Brevet FR2850040A1 — publié le 20040723

Systèmes pour microencapsulation et leurs applications L'invention a pour objet des systèmes pour l'encapsulation de substances d'intérêt et leurs applications. La microencapsulation regroupe l'ensemble des technologies qui permettent la préparation de microbilles individualisées 5 constituées d'un matériau enrobant contenant une matière active. Les microbilles, encore appelées microparticules, présentent une taille comprise entre 1 gm et plusieurs mm et contiennent typiquement entre 5 et 90 % (en poids) de matière active. Les matières actives sont d'origine très variée: 10 principes actifs pharmaceutiques, actifs cosmétiques, additifs alimentaires, produits phytosanitaires, essences parfumées, microorganismes, cellules ou encore catalyseurs de réactions chimiques. Les matériaux enrobants sont des polymères d'origine naturelle ou synthétique, hydrophobes ou 15 hydrophiles, ou des lipides. Les microbilles préparées à partir de matériaux polymères hydrophobes sont généralement préparées par des techniques de séparation de phase (coacervation ou extraction-évaporation de solvant) ou par polymérisation ou polycondensation. Les 20 techniques de séparation de phase utilisent généralement des solvants organiques qui présentent un certain nombre d'inconvénients: élimination dans l'atmosphère, rémanence au sein des systèmes galéniques, dénaturation de certaines molécules microencapsulées. Les méthodes par polymérisation ou 25 polycondensation, si elles possèdent l'avantage de ne pas utiliser de solvant, présentent l'inconvénient d'utiliser des matériaux très réactifs capables de réagir avec les substances encapsulées au sein des microbilles. Enfin, la plupart des matériaux composant ces matières premières sont des substances 30 synthétiques dont la nocivité pour l'environnement ou l'organisme n'est pas toujours connue. Les microbilles formées à partir de matériaux polymères hydrophiles sont généralement préparées par des techniques de gélification ou de coacervation. Cette technique qui permet d'encapsuler des molécules sous forme liquide ou solide est 5 basée sur la désolvatation de macromolécules conduisant à une séparation de phases au sein d'une solution. En général, avec les polymères hydrophiles, on procède à une coacervation complexe o la désolvatation s'effectue sur deux polymères. Elle peut s'effectuer par exemple par ajustement du pH de la 10 solution contenant les polymères de manière à ce que les charges positives du premier polymère équilibrent les charges négatives du second formant une précipitation et un enrobage des matériaux à encapsuler. La membrane gélifiée est ensuite réticulée par du glutaraldéhyde. Cette technique s'adresse 15 surtout à des matériaux lipophiles (huiles végétales ou minérales, huiles essentielles) . Les microbilles peuvent être préparées par gélification ionique. Dans ce cas, une solution d'alginate ou de pectinate de sodium est injectée (par prilling) dans une solution de chlorure de calcium. Au contact 20 de cette solution, les gouttes gélifient formant des microbilles. En ce qui concerne l'utilisation de matériaux lipidiques, la microencapsulation s'effectue par gélification thermique. Ce procédé appelé " hot melt " repose sur la fusion du 25 matériau d'enrobage. La matière active à encapsuler est dissoute ou dispersée dans ce matériau fondu. L'ensemble est émulsionné dans une phase dispersante dont la température est maintenue supérieure à la température de fusion de l'enrobage. La solidification des globules dispersés est obtenue en 30 refroidissant brutalement le milieu. A côté de ce type'de microencapsulation particulaire, on distingue les phases molles (micelles, liposomes, sphérulites, microémulsions, émulsions...) et l'encapsulation moléculaire (cyclodextrines). Les travaux des inventeurs dans ce domaine ont montré qu'il était possible de former de nouveaux systèmes utilisables pour piéger des substances d'intérêt par simple agitation orbitale, à température ambiante ou voisine de 5 l'ambiante, à partir de composés capables d'interagir avec des substances huileuses. L'invention a donc pour but de fournir de nouveaux systèmes pour la microencapsulation de grande stabilité au stockage, possédant notamment une sensibilité élevée au 10 cisaillement, ce qui permet de libérer facilement leur contenu. L'invention a également pour objet les applications de ces systèmes, en particulier en thérapeutique, en cosmétique et dans le domaine alimentaire. Les systèmes pour microencapsulation de l'invention sont caractérisés en ce qu'ils sont élaborés à partir de substances huileuses et de sucres, et forment un ensemble essentiellement organisé. Cette organisation correspond plus particulièrement à des 20 empilements de structures cristallines. Des systèmes de ce type présentent par exemple une organisation en structures cristallines de type hexagonal ou pseudo-hexagonal. Le terme " sucre ", tel qu'utilisé dans la description et les revendications, désigne des poly-et/ou des oligosaccharides, et/ou des amidons, et/ou leurs dérivés. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, lesdits sucres sont des oligosaccharides et, en particulier, des cyclodextrines et leurs dérivés. La cyclodextrine aE est particulièrement avantageuse compte 30 tenu de son aptitude à former des complexes d'inclusion avec des substances huileuses. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, lesdits sucres sont des polysaccharides, comme l'amidon. Les différents sucres et substances huileuses ci-dessus correspondent à des molécules naturelles ou synthétiques. Les substances huileuses entrant dans la composition des systèmes de l'invention sont liquides et sont capables de 5 former la phase huileuse d'une émulsion. On citera plus spécialement les huiles ou leurs composants. Il s'agit notamment d'acides gras, de mono-, di- ou triglycérides. Des huiles appropriées comprennent des huiles végétales, comme l'huile de soja, de germe de blé, d'avocat ou d'amande 10 douce, ou des huiles animales, comme l'huile d'onagre, des huiles synthétiques ou minérales. Dans les systèmes définis ci-dessus, les substances huileuses peuvent être à l'état dispersé et/ou sous forme de complexes d'inclusion, par exemple avec les cyclodextrines et, 15 en particulier, la cyclodextrine a. Des substances d'intérêt peuvent être piégées dans lesdites substances huileuses. L'invention vise donc les systèmes renfermant, en outre, une ou plusieurs substances d'intérêt choisies parmi des 20 substances n'affectant pas l'organisation de l'ensemble et sa stabilité. Ces substances d'intérêt sont des substances hydrosolubles ou des substances liposolubles. L'invention permet avantageusement de formuler des 25 molécules fragiles, sensibles à l'oxydation ou à la lumière, ou pouvant être dénaturées par les méthodes d'encapsulation classiques, qui font appel à des solvants organiques, et/ou des tensio-actifs, dont l'extraction totale est difficile, voire impossible, à une température élevée, ou encore à des 30 cisaillements trop importants. Selon un mode de réalisation de l'invention, les systèmes de l'invention se présentent notamment sous forme de billes solides à structure pleine. De telles billes présentent, de manière générale, une granulométrie du micron à plusieurs millimètres, notamment de 0,1 à 5 mm, en particulier de 0,5 à 3 mm. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les systèmes se présentent sous forme de phases compacte ou fluide. Ces différents systèmes peuvent être également séchés, lyophilisés, mis en suspension dans un milieu aqueux ou non aqueux, liquide ou gélifié. Sous forme de billes séchées, lyophilisées ou non, les 10 systèmes de l'invention peuvent être introduits dans des gélules. L'invention vise également un procédé de préparation des systèmes définis ci-dessus. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 15 - d'addition de substances huileuses à une solution ou suspension aqueuse d'un sucre capable d'interagir avec lesdites substances huileuses en formant les systèmes de l'invention; - d'agitation modérée du milieu, à une température de 15 à 20 400 C, de préférence de 18 à 370 C, plus particulièrement de à 250 C, et de récupération des systèmes formés. L'agitation est réalisée dans des conditions de vitesse et de durée permettant d'obtenir des billes solides de structure pleine, ces dernières étant récupérées, lavées et 25 éventuellement séchées ou lyophilisées. En variante, l'agitation est arrêtée avant la formation de ces billes, et les phases intermédiaires sont récupérées, plus spécialement la phase compacte définie plus haut. Pour améliorer la solubilité des molécules d'intérêt, on 30 peut prévoir d'utiliser un co-solvant. De manière avantageuse, ce procédé ne fait appel ni à l'utilisation de solvants organiques, ni à une étape de chauffage, ni à une consommation importante d'énergie, ce qui constitue une avancée de grand intérêt dans le domaine de l'encapsulation. On notera que ce procédé de fabrication des billes ne nécessite pas d'appareillages spéciaux pour la fabrication, 5 tels que des turbines, des homogénéiseurs, des hottes spécifiques. L'agitation requise pour former les billes ne consomme que très peu d'énergie. Le procédé de fabrication ne fait pas intervenir de solvants organiques ni de tensioactifs, ce qui représente un avantage en terme de sécurité. 10 Les matériaux mis en jeu pour la formation des billes et des phases intermédiaires sont non toxiques et biodégradables (substances huileuses, sucres). Il est possible de former des billes avec ces sucres, notamment les poly et oligosaccharides, et en particulier les cyclodextrines sans 15 réticulation. Les matériaux utilisés sont disponibles facilement sur le marché et à un cot modéré. L'invention fournit ainsi des moyens de grande simplicité et de faible cot pour fabriquer de nouveaux systèmes utilisables dans de nombreux secteurs de l'industrie. L'invention vise en particulier leur application en thérapeutique o ils permettent notamment d'encapsuler des principes actifs de médicaments et constituent de nouvelles formes galéniques ou toute forme intermédiaire utilisables dans la réalisation d'autres formes d'administration (gélules, 25 granules, compacts...) pour une administration par voie orale. Les principes actifs encapsulés selon l'invention peuvent être également administrés par voie cutanée et sur les muqueuses. L'invention vise également notamment leur application en cosmétique pour l'encapsulation de substances actives en 30 cosmétologie et/ou de pigments et/ou de colorants et/ou des produits naturels ou synthétiques entrant dans la composition de parfums, arômes, fragrances. L'utilisation des systèmes permet ainsi de réaliser de nouvelles formulations, utilisables, par exemple, comme produits de maquillage. Des formes et présentations telles que des compacts, sticks de billes, gels fluides de billes, billes de bain ou autres peuvent être ainsi élaborées. Une autre application d'intérêt concerne le domaine 5 alimentaire. Des nouvelles formulations de produits diététiques, aliments ou alicaments peuvent être préparées. On notera que, dans ces applications, les systèmes présentent l'avantage de masquer les odeurs ou les gots désagréables. On citera encore l'application des systèmes de l'invention dans les industries agronomiques, par exemple pour l'encapsulation de pesticides, ou des peintures contenant des pigments minéraux ou organiques utilisant différents types de liants (à l'eau, à l'huile...) sous forme liquide ou de pâte, 15 peinture à l'état sec (crayons, pastels, poudre particulée...) enduits gras. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront donnés dans les exemples qui suivent qui se rapportent à des modes de réalisation de l'invention mettant en jeu, à 20 titre illustratif, la cyclodextrine Oa, en tant qu'oligosaccharide, et des huiles végétales ou animales, comme substances huileuses. Dans ces exemples, il sera fait référence aux figures 1 à 5, qui représentent, respectivement, - les figures la à lc des photos en microscopie électronique à balayage sur des billes entières avant lyophilisation (figure la), lyophilisées (figure lb) (Gx3O) et sur leur surface (Gx625) (Figure lc) ; - les figures 2a et 2b: des photos en microscopie 30 électronique à transmission d'une cryofracture de billes (Gx30000) (figure 2a) ; la partie zoomée (Gx78000) (figure 2b) ; - les figures 3a à 3c: une photo de cristaux observés en microscopie optique (Gx650) (Figure 3a) ; une photo en microscopie optique confocale de coupes semi-fines de billes marquées au Rouge Nil incluses en résine, image en transmission (Gx64) (figure 3b), et une photo en microscopie électronique à balayage de cristaux après extraction à l'isopentane (Gx4000) (figure 3c). Exemple 1: formation de billes à partir de cyclodextrine a et d'huiles végétales. Dans une première étape, on introduit dans un flacon de la 10 cyclodextrine (a-CD) (3 à 6 % m/m) solubilisée ou non dans une phase aqueuse représentant 67 à 82 % de la masse totale. Une phase huileuse formée d'huile de soja (15 à 30 % m/m) est ajoutée à la surface de l'eau. Le pH de la phase aqueuse peut être ajusté de pH 2 à 9,3. La molécule à encapsuler peut être 15 additionnée à l'une des deux phases une molécule hydrosoluble peut être ajoutée dans la phase aqueuse et une molécule liposoluble peut être ajoutée à la phase huileuse. Le flacon est alors bouché, puis mis sous agitation (ROTATEST, Bioblock Scientific) à une vitesse de 200 tours/minute, dans 20 un bain-marie thermostaté (250C). Après un délai d'environ 0,5 à 30 jours, mais plus généralement de 2 à 3 jours, des billes de couleur blanche plus ou moins sphériques se forment. Plusieurs états intermédiaires (états fluide, puis compact) précèdent la formation des billes. La cinétique de formation 25 des billes, dans les conditions testées, est plus lente aux pH acides. Aux pH de 9,5 à 10,3, les phases restent compactes. En opérant avec des concentrations d'huile de soja de 1224% m/m, d'eau osmosée de 70-82% m/m et de CD-a de 3,3-6%m/m, on obtient, en 0,5 à 5 jours, des billes de 0,5 à 3 mm, et un 30 milieu de suspension clair ne présentant pas ou peu de globules huileux. Pour les essais ci-après, un mélange ternaire de 2,88 ml d'huile de soja, 10 ml d'eau osmosée de pH 5,5-6, et 0,813 g d'a-cyclodextrine a été utilisé. Les billes obtenues sont stables (pendant au moins 3 ans) et en suspension dans une phase dispersante dont la turbidité varie. En effet, les billes préparées dans les conditions cidessus présentent une distribution de taille homogène et se 5 retrouvent dans une phase dispersante claire. Les billes qui présentent une distribution de taille plus hétérogène, se retrouvent dans une phase blanchâtre. Les billes en suspension dans l'eau, séchées ou lyophilisées, peuvent être dispersées au sein d'hydrogels, par 10 exemple de Carbomer, de cellulose ou de poloxamère 407. On notera que ces traitements, notamment leur séchage ou leur lyophilisation n'altèrent pas leurs caractéristiques, ce qui présente un intérêt pour leur conservation. Les billes sont capables de subir d'autres opérations 15 telles que la filtration à pression normale, la centrifugation à faible vitesse, le séchage à l'étuve (les billes deviennent alors transparentes). On rapporte sur les figures la-lc, les photos en microscopie électronique à balayage de la surface d'une bille 20 selon l'invention avant lyophilisation (figure la), d'une bille lyophilisée (figure lb), (Gx3O), et une vue de la surface (Gx625) (figure lc) . Cet examen montre une surface avec des aspérités, que les billes soient ou non lyophilisées. La structure interne des billes a également été étudiée. 25 A cet effet, les billes en suspension dans l'eau ont subi une cryofracture et les répliques ont été observées en microscopie électronique à transmission. Comme le montrent les figures 2a et 2b, les billes ont une structure matricielle, c'est-à-dire pleine, présentant des structures globuleuses et des éléments 30 réguliers, anguleux de 30 nm environ. Les billes sont constituées de compartiments lipophiles (huile) et hydrophiles (cyclodextrine). Les images obtenues en microscopie confocale montrent une répartition de la calcéine (marqueur fluorescent hydrophile) à la surface des billes et une répartition sporadique du Rouge Nil (marqueur fluorescent des lipides) à la surface et à l'intérieur de ces dernières. L'analyse microscopique des milieux de suspension des billes ne met pas en évidence de présence importante de gouttelettes d'huile, montrant que l'huile est bien piégée dans le système. La présence de nombreux cristaux pseudohexagonaux, de taille hétérogène allant de 10 nm à quelques microns au sein des billes a été montrée par microscopie optique (Figure 3a), confocale (figure 3b) et électronique à balayage (figure 3c). Ces cristaux ont pu être isolés par traitement à l'isopentane et mis en évidence par microscopie électronique à balayage, microscopie électronique à transmision (cryofracture, coloration négative, coupes ultrafines, diffraction des électrons) et par diffraction des rayons X aux petits et aux 15 grands angles. Stabilité des billes dans les milieux biologiques Dans l'optique d'une administration des billes par voie orale de principes actifs, des essais de stabilité des billes lyophilisées et non lyophilisées ont été réalisés dans des 20 milieux simulant les liquides digestifs mis sous agitation à 370C (estomac milieu pH 1,2; intestins pH 6,8 milieux décrits par la Pharmacopée Américaine USP XXIII). Les billes sont stables environ 5h30 dans le milieu stomacal et environ4h3O dans le milieu intestinal. Au-delà de 25 ces temps, une diminution du nombre de billes et de leur taille est observée. Des résultats quasi-similaires ont été enregistrés avec les billes lyophilisées et non lyophilisées. Exemple 2: Encapsulation de molécules dans les billes On opère comme décrit dans l'exemple 1, mais en utilisant comme molécules d'intérêt, des molécules actives en thérapeutique ou utilisables en cosmétique comme des pigments ou des colorants, de l'acétate de vitamine E, de la benzophénone. On rapporte dans le tableau suivant le diamètre des billes obtenues et le temps de formation Molécules Concentration Diamètre des Temps de billes formation Pharmacie 5-Méthoxypsoralène 0.52mg/ml huile 2 mm 2 jours Cosmétique Acétate de 23. 4 mg/ml huile 2 mm 3 jours vitamine E Acétate de 46.9 mg/ml huile 2 mm 4 jours vitamine E Vitamine E 23.4 mg/ml huile 2 mm 7 jours Benzophénone 1. 9 mg/ml huile 2 mm 3 jours Marqueur Fluorescent Calcéine 0.3 mg/ml eau 2 mm 7 jours Rouge Nil 2 mm 3 jours Colorants liposolubles oxyde de chrome 3 jours (vert) Jaune de méthyle 5.1 mg /ml huile 4 jours Sel de cobalt 3 jours (bleu) Mica, dioxyde de titane, oxyde de 5 jours fer Colorants hydrosolubles Bleu de méthylène 4 jours Divers Cacao 2.7 mg/ml huile 2.5 mm 7 jours On constate que la présence des molécules lipophiles ou 5 hydrophiles testées ne modifie pas les caractéristiques des billes, que ce soit leur taille ou leur temps de formation. De plus, il a été montré que 30% de l'acétate de vitamine E est encapsulé (détermination par HPLC). Des billes renfermant des parfums, par exemple Femmes de 10 ROCHAS, ont été également préparées. Exemple 3: Formation des billes en présence de co-solvant On opère comme décrit dans l'exemple 1, mais en ajoutant dans l'huile ou dans l'eau un co-solvant. Co-solvant Diamètre des Temps de billes formation Ethanol (200 microl dans lmm 9 jours 2.68 ml d'huile) Miglyol 810 (200 microl dans lmm 3 jours 2.68 ml d'huile) Glycérine 5% dans l'eau 3 mm 3 jours osmosée Glycérine 10% dans l'eau 2 mm 3 jours osmosée Glycérine 15% dans l'eau 1.5 mm 3 jours osmosée REVENDICATIONS 1. Systèmes pour microencapsulation, caractérisés en ce qu'ils sont élaborés à partir de substances huileuses et de 5 sucres, et forment un ensemble essentiellement organisé correspondant à des empilements de structures cristallines. 2. Systèmes selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils présentent une organisation en structures cristallines de type hexagonal ou pseudo-hexagonal. 3. Systèmes selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que les sucres sont des poly-et/ou des oligosaccharides, et/ou des amidons, et/ou leurs dérivés. 4. Systèmes selon la revendication 3, caractérisés en ce que les oligosaccharides sont des cyclodextrines. 5. Systèmes selon la revendication 4, caractérisés en ce qu'il s'agit de cyclodextrine cc. 6. Systèmes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que les substances huileuses sont des acides gras, des mono-, di- ou tri-glycérides. 7. Systèmes selon la revendication 6, caractérisés en ce que les substances huileuses sont des huiles végétales, comme l'huile de soja, de germe de blé, d'avocat ou d'amande douce, des huiles animales, comme l'huile d'onagre, ou des huiles synthétiques ou minérales. 8. Systèmes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que lesdites substances huileuses sont à l'état dispersé et/ou sous forme de complexes d'inclusion, par exemple avec les cyclodextrines et, en particulier, la cyclodextrine ax. 9. Systèmes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils renferment, en outre, une ou plusieurs substances d'intérêt. 10. Systèmes selon la revendication 9, caractérisés en ce qu'il s'agit de substances hydrosolubles ou de substances liposolubles. 11. Systèmes selon la revendication 10, caractérisés en ce 5 que la ou lesdites substances sont thérapeutiquement actives, en particulier à faible dose. 12. Systèmes selon la revendication 10, caractérisés en ce que la ou lesdites substances sont utilisables en cosmétique. 13. Systèmes selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisés en ce qu'ils se présentent sous forme de billes solides à structure pleine. 14. Systèmes selon la revendication 13, caractérisés par une granulométrie du micron à plusieurs millimètres, notamment de 0,1 à 5 mm, en particulier de 0,5 à 3 mm. 15. Systèmes selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisés en ce qu'ils se présentent sous forme de phases compacte. 16. Systèmes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils se présentent sous 20 forme de billes en suspension, de billes séchées ou lyophilisées, redispersées ou non dans un liquide aqueux ou non aqueux ou dans un gel. 17. Procédé de préparation de systèmes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 qu'il comprend les étapes - d'addition de substances huileuses à une solution ou suspension aqueuse de sucre capable d'interagir avec lesdites substances huileuses en formant des systèmes essentiellement organisés correspondant à des empilements de structures 30 cristallines notamment de type hexagonal ou pseudo-hexagonal; - d'agitation modérée du milieu, à une température de 15 à 400C, de préférence de 18 à 370C, plus particulièrement de 20 à 250C, et de récupération des systèmes formés. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'agitation est réalisée dans des conditions de vitesse et de durée permettant d'obtenir des billes solides de structure pleine, ou une phase compacte ou fluide.