Par définition, un liposome est constitué d'une double couche lipidique qui encapsule une phase aqueuse. Les liposomes sont de plus en plus utilisés pour administrer des médicaments de manière ciblée et à taille contrôlée. C'est là qu'intervient la microfluidique. En effet, la science des systèmes de manipulation de fluides est utilisée pour un contrôle extrêmement précis de très petits volumes, ce qui est tout à fait approprié pour la génération de liposomes de taille micro- et nanométrique. Dans cette note d'application, nous comparerons la littérature aux résultats obtenus avec deux conceptions de puces microfluidiques pour la génération de nanoliposomes : le micromélangeur herringbone et la focalisation de flux hydrodynamique. Ces puces microfluidiques ont reçu un revêtement hydrophile. Pour générer des nanoliposomes, nous avons choisi d'utiliser du PLGA (acide poly(lactique-co-glycolique)) solubilisé dans l'acétonitrile. La phase aqueuse est constituée d'eau et de surfactant (1 % de PVA).
Mélangeur Herringbone
La puce micromélangeur herringbone est une solution tout-en-un qui permet le mélange de deux fluides dans un canal microfluidique de manière simple et efficace. Cet outil convient à de nombreuses applications telles que les dosanges immunologiques ou les mélanges de produits de PCR, mais aussi à la génération de nanoliposomes. Ce type de puce peut être fabriqué dans divers matériaux, notamment le PDMS, le verre et les thermoplastiques (PC, COC, COP, etc.).
Avec cette méthode, il est possible de générer des nanoliposomes d'une taille comprise entre 100 et 200 nm, selon Roces et al. 2020, Pharmaceutics.
En pratique, nous avons généré des nanoliposomes en utilisant une puce micromélangeur herringbone en polycarbonate (microfluidic ChipShop, 10000019). Les résultats indiquent que nous avons généré des nanoliposomes d'une taille moyenne de 247 nm ± 78,8 nm. Les mesures ont été réalisées par diffusion dynamique de la lumière à l'aide du Zetasizer Nano ZS sur 11 échantillons avec des rapports de débit allant de 1 à 15.
Figure 2 : Mesure des diamètres des nanoliposomes générés par un dispositif de mélange herringbone étagé (microfluidic ChipShop, 10000019). « FRR » signifie rapport de débit (flow rate ratio) : il correspond au rapport entre le débit de la phase continue et le débit de la phase dispersée. Mesures réalisées par Christelle Angély sur un Zetasizer Nano ZS (Malvern Panalytical) de la plateforme de biochimie et biophysique de l'Institut de Psychiatrie et de Neuroscience de Paris.
Focalisation hydrodynamique de l'écoulement
Le dispositif microfluidique de focalisation de flux hydrodynamique permet un mélange précis des réactifs avec des temps de mélange courts dans des conditions de flux laminaire, ce qui permet la génération, par exemple, de nanoparticules monodisperses de taille ajustable.
En utilisant cette technique de focalisation de flux, il est possible de générer des nanoliposomes d'une taille >150 nm et généralement d'environ 200 nm. Cependant, selon la composition des nanoliposomes, leur taille peut varier considérablement comme dans les travaux de Karnik et al. présentés en 2008. En effet, l'équipe est capable de produire des nanoparticules de 31 nm de diamètre (± 1 nm) de manière hautement monodisperse.
Dans notre cas, nous avons pu générer des nanoliposomes d'une taille moyenne de 250,9 nm ± 66,8 nm à l'aide d'une puce de focalisation de flux (flow-focusing) en polycarbonate (microfluidic ChipShop, 10000004). Les mesures ont été réalisées par diffusion dynamique de la lumière à l'aide du Zetasizer Nano ZS sur 11 échantillons avec des rapports de débit allant de 1 à 15.
Figure 4 : Mesure des diamètres des nanoliposomes générés par un dispositif de focalisation de flux (microfluidic ChipShop, 10000004). « FRR » (flow rate ratio) désigne le rapport de débit : il correspond au rapport entre le débit de la phase continue et le débit de la phase dispersée. Mesures effectuées par Christelle Angély sur un Zetasizer Nano ZS (Malvern Panalytical) de la plateforme de biochimie et biophysique de l'Institut de Psychiatrie et de Neurosciences de Paris.
En conclusion, les deux méthodes présentées ici ont permis de générer des nanoliposomes de taille similaire, soit environ 250 nm de diamètre, quel que soit le rapport de débit. Le choix de la composition du nanoliposome, qu'il s'agisse du choix du lipide, du solvant ou de la phase aqueuse, doit donc être pris en considération. De plus, plusieurs techniques bien documentées s'avèrent efficaces pour réduire la taille des nanoliposomes générés. Par exemple, il est possible de procéder à une sonication (1 à 5 min) de l'échantillon pour réduire sa taille jusqu'à 50 %. De nombreuses publications décrivent la filtration et/ou la dialyse comme des moyens très efficaces pour purifier les nanoliposomes et ainsi réduire leur taille (de 50 à 80 nm).
