Involvement of alveolar macrophages in the efficacy of macromolecules delivery to the lungs
(2004)
Files
247907_Lombry_These.pdf
Restricted Access - Adobe PDF
- 15.99 MB
Details
- Authors
- Supervisors
- Abstract
- L'inhalation d'aérosols est un mode de délivrance de médicaments bien établi pour le traitement topique des maladies pulmonaires, et constitue aussi une alternative prometteuse à l'injection pour la délivrance systémique d'agents thérapeutiques et pour l'administration de vaccins. Cependant, des pertes biologiques incontrôlées des molécules administrées dans le lumen des voies aériennes et/ou le tissu respiratoire résultent en de faibles biodisponibilités, ce qui réduit considérablement l'efficacité des aérosols. La nature exacte du mode d'absorption des protéines dans la circulation sanguine et de leur élimination des poumons est peu claire, bien qu'il semble certain que l'absorption des protéines se produise majoritairement dans la région alvéolaire fortement vascularisée, où l'épithélium alvéolaire joue le rôle principal dans la régulation du passage des protéines vers la circulation sanguine. Les poumons possèdent également un système immunitaire propre, et il a été démontré, chez l'animal et l'homme que l'administration pulmonaire de certains vaccins atténués ou d'antigènes induit une immunité mucosale et systémique capable de protection plus efficace que la vaccination conventionnelle par injection. Cependant, malgré leur potentiel, les vaccins inhalés ont été peu étudiés et aucun vaccin approuvé sous forme d'aérosol n'est encore sur le marché. Les objectifs de cette thèse étaient : (1) d'obtenir une vue d'ensemble du devenir local de petites molécules et de macromolécules dans les poumons ; (2) d'évaluer la participation des macrophages alvéolaires dans les pertes biologiques subies après la délivrance de macromolécules aux poumons ; (3) de déterminer l'efficacité de l'immunisation et l'innocuité d'antigènes et de vaccins ADN délivrés aux poumons de souris et d'évaluer l'impact des macrophages alvéolaires dans la vaccination pulmonaire. Dans une première étape, nous avons obtenu une vue globale du devenir local de molécules de propriétés physico-chimiques différentes et nous avons étudié l'impact de l'état physique de l'aérosol inhalé, (sous forme de poudre sèche ou de solution), sur le devenir pulmonaire. Le coumarin-6, une molécule liphophile de 350 Da ; la calcéine, une molécule hydrophile de 623 Da ; ou la FITC-albumine, une molécule hydrophile de 65.000 Da ; ont été insufflés sous forme de poudre ou instillés sous forme de solution in vivo dans les poumons du rat. Le coumarin-6 diffuse en quelques minutes à travers la trachée, les voies aériennes et le tissu alvéolaire, mais sa présence a également persisté beaucoup plus longuement dans les cellules épithéliales alvéolaires de type II. La diffusion de la calcéine à travers le tissu est également rapide, sans montrer d'affinité particulière pour des cellules spécifiques. La FITC-albumine a lentement diffusé dans le tissu. Elle est restée localisée dans les voies aériennes pendant des heures et a été intensivement capturée par les macrophages alvéolaires. Par comparaison à la poudre, la solution a évité l'étape de dissolution et a donc raccourci le temps de latence observé pour la diffusion et la capture cellulaire. Dans un deuxième temps, nous avons démontré qu'une source primaire d'élimination des macromolécules inhalées après délivrance aux poumons et avant l'absorption dans la circulation systémique impliquait la clairance par les macrophages alvéolaires. L'élimination des macrophages alvéolaires par des liposomes de dichlorométhylène diphosphonate a occasionné une augmentation de plusieurs ordres de grandeur dans l'absorption systémique d'une immunoglobuline G et de l'hormone chorionique gonadotrophine après instillation intratrachéale aux rats. La réduction des doses d'immunoglobuline G fournies aux poumons diminue la dégradation et résulte en une forte augmentation de l'absorption systémique de la protéine. Dans la troisième et dernière étape, nous avons démontré que l'administration pulmonaire des vaccins pourrait être une alternative prometteuse à la vaccination conventionnelle par injection. Selon le vaccin employé, la voie pulmonaire a montré, par rapport à l'injection, des réponses humorales et cellulaires plus fortes ou équivalentes, ainsi que localement dans le poumon. Les sous-classes d'immunoglobulines G ainsi que le type de cytokine retrouvés indiquent que l'immunité a été préférentiellement polarisée vers le type Th2 pour l'antigène et Th1 pour l'immunisation par ADN. L'antigène pénètre faiblement dans le tissu respiratoire et le sang après instillation intratrachéale, suggérant que la réponse immunitaire a été déclenchée en surface des voies aériennes. De façon générale, les vaccins délivrés aux poumons n'ont induit aucun signe local d'inflammation. Par la suite, nous avons évalué l'impact des macrophages alvéolaires et de la capture des molécules vaccinales par les macrophages alvéolaires sur la réponse immunitaire produite par l'instillation intratrachéale d'un antigène. L'augmentation du nombre de macrophages alvéolaires localement a totalement supprimé la réaction immunitaire à l'antigène après instillation intratrachéale, que les macrophages aient précédemment été en contact avec l'antigène ou non, et quel que soit le délai entre la délivrance des macrophages alvéolaires et celle de l'antigène. En conclusion, le devenir global des molécules inhalées a été visualisé dans les différentes régions des poumons et des captures spécifiques par des cellules particulières ont été identifiées. Nous avons démontré que les macrophages alvéolaires capturent intensivement, et de manière significative, les macromolécules, et qu’ils sont impliqués dans l'efficacité de la délivrance de protéines thérapeutiques et d’antigènes aux poumons.
- Affiliations
Citations
Lombry, C. (2004). Involvement of alveolar macrophages in the efficacy of macromolecules delivery to the lungs. https://hdl.handle.net/2078.5/110723