Double encapsulation of insulin for oral delivery : development and study of enteric and nanoparticles systems efficiency and safety

Actuellement, l’injection sous-cutanée d’insuline est le seul moyen pour les diabétiques de type 1 d’équilibrer leur glycémie. Les travaux de thèse entrent dans le cadre du projet ORAIL qui vise à développer un système de délivrance orale d’insuline basé sur la double encapsulation, et à valider l’efficacité et la sécurité de ce système in vitro dans des modèles d’épithélium intestinal, et in vivo chez le rat. Le vecteur pharmaceutique développé est composé d’une gélule contenant des nanoparticules (NPs) d’insuline formulées à partir d’acide (lactique-co-glycolique) par la méthode de double émulsion eau/huile/eau. Un premier objectif de la thèse a été d’évaluer chez le rat la gastrorésistance et l’entérosolubilité de la gélule sélectionnée pour l’encapsulation des NPs, par tomodensitométrie aux rayons X et par l’étude de la biodisponibilité de l’ibuprofène et de l’acétaminophène. Les résultats de ces travaux ont montré que la gélule est résistante en conditions gastriques et se dégrade au niveau de l’intestin. Un deuxième objectif a été de synthétiser des NPs d’insuline de taille croissante (100 à 800 nm), et d’évaluer l’internalisation de ces NPs et leur sécurité dans des cultures de cellules Caco-2, et dans des co-cultures de cellules Caco-2 et HT29-MTX. Les résultats de ces travaux ont montré que les NPs sont internalisées de manière dose et temps-dépendante, et que la taille de NPs permettant une internalisation optimale est de 400 nm après 4h d’incubation. Des études mécanistiques ont suggéré l’implication de mécanismes cavéoline-dépendants dans l’internalisation des NPs. Aucune toxicité des NPs n’a été observée quels que soient les paramètres étudiés (viabilité et mort cellulaire, augmentation de perméabilité, production de mucus, sécrétion de cytokines pro-inflammatoires). Dans une dernière partie de notre travail, nous avons montré que l’administration intraduodénale de NPs d’insuline de 200 et 400 nm à des rats diabétiques permettait une diminution significative de leur glycémie sans altération morphologique de leur paroi intestinale, données confortant nos résultats in vitro. Notre vecteur basé sur la double encapsulation semble donc être un système prometteur pour l’administration orale d’insuline. Le vecteur complet doit cependant être évalué in vivo chez le rat.Up to date, the subcutaneous injection of insulin is the sole way available on market for blood glucose control in type 1 diabetic patients. This doctoral thesis is part of in ORAIL project, which aim is to develop a system for oral insulin delivery using double encapsulation, and validate its efficiency and safety in vitro, using an intestinal epithelium model, and in vivo in rats. The pharmaceutical carrier developed here in, comprises a capsule containing nanoparticles (NPs) of insulin formulated from poly (lactide-co-glycolide)- acid using the double emulsion water/oil/water method. The first goal of this thesis was to evaluate the gastric resistance and enteric solubility of the selected capsule in rats, using X-ray tomodensitometry and by assessing the bioavailability of ibuprofen and acetaminophen. These results have shown that this capsule is resistant to gastric conditions and degrades in the intestine. The second objective of this thesis was to synthesize insulin NPs of increasing size (100 to 800 nm), and to evaluate their internalization and security in cultured Caco-2 cells, and in co-cultures of Caco-2 cells together with HT29-MTX cells. The results of these studies have shown that NPs are internalized in a dose and time-dependent manner and that the optimal size of NPs for internalization was 400 nm after 4 h of incubation. Mechanistic studies have suggested the involvement of caveolin-dependent mechanisms in NPs internalization. No toxicity of NPs was observed regardless of the studied parameters (viability and cell death, increased permeability, mucus production, secretion of pro-inflammatory cytokines). In the last part of this thesis, we have shown that intraduodenal administration of insulin NPs of 200 nm and 400 nm, respectively, in diabetic rats, allowed a significant reduction in blood glucose level without any alteration of the intestine’s structure, therefore confirming the obtained results in vitro. In conclusion, our vector based on double encapsulation seems to be a promising system for oral administration of insulin. Furthermore, the whole vector must be evaluated in vivo in rats