des microparticules au milieu de libération à différents temps afin d’évaluer la cinétique de dégradation du polymère. La diffraction des rayons X et la calorimétrie différentielle à balayage étaient utilisés pour étudier l’état physique du polymère, de la substance active pure ainsi que les microparticules chargées en substance active. Les études de libération ont montré deux types de profils de libération : un profil tri-phasique et un profil plus ou moins mono-phasique. Le profil tri-phasique observé est constitué de trois phases : une phase de libération initiale rapide suivie d’une libération constante qui est suivie ; à son tour ; par une seconde phase de libération rapide. En revanche, les différentes phases étaient difficilement distinguées pour le deuxième type de profil obtenu, du fait de la libération rapide de substance active ce qui permet de dire que les profils obtenus étaient plus ou moins mono-phasique. L’élucidation des mécanismes de libération de substance active était basée sur le suivi expérimental de la cinétique de gonflement des microparticules. Comme pour les cinétiques de libération obtenues à partir des microparticules à base de PLGA, différentes phases peuvent être distinguées pour les profils de gonflement. Les transitions d’une phase à une autre semblent s’accorder entre le profil de libération et celui du gonflement. Ainsi, le gonflement des microparticules pourrait contribuer au contrôle de la libération de la substance active à partir des microparticules à base de PLGA.The drug release studies from polymeric system such as Poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA)-based microparticles have been widely investigated during recent decades. The main objective of this work is to better understand the mass transport mechanisms controlling the drug release kinetics from PLGA microparticles. New insight was to be gained based on the experimental monitoring of the swelling kinetics of single microparticle. Initially, PLGA microparticles containing different type of drugs (acidic, basic and neutral), such as ketoprofen, prilocaine free base and dexamethasone were prepared using simple oil in water emulsion extraction/evaporation solvent technique. The characterization of the key properties of microparticles was performed using different techniques (optical microscopy, electron microscopy). The gel permeation chromatography was used to determine the molecular weight of PLGA following exposure of microparticles to the release medium at various times to assess the kinetic degradation of the polymer. The X-ray diffraction and differential scanning calorimetry were used to study the physical state of the polymer, drug and drug-loaded microparticles. Release studies have shown two types of release profiles: tri-phasic and more or less mono-phasic profile. The tri-phasic profile is composed of three phases: an initial rapid release phase followed by a constant release which is followed by a second phase of rapid release. In contrast, at the investigated higher initial drug loadings, different release phases could hardly be distinguished: The profiles were more or less mono-phasic. The elucidation of drug release mechanisms was based on the experimental results of the swelling kinetics of single microparticles. As for drug release, distinct phases can be distinguished for microparticles swelling. The transition from one phase to another seem to coincide for microparticle swelling and drug release. Thus also microparticle swelling might contribute to a significant extent to the control of drug release