FR2827301A1

FR2827301A1 - Procedes de fixation/complementation de molecules biologiquement actives par des cyanobacteries et des micro-algues ou des fractions de cyanobacteries et de micro-algues

Info

Publication number: FR2827301A1
Application number: FR0109373A
Authority: FR
Inventors: Francois Henri Albert Bruneau; Alain Grimont; Linares Peggy Hours; Bertrand Lepine; Francoise Louvel
Original assignee: BLUE ENERGY LABORATOIRE
Current assignee: BLUE ENERGY LABORATOIRE
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: FR2827301B1

Abstract

Procédés de fixation/ complémentation de molécules biologiquement actives par des cyanobactéries et des micro-algues ou des fractions de cyanobactéries et de micro-algues. Les micro-algues et les cyanobactéries modifiés deviennent des vecteurs de médicaments ou de molécules biologiquement actives. Ces vecteurs sont eux-mêmes biologiquement actifs et constituent un co-médicament. Le premier procédé consiste à fixer des principes actifs sur des cellules entières. Après une culture classique les cyanobactéries ou les microalgues sont récoltées, puis recultivées dans un milieu spécifique contenant le principe actif avant d'être filtrées, séchées et conditionnées, seule la partie fixée du principe actif est utile.Le deuxième procédé consiste après culture classique, de récolter les microorganismes photo-synthétiques, à les broyer dans un tampon, à incuber le broyat avec le ou les principes actifs en quantité connue et à sécher l'ensemble. Tout le principe actif est utile.L'invention permet toute combinaison entre ces deux procédés et tout mélange entre plusieurs micro-organismes photosynthétiques et plusieurs molécules actives. Les produits obtenus selon cette invention sont destinés à la médecine humaine et vétérinaire, à la micronutrition et à l'industrie cosmétique.

Description

L'objet de cette invention est de proposer un vecteur de médicaments ou de molécules biologiquement actives permettant, par ses qualités une diminution des effets secondaires de ces produits, un effet tampon et une complémentation de ceux-ci par un apport de vitamines, d'acides gras essentiels et d'antiradicalaires. Ces vecteurs sont des cyanobactéries et/ou des fractions de cyanobactéries, et/ou des micro-algues et/ou des fractions de microalgues. Cet ensemble de micro-organismes sera regroupé sous l'abréviation MOP (Micro-Organismes Photosynthétiques). Les médicaments associés peuvent être des ions métalliques (oligo- éléments,....), ou des molécules biologiquement actives complexes d'origine naturelle ou de synthèse (analgésiques, antibiotiques, anticancéreux, hormones stéroides, antiviraux), molécules qui provoquent des réactions secondaires non désirées.

Etat de l'art Les MOP comportent deux types de micro-organismes appartenant à deux règnes différents. Les cyanobactéries sont des procaryotes tandis que les algues unicellulaires sont des végétaux eucaryotes.

Parmis les cyanobactéries on utilisera préférentiellement la spiruline (Arthrospira platensis, Spirulina major) et Nostoc qui sont déjà consommés par l'homme, Synechocystis, Synechococcus, qui sont unicellulaire et sont très performantes en culture industrielle. Parmis les algues on utilisera préférentiellement la chlorelle (Chlorella vulgaris) qui est aussi consommée par l'homme, Chlamydomonas, Scenedesmus, Haematococcus, Dunaliella, Chlorococcum, Nanochloropsis, Rhodella, Rhodosorus et Porphyridium qui sont des microalgues unicellulaires.

Toutes ces espèces peuvent être cultivées en conditions artificielles, en milieux clos et contrôlés du point de vue des paramètres physicochimiques et de la qualité microbiologique. Les MOP ont des compositions très différentes tant du point de vue des membranes, que de leur proportion en pigments et en vitamines. ce qui permet de proposer des formulations très ciblées.

Il est connu que les MOP apportent des molécules biologiquement actives

(vitamines, lipides essentiels, polysaccharides, pigments, proteins...) qui ont des actions bénéfiques sur l'organisme sain et malade. Certains de ces composants ont des propriétés particulières que nous exploitons dans cette invention : Les polysaccharides extraits de ces micro-organismes photosynthétiques comportent des fonctions carboxyles et sulfates, fonctions ionisables et réactives qui permettent la fixation ionique ou chimique de molécules.

Ainsi l'acide glucuronique joue un rôle très important chez les mammifères en permettant l'élimination de molécules toxiques possédants une fonction alcool, par exemple le phénol ou la morphine. Certains sucres sont sulfatés et cette fonction sulfate permet de piéger les ions positifs divalents. C'est justement le cas de la plupart des oligo-élments, métaux essentiels. Mais c'est aussi le cas de métaux toxiques comme le plomb et le mercure. Cette propriété de piège de métaux est exploitée dans les procédés de bioremédiation (dépollution de sites) de "biomining" (récupération assistée des métaux). Les polysaccharides sulfatés ont chez les mammifères des activités biologiques non négligeables : anti-thrombique, anti-virale, anti-inflammatoire, immunomodulatrice, anti-métastasique...

Les lipides sont aussi très intéressants, les MOP sont riches en acide linoléique et en acide gamma-linolénique de forme cis seule forme biologiquement active qui sont des lipide essentiels non synthétisés par les animaux. Ils sont nécessaires à la croissance normale, au développement de la peau, à la gestation et à la lactation, au transport du cholestérol, à la synhèse des progestérones. L'oxydation des lipides insaturés est inhibée par la vitamine K que l'on trouve aussi dans les MOP.

Les caroténoides ont une activité antiradicalaire et des activités anticancéreuses et anti-inflammatoires sont signalées dans les publications scientifiques. Le béta-carotène est la provitamine A.

Parmis les protéines, les phycobiliprotéines, qui représentent une proportion importante du poids sec chez les cyanobactéries et les microalgues rouges, ont des activités reconnues en tant qu'anti-

radicalaire, immuno-modulatrice et anti-inflammatoire. On peut aussi citer la superoxyde-dismutase présente chez les MOP Corps du brevet L'ensemble de ces caractéristiques conférent aux MOP un ensemble de qualités intéressantes pour une utilisation comme co-médicament en médecine humaine, en médecine vétérinaire ou comme complément alimentaire.

Ces caractéristiques sont : - Leur capacité à complexer des molécules actives ou des ions dans leur paroi polysaccharidique.

- Ces mêmes polysaccharides exercent un rôle protecteur de la muqueuse et un effet tampon lors de la délivrance de ces molécules actives ou ces ions, et donc limitent leurs effets secondaires.

- La libération d'un ensemble de cofacteurs exerçant des activités antiradicalaires et anti-inflammatoires augmente la tolérance à des médicaments particulièrement agressifs comme les anti-biotiques, les antifongiques, les anti-cancéreux et les anti-viraux.

- La présence de vitamines, et de lipides essentiels améliorent sensiblement l'état général de l'organisme.

- Enfin d'autres composants cellulaires sont capables de fixer des molécules biologiquement actives.

Les demandeurs ont donc développés deux procédés originaux permettant d'utiliser l'ensemble de ces propriétés.

Le premier procédé est une évolution d'une partie du procédé d'induction physiologique décrit dans le brevet FR 2789399. Les microalgues sont cultivées en photobioréacteurs dans les milieux qui leur sont le plus favorable. Peu de temps avant la phase stationnaire, les MOP sont récoltés et concentrés par filtration. Ils sont ensuite incubés pendant 1 à 12 heures dans un milieu de culture spécifique destiné à induire des modifications. Dans ce cas précis le milieu d'induction physiologique

contient la ou les molécules biologiquement actives. Les cellules entières sont ensuite recoltées par filtration et séchées par lyophilisation (freeze-

drying), atomisation (spray-drying) ou dessication pour être conditionnées Z : > ID préférentiellement sous forme de gélules. Seules les molécules actives fixées ou complexées aux microalgues seront donc utilisées. L'utilisation du milieu d'induction physiologique favorise la fixation de ces molécules par les polysaccharides de la paroi dans le cas général. Il peut aussi y avoir intégration de ces molécules soit dans le système membranaire, soit dans les organites.

Le deuxième procédé permet l'utilisation d'autres composants de la cellule, notamment les protéines et les lipides comme vecteurs de médicaments et/ou d'ions. Dans ce cas, les microalgues sont cultivées en photobioréacteurs dans les mileux qui leur sont favorables et récoltées en fin de phase de croissance par filtration, lavées et reconcentrées dans du sérum physiologique pour être broyées mécaniquement. Au broyat est ajouté sous agitation douce des molécules biologiquement actives en quantité connue qui peuvent être naturelles (obtenues par extraction aqueuse de plantes) ou synthétiques. Cette incubation dure 1 à huit heures à 4 degrés Celsius. Pour éviter la photo-oxydation des molécules biologiquement actives, l'incubation est réalisée à l'obscurité. La solution est alors séchée soit par atomisation (spray-drying) soit par lyophilisation (freeze-drying) pour être conditionnée en gélules. Dans ce cas la totalité des molécules actives sera présente dans l'extrait. On profite alors de l'addition des propriétés des composants des microalgues et des propriétés des molécules actives servant de médicaments.

L'application de ces procédés concerne des micro-organismes photosynthétiques comprenant des cyanobactéries (Arthrospira, Spirulina, Nostoc, Synechocystis, Synechococcus) ou des micro-algues unicellulaires (Chlamydomonas, Chlorella, Chlorococcum, Dunaliella, Hematococcus, Nanochloropsis, Porphyridium, Rhodella, Rhodosorus) dont les pigments,

les protéines et les lipides liés à la photosynthèse apportent les anti-radicalaires nécessaires à la conservation des molécules biologiquement actives et dont les composants sont aptes à la fixation de ces molécules biologiquement actives. Ces MOP sont cultivables en conditions artificielles, en enceintes closes ou ouvertes, permettant un contrôle rigoureux de leur qualité et, en tant que vecteurs de molécules actives, de permettre le contrôle qualitatif et quantitatif des éléments fixés.

Les molécules biologiquement actives sont des oligo-éléments, des acides aminés essentiels, des lipides, des vitamines, des analgésiques, des antibiotiques, des anti cancéreux, des anti-inflammatoires, des antiviraux, des hormones, les béta-bloquants, les anti-arythmiques, anti-parasitaires, d'origine naturelle ou synthétiques.

Les deux procédés peuvent être utilisés séparément ou successivement pour aboutir à un effet thérapeutique défini.

Le produit (complexes MOP-molécules actives) étant en poudre, rien n'interdit de réaliser des compositions par mélange de complexes différents entre eux ou de les associer à des produits actifs, et de les utiliser comme médicaments en médecine humaine, vétérinaire ou comme complément alimentaire.

Bases expérimentaless de l'invention.

1-Enrichissement en Zinc, Sélénium et Molybdène de la spiruline par le premier procédé : La spiruline est cultivée en photobioréacteur en milieu de Zarrouk jusqu'à obtenir une concentration de 1 g sec par litre. La spiruline est alors récoltée par filtration sur un tamis de 50 microns et lavées par une solution stérile. Le culot lavé est repris dans environ 1/5 de milieu frais additionné de Zinc à 0, 05g/l, Sélénium 0, 16mg/1, Molybdène 0,16 mg/l (1 litre correspond à lg sec de spiruline). L'induction dure 12 heures dans

les conditions de culture initiale. Après 12h, la biomasse est récoltée par filtration et sechée.

Les résultats font apparaitre une fixation importante de ces oligo- éléments :

<tb>
<tb> Culture <SEP> normale <SEP> Culture <SEP> induite
<tb> Zinc <SEP> 2,1 <SEP> mg/100g <SEP> sec <SEP> 1384mg/100g <SEP> sec
<tb> Sélénium <SEP> 0, <SEP> 002mg/100g <SEP> sec <SEP> 6,5 <SEP> mg/lOOg <SEP> sec
<tb> Molybdène <SEP> < <SEP> O, <SEP> OOlmg/lOOg <SEP> sec <SEP> 0,17 <SEP> mg/100g <SEP> sec
<tb>
De même pour un enrichissement de la spiruline en fer selon ce même procédé, on obtient :
Culture normale Culture induite Fer 0,08 mg/lOOg sec 0,66 mg/lOOg sec Appliqué à une microalgue comme la chlorelle selon ce même procédé, on montre par exemple que l'on peut obtenir une importante fixation du cuivre, du Zinc, du Nickel et du cadmnium. Les quantité fixées sont comprises entre 0,1 et 3g pour 100g sec.

L'enrichissement par ce procédé n'est pas limité aux métaux.

En effet des expériences montrent que si l'on cultive la microalgue Chlamydomonas en présence de liposomes fabriqués avec un seul lipide insaturé spécifique du thylacoide, celui-ci est peu à peu incorporé à la membrane du thylacoide. La composition globale en lipide de cette membrane est modifiée d'une façon importante. Il est à noter que pour intégrer cette membrane, le lipide doit franchir la paroi, la membrane cytoplasmique et la membrane chloroplastique.

De même lors de l'enrichissement d'une culture de microalgue en Méthionine, celle-ci s'accumule sous forme très active de S-AdénosylMéthionine dans la vaccuole ou les vacuoles. Ceci est vérifiable par microscopie à fluorescence dans l'UV.

Enfin, nous avons réalisé avec la microalgue Scenedesmus, une expérience de fixation de la vitamine C en ajoutant celle-ci dans son milieu de culture et en incubant sans lumière pendant une nuit. En ajoutant 0, 04g/l d'acide ascorbique, on peut suivre sa disparition dans le milieu de culture en

mesurant la densité optique du milieu à 280nm. l'expérience montre que la quasi totalité de la vitamine C a disparu du milieu en 12h.

La même expérience réalisée sur la spiruline dans les mêmes conditions, montre que seul 40% de la vitamine C a disparu du milieu, et les 60% restant sont stables pendant au moins 24h prouvant que la vitamine C n'est pas dégradée dans le milieu, et qu'il n'y a pas métabolisation. Il y a donc bien fixation spécifique de la vitamine C par la spiruline et la quantité d'acide ascorbique fixé est proportionnelle à la quantité de biomasse de spiruline.

2-Enrichissement en molécules biologiquement actives selon le deuxième procédé.

Comme exemple, reprenons la chlorelle. Celle ci est cultivée en photobioréacteur, jusqu'au début de la phase stationnaire. L'avantage par rapport à la spiruline est qu'elle est cultivée à un pH acide. Elle est récoltée par filtration sur un tamis de 50 microns et lavée à l'eau stérile.

Elle est ensuite reprise dans du sérum physiologique à une concentration de 3 volumes de sérum par volume de chlorelle humide sous agitation douce. Elle est ensuite broyée à froid par des moyens mécaniques. Un contrôle de pH est nécessaire pour vérifier qu'après broyage le pH est légèrement acide. A ce broyat on ajoute une concentration définie d'une molécule active par exemple de l'acide acétyl-salicilique, sous agitation et à froid en absence de lumière pour éviter la photo-oxydation, et ce pendant une à huit heures. Au delà, l'action des protéases et hydrolases risquent de dénaturer et les produits actifs et les composants de la microalgue. La totalité de la préparation est séchée soit par lyophilisation (freeze-drying) soit par atomisation (spray-drying).

Le conditionnement en gélule ou en comprimé sera réalisé pour obtenir une dose connue de produit actif.

Ce procédé est utilisé pour obtenir une préparation contenant une quantité connue de produit actif (donc avec un objectif thérapeutique), tout en bénéficiant de l'apport bénéfique des MOP. Notamment l'effet protecteur des polysaccharides sulfatés vis-à-vis des muqueuses et les effets anti-

radicalaires des caroténoïdes, des phycobiliprotéines et de la superoxidedismutase. Le choix du MOP est dans ce cas dépendant de l'effet recherché et de la biodégradabilité de la molécule active. Parmis ces molécules actives on peut citer, la vitamine C, l'acide acétyl-salycilique, la glucosamine, la caféine (et les dérivés phénoliques), les phorboesters, certains antibotiques, les dérivés osidiques de bases puriques et pyrimidiques, les hormones, qui toutes ont des interactions avec les polysaccharides ou avec les membranes cytoplasmiques ou le thylacoide.

Certaines de ces molécules ont des activités secondaires importantes, ne serait-ce que l'aspirine qui est prescrit aux personnes agées à forte dose et pendant longtemps. Il est donc utile de disposer d'un vecteur permettant d'une part la protection des muqueuses et d'autre par la libération plus progressive de la molécule active. Dans ce cas, l'apport de vitamines contribue aussi à l'efficacité du traitement.

Applications des procédés.

1. Conditions nécessaires à la production de MOP en grandes quantités et de grande qualité.

L'idéal est une installation comprenant des photobioréacteurs fermés, ou l'on peut contrôler tous les paramètres physico-chimiques y compris la quantité de lumière. Ces conditions assurent une sécurité maximum puisque cette technologie est sophistiquée et nécessite intrinsequement un laboratoire de contrôle microbiologique et chimique. Le corollaire de ce type d'installation est un coût très élevé de la biomasse (entre 50 et 100$ US le kilogramme sec). Ces installations se trouvent dans les pays développé, en Europe, aux Etats-Unis d'Amérique, en Israël, au Japon, en Malaisie, à Taiwan, en Australie.

A l'inverse il existe dans le monde des installations de culture extensives produisant de la biomasse en grande quantité mais ne garantissant aucune qualité microbiologique. On trouve ce type d'installation aux Etats-Unis d'Amérique, au Mexique, à Cuba, en Chine, au Vietnam, en Birmanie, en Thailand, en Inde, à Ceylan, en Indonésie, aux Phillipines.

Un cas intermédiaire, ou des contrôles poussés sont réalisés sur les produits sont les installations de culture semi-extensive situées à Taiwan, au Chili et en Equateur, en Israel et en Australie. Dans ces installations, il sera possible moyenant quelques adaptations et précautions de cultiver des algues de manière économique et de réaliser l'ensemble des procédés.

On remarque que les pays cités ont tous la capacité d'appliquer les procédés de la présente invention dans le futur. Ils disposent d'un ensoleillement fort, d'eau et surtout d'un marché de consommateurs. Les pays riverains de la Méditerrannée ont aussi un potentiel important.

2. Concernant les applications médicales des produits réalisés selon cette présente invention, Blue-Energy-Laboratoire développe des produits naturels destiné à la naturothérapie, basés sur les études concernant les carences en certains éléments de la population mondiale par rapport aux Apports Journaliers Recommandés par l'OMS. Les carences principales sont le Fer, le Calcium, le Magnésium, le Cuivre, le Zinc, l'Iode, le Manganèse pour les métaux, les vitamines du groupe B et les lipides insaturés essentiels. Le vecteur choisi est la spiruline d'une part parce que sa consommation est autorisée en Europe et d'autre part car elle apporte une grande partie de ces besoins, en ce qui concerne le Fer, le Calcium, le Magnésium, les vitamines du groupe B et les lipides insaturés essentiels.

Les autres vecteurs ne sont pas, pour l'instant, autorisés en Europe même s'il existe une consommation de fait. Ils sont, par contre autorisés, dans d'autres régions du monde comme l'Amérique et l'Asie.

A titre d'exemple, on peut citer des produits obtenus par le premier procédé : Spiru Force est une spiruline qui a fixé du Sélénium à raison de 65 microgramme par gramme sec, du Molybdène à raison de 1,73 microgramme par gramme sec et du Zinc à raison de 13,3 milligramme par gramme sec. L'objectif de ce produit est de renforcer l'état immunitaire par le cumul des activités antiradicalaires des composants de la spiruline et du Sélénium. Spiru Antistress est une spiruline ayant fixé du Magnésium (240 mg/g sec), du Zinc (8 mg/g sec), du Cuivre (1,4

mg/g sec) qui a montré une action contre les symptomes du stress, contre le psoriasis et l'eczéma et amélioré la qualité du sommeil chez les patients traités.

L'utilisation successive du premier et deuxième procédé a permis de réaliser : Spiru Junior , spiruline ayant fixé du Magnésium (133 mg/g sec), du Fer (6,7 mg/g sec) et des phospholipides (63 mg/g sec). Spiru Femme , spiruline ayant fixé du Zinc (8 mg/g sec) du Cuivre (1,4 mg/g sec) de l'EPA (80 mg/g sec), de la DHA (47 mg/g sec) qui a montré une nette activité vis à vis des troubles liés à la ménopause.

Des compositions à partir du premier procédé associent des spirulines ayant fixé des oligo-éléments à d'autres produits Spiru Minceur , associe la spiruline ayant fixé du Chrome (22 microgramme/gramme sec) avec du Fucus (23% en poids sec) et du fructo-oligosaccharide (11 % en poids sec). Spiru Articulation associe la spiruline ayant fixé du Manganèse (1,4 mg/g sec), du Calcium (100 mg/g sec) avec du cartilage de poisson (20% en poids sec) qui montre une efficacité vis à vis de la polyarthrite rhumatoïde.

Spiru Force , Spiru Antistress , Spiru Junior , Spiru Femme , Spiru Minceur , Spiru Articulation , sont des marques déposées par Blue Energy Laboratoire Ces différents produits sont cités pour exemple et font l'objet d'une pré- étude clinique. D'autres produits issus de cette présente invention sont en développement.

Claims

Revendications : 1. Procédé d'enrichissement de micro-organismes photosynthétiques entiers en molécules biologiquement actives consistant à cultiver ces micro-organismes dans un milieu de culture optimisé avec des conditions physico-chimiques les mieux adaptées, à les récolter, et à les placer dans un milieu d'induction spécifique contenant des molécules biologiquement actives pendant un temps compris entre 1 et 12 heures permettant à ces molécules soit être fixées par la paroi du micro-organisme soit être accumulées à l'intérieur du micro-organisme, soit encore être intégré dans l'un des composants de la cellule, à récolter les cellules entières par filtration et à les sécher par lyophilisation, atomisation ou dessication de façon à ce que seule la quantité fixée de molécule active soit utilisée.
2. Procédé d'enrichissement de micro-organismes photosynthétiques broyés avec des molécules biologiquement actives, consistant à cultiver ces micro-organismes dans un milieu de culture optimisé avec des conditions physico-chimiques les mieux adaptées, à les récolter, à les resuspendre dans un tampon physiologique, à les broyer mécaniquement, à incuber ce broyat à froid pendant un temps de 1 à 8 heures et à l'abri de la lumière avec des molécules biologiquement actives en quantité connue et à sécher l'ensemble par lyophilisation ou atomisation pour que la totalité de la molécule active se retrouve dans le produit final.
3. Procédé d'enrichissement de micro-organismes photosynthétiques en molécules biologiquement actives consistant en l'utilisation successive de l'un et l'autre procédé selon les revendications 1 et 2.
4. Produits obtenus selon les revendications 1 à 3 caractérisés par l'association de cyanobactéries, par exemple Arthrospira, Spirulina, Nostoc, Synechocystis, Synechococcus ou de micro-algues unicellulaires, par exemple Chlamydomonas, Chlorella, Chlorococcum, Dunaliella, Hematococcus, Nanochloropsis, Porphyridium, Rhodella, Rhodosorus avec une ou plusieurs molécules biologiquement actives-oligo-éléments, acides aminés essentiels, lipides, vitamines, analgésiques, antibiotiques,

<Desc/Clms Page number 12>

anti-cancéreux, anti-inflammatoires, antiviraux, hormones, bétabloquants, anti-arythmiques, anti-parasitaires-d'origine naturelle ou synthétique.
5. Utilisation des produits obtenus selon les revendications 1 à 3 comme médicaments en médecine humaine, vétérinaire ou comme complément alimentaire, caractérisées en ce que les produits sont obtenus soit par mélange entre eux ou en combinaison avec d'autres produits selon la revendication 4.