Hydrophilic Antioxydant Systems for Cardiovascular Applications : Synthesis, Characterization, In Vitro and In Vivo Studies

Une présence en excès d'espèces réactives oxygénées induit un déséquilibre redox cellulaire pouvant conduire à des pathologies liées au stress oxydatif, notamment les pathologies cardiovasculaires. Connue et étudiée pour ses propriétés antioxydantes, l’astaxanthine, molécule de la famille des caroténoïdes, présente un intérêt thérapeutique potentiel. Cependant, sa structure chimique lui confère un caractère hydrophobe ainsi qu’une sensibilité à l’air, à la lumière et à la chaleur. Dans cette thèse, tout d’abord, un système de complexation de l’astaxanthine avec l’hydroxypropyl-b-cyclodextrine a été élaboré (CD-A). Nous démontrons que cette complexation améliore la stabilité de l’astaxanthine en solution aqueuse tout en préservant ses activités antioxydantes, mesurées par des méthodes chimiques et biologiques. L’action du CD-A semble être médiée par les voies de signalisation PTEN/AKT, Nrf2/OH1/NQO1 dans des cellules endothéliales soumises au stress oxydatif. Puis, afin de libérer l’astaxanthine in situ sur le site du stress, nous avons élaboré deux systèmes de type matriciel en PVA/dextrane ou en pullulane/dextrane chargés en CD-A. Nous avons évalué, comme preuve de concept, la faisabilité de ces dispositifs pour le traitement local de la pathologie d’ischémie/reperfusion. Les patchs de PVA/dextrane/CD-A ont montré une bonne compatibilité in vitro, ainsi qu’une grande stabilité et tenue mécanique sans modification des propriétés antioxydantes. Leur biocompatibilité in vivo et suturabilité au muscle cardiaque ont aussi été étudiées. Le deuxième système à base de pullulane/dextrane/CD-A a été évalué in vitro et in vivo dans un modèle d’ischémie/reperfusion du membre inférieur à différentes périodes d'implantation. Les résultats ont montré l’activation d’un mécanisme de défense normal lié à la présence d’un matériel étranger et une diminution de la translocation du Nrf2 pouvant indiquer un effet protecteur dans les tissus traités par le CD-A. Ce manuscrit présente des arguments en faveur du potentiel thérapeutique de systèmes de libération d’astaxanthine agissant au niveau du stress oxydatif lié aux pathologies cardiovasculaires.An over concentration of reactive oxygen species induces a redox imbalance within the cell inducing oxidative tissue damage and leading to oxidative stress related diseases, particularly cardiovascular pathologies. Astaxanthin, a well-known and studied antioxidant molecule, member of the xanthophyll carotenoid family, presents an important therapeutic potential. However, the chemical structure confers to astaxanthin a hydrophobic character and renders it susceptible to air, light and temperate degradation. During this thesis, a carrier system based on astaxanthin inclusion within hydroxypropyl-β-cyclodextrin(CD-A) was developed. We demonstrate that after astaxanthin inclusion, not only its stability was enhanced by also the antioxidant scavenging capabilities were preserved, confirmed by chemical and biological tests. The action of CD-A seems to be mediated by PTEN/AKT, Nrf2/OH1/NQO1 signaling pathways of endothelial cells submitted to oxidative stress. Then, two systems based on PVA/dextran and Pullulan/Dextran loaded within CD-A were evaluated for astaxanthin in situ delivery in the stressed environment. The feasibility of using these systems in the local treatment of ischemia/reperfusion injury was evaluated as a proof of concept. PVA/Dextran patches showed good in vitro compatibility, high mechanical and stability properties, while preserving CD-A antioxidant capabilities, also the path suturability to the cardiac muscle and the in vivo biocompatibility were studied. The second system based on pullulan/dextran scaffolds were evaluated in vitro and in vivo in an ischemic/reperfusion model at different implantation periods. Results showed an inner body defense mechanism to foreign materials. Additionally, the Nrf2 translocation could indicate a protective effect of CD-A in treated tissues. This manuscript provides a support evidence of the therapeutic potential of CD astaxanthin delivery system, to act against oxidative stress linked to cardiovascular conditions