FR3013182A1 - Particule d'hydroxyapatite, compositions a base de cette particule, utilisations comme vecteur de molecules bioactives - Google Patents

Particule d'hydroxyapatite, compositions a base de cette particule, utilisations comme vecteur de molecules bioactives Download PDF

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Abstract

L'objet de l'invention est une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate : - répondant à la formule : Ca(10)(PO4)(6-y)(CO3)y(OH)2 dans laquelle y est un nombre compris entre 0,002 et 0,030, et présentant un degré de cristallinité compris entre 25 et 40%. L'invention couvre aussi l'utilisation de ces particules et des compositions incluant ces particules.

Description

PARTICULE D'HYDROXYAPATITE, COMPOSITIONS A BASE DE CETTE PARTICULE, UTILISATIONS COMME VECTEUR DE MOLECULES BIOACTIVES La présente invention vise une particule d' hydroxyapatite, des compositions incluant cette particule et l'utilisation de cette particule comme vecteur de molécules bioactives pour les traitements phytosanitaires, notamment de la vigne.
Dans l'agriculture, il existe un équilibre précaire entre les agents biotiques tels que les champignons, les bactéries, les virus et les parasites et les défenses propres de la plante concernée. Les plantes ont généralement une résistance dite pré infectieuse dans le sens où les plantes présentent des barrières physiques comme leur parois membranaires 10 ou chimiques en diffusant des substances antimicrobiennes. La résistance de la plante est alors suffisante par elle-même et de ce fait ne nécessite aucun traitement. L'étude des interactions plante/pathogène est très utile non seulement pour déterminer les réponses biochimiques et physiologiques de la plante mais aussi 15 pour déterminer les mécanismes déclencheurs des défenses. On connaît des agressions de plantes telles que la vigne notamment mais pas uniquement, par l'esca, le mildiou ou le mal blanc, agressions qui affectent les feuilles ou le mildiou des grappes qui affectent les grappes de raisin pour la production du vin. 20 Différents symptômes apparaissent sur les feuilles dès la formation des stomates c'est-à-dire à un stade très précoce de la végétation.
Ces manifestations se présentent sous différentes formes comme des tâches de différentes couleurs et formes mosaïque ou sur les bords, des développements de mycélium, des nécroses conduisant à la chute des feuilles attaquées. Ces développements varient au fur et à mesure du développement de la plante et 5 des conditions climatiques notamment en fonction de la température et de I ' humidité. Tout ceci et notamment quand le mildiou se propage sur les grappes, affecte de façon importante tant la qualité que la quantité du vin produit. Le problème est aussi que ces attaques ne sont pas facilement visibles et 10 nécessitent souvent une attention particulière avec une observation à la loupe afin d'être le plus efficace et d'intervenir à un stade précoce pour interdire la prolifération et pour éviter de perturber la production ultérieure. Afin de lutter contre ces maladies, il est connu depuis de nombreuses années des traitements à base de soufre en poudre pour lutter contre le mildiou et à base 15 de cuivre pour combattre d'autres types d'infections, notamment cryptogamiques. Le cuivre est intéressant par le fait qu'il ne provoque pas une résistance induite des pathogènes à ce composé. Le cuivre reste toujours aussi actif en regard des mêmes pathogènes au cours du temps. 20 Le cuivre provoque une résistance mécanique par un durcissement des parois des organes des plantes, exerce une activité préventive vis-à-vis des cryptogames pathogènes et prévient le développement de colonies de bactéries. Néanmoins, l'usage répété du cuivre, antérieurement à de forts dosages, conduit à des inconvénients certains. 25 L'usage intensif et prolongé du cuivre provoque des phénomènes de toxicité résiduelle, impacte la microflore et la faune dans le sol, ainsi que des cultures sensibles à une certaine phyto toxicité.
La culture biologique limite l'usage de ce composé métallique et les dosages à ce jour sont diminués par deux ou par trois. Pour les autres désordres, l'usage du cuivre doit être combiné avec du soufre agissant comme fongicide et comme agent insecticide. Le soufre agit donc contre le mildiou des grappes mais aussi contre le développement du conidium. Le soufre pénètre dans la cellule fongique et comme il est soluble dans les lipides, pénètre et brise la membrane, provoquant la perte d'eau et donc la destruction de ladite cellule par déshydratation. Là encore le soufre voit son activité conditionnée par la température, par le taux 10 d'humidité et par sa granulométrie puisque le soufre exerce son action en se sublimant c'est-à-dire en passant directement de l'état solide à l'état gazeux Trop d'humidité et une température trop basse réduisent l'efficacité. Au-delà de 28°C, le soufre devient même phytotoxique. On connaît le soufre sous différentes formes granulométriques de 5 à 14 lm 15 lorsqu'il est obtenu par distillation, de 15 à 150 lm par broyage ou encore sous forme colloïdale par procédé chimique. bans tous les cas, l'efficacité du soufre est liée à un contact intime avec les cellules des parasites. Il serait donc intéressant de pouvoir véhiculer ces molécules grâce à un vecteur 20 au plus près des lieux d'attaque des parasites, cryptogames et autres bactéries. Ceci permettrait aussi de diminuer de façon très importante les quantités de métal consommées et les quantités de soufre nécessaires. Le problème de la rémanence serait résolu et l'application de tels composés serait possible en agriculture biologique. 25 La présente invention propose de recourir à l'hydroxyapatite comme vecteur. L'hydroxyapatite est bien connue de l'art antérieur mais sous différentes formes et pour différentes applications.
C'est ainsi que la demande de brevet EP 2 029 480 décrit l'utilisation de l'hydroxyapatite pour des applications dentaires, hygiène buccale ou reconstitution dentaire, sous forme de nanoparticules biologiquement actives à base d' hydroxyapatite non stoechiométrique avec un carbonate substitué ayant un degré de cristallinité CD et un ratio AR (longueur/largeur) donné. L'hydroxyapatite de synthèse constitue un excellent biomatériau pour des applications biomédicales notamment pour la reconstitution osseuse. L'hydroxyapatite et l'hydroxyapatite substituée de synthèse peuvent être produites par différents procédés, par voie humide, hydro thermique, électrochimique, sol-gel ou synthèse à l'état solide. L'hydroxyapatite se présente sous différentes formes stoechiométriques, morphologiques et cristallines. Or la modification de la surface chimique affecte de façon cruciale les propriétés biologiques de l'hydroxyapatite et doit permettre de recourir à des 15 nanoparticules destinées à être utilisées comme vecteurs de molécules bioactives. L'hydroxyapatite présente de fortes capacités de liaisons avec un très grand nombre de molécules. Le but de la présente invention est de déterminer un vecteur à base 20 d' hydroxyapatite sous forme nanocristalline qui a pour fonction de délivrer des ions notamment métalliques pour des applications dans l'agriculture à des visées antibactériennes, antifongiques et antiparasitaires avec des propriétés contrôlées de relargage. La présente invention vise aussi une composition incluant un tel vecteur pour 25 traiter les végétaux et plus particulièrement la vigne. Selon la présente invention, il est proposé des particules d' hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate ayant la formule suivante : Ca(io)(PO4)(6-y)(CO3)y(OH)2 dans laquelle y est un nombre compris entre 0,002 et 0,030. Le degré de cristallinité est défini par la formule dite de Landi et al (J.Eur. Ceram. Soc., 2000, 20, 2377-2387): Cb= (1-X/Y)*100 Avec : - Y = la hauteur de la diffraction maximale à 26 = 330 - X = la hauteur de la diffraction background à 26 = 33° d'un diagramme de diffraction de particules de Rayons X. L'hydroxyapatite substituée, selon l'invention, présente un degré de cristallinité 10 CD compris entre 25 et 40%. Les nanoparticules retenues ont une taille inférieure à 2 lm, de préférence comprise entre 0,3 et 0,9 lm. Ces nanoparticules peuvent constituer des agrégats ou "clusters" de nanoparticules ayant une taille comprise entre 0,6 et 8 lm plus particulièrement 15 entre 0,6 et 2 lm. L'ion carbonate de substitution peut occuper deux sites dans l'hydroxyapatite d'origine naturelle : - Site A substitution de l'ion hydroxyle OH, et/ou - Site B substitution de l'ion phosphate P043- 20 bans l'hydroxyapatite d'origine naturelle, le pourcentage substitué en carbonate est compris entre 1 et 3 % en poids. be plus, l'hydroxyapatite d'origine naturelle, sur cette faible quantité substituée, il se trouve que le ratio site A/site B est compris entre 0,4 et 0,6. L'hydroxyapatite selon l'invention comprend de 1 à 20%, voire de 5 à 15% en 25 poids de l'hydroxyapatite substituée par un ion carbonate du total de la structure de l'hydroxyapatite. be plus, dans la structure d' hydroxyapatite retenue pour la présente invention, la substitution est de préférence sur le site B.
Le ratio substitution sur le site A / substitution sur le site B est compris entre 0,10 et 0,60 et de façon encore plus- préférentielle le ratio est compris entre 0,20 et 0,40. De plus, I' hydroxyapatite selon l'invention présente un taux de substitution par un ion carbonate important puisque la substitution en ions carbonate sur le site B est supérieure ou égale à 55% en poids, voire préférentiellement comprise entre 90 et 100% en poids, du poids total de carbonate présent dans I' hydroxyapatite. Ces paramètres de substitution de l'ion carbonate en site B sont très importants car ils permettent à toute la structure de l'hydroxyapatite d'augmenter sa 10 solubilité dans un environnement biologique. L'hydroxyapatite selon la présente invention présente une surface développée comprise entre 60 et 90 m2/9, plus particulièrement entre 70 et 80 m2/9. Le pH est avantageusement compris entre 6,0 et 8,0 , préférentiellement entre 6,5 et 7,5. 15 L'hydroxyapatite ainsi déterminée, sous forme de cristaux, est ensuite fonctionnalisée en surface avec des ions Cuivre et du Soufre, ce qui les rend beaucoup plus actifs et efficaces, comparé MX ions cuivre ou au soufre utilisés tels quels. La particule d'hydroxyapatite peut également être fonctionnalisée par au moins un ion sulfate. 20 La fonctionnalisation de I hydroxyapatite est obtenue à partir : Pour le cuivre de : Sulfate (II) pentahydrate, chlorure de cuivre, oxychlorure de cuivre, hydroxyde de cuivre, oxyde de cuivre ou un mélange de ces composés. - Pour le soufre de : soufre soluble, soufre micronisé, soufre atomisé ou un 25 mélange de ces composés. Cette fonctionnalisation permet è la particule d' hyclroxyapatite de délivrer le soufre et le cuivre selon le mécanisme de "drug delivery" suivant.
L'agrégat de phosphate de calcium cristallisé présente une zone interne purement cristalline et une zone périphérique extérieure avec des charges électriques qui ne sont pas complètement neutres, ce qui permet de retenir les molécules fonctionnelles de soufre et de cuivre. Ces agrégats constituant l'hydroxyapatite sont absorbés après dépat par exemple par pulvérisation, puis véhiculés dans les espaces intercellulaires des plantes traitées. Les molécules fonctionnelles sont ensuite libérées par hydrolyse à proximité des organismes cibles que sont les champignons et bactéries. 10 On constate donc que les molécules fonctionnelles peuvent agir lors de la pulvérisation en surface mais aussi en profondeur au coeur des tissus végétaux traités. Les particules d'hydroxyapatite peuvent être intégrées dans des compositions comprenant entre 5 et 70 % en poids de particules, notamment entre 6 et 60 %. Exemple 1 de fabrication L'hydroxyapatite est synthétisée en mélangeant de l'acide phosphorique à une 15 composition comprenant de l'hydroxyde de calcium et du carbonate de calcium préalablement dispersés dans un aliquot adapté d'eau. La réaction requiert environ 12 à 48 heures, plus particulièrement environ 15 à 30 heures. On ajoute ensuite à-Itt suspension de microcristaux une solution de sulfate (1,1) 20 pentahydrate et du chlorure de cuivre préalablement dissous dans une quantité adaptée d'eau. Une fois ces deux solutions associées, elles sont mélangées pour permettre une parfaite fonctionnarisation des cristaux inorganiques par les ions cuivre. La réaction de fonctionnarisation par la solution de cuivre prend environ 12 à 72 25 heures, plus particulièrement de 24 à 60 heures.
Exemple 2 de fabrication hydroxyapatite est synthétisée en mélangeant de l'acide phosphorique à une composition comprenant de hydroxyde de calcium et du carbonate de calcium préalablement dispersés dans un aliquot adapté d'eau. La réaction requiert environ 12 à 48 heures, plus particulièrement environ 15 à 30 heures. On ajoute ensuite à la suspension de microcristaux, une suspension de soufre et de soufre micronisé dispersée dans un volume d'eau adapté. Une fois ces deux solutions associées, elles sont mélangées pour permettre une 10 parfaite fonctionnalisation des cristaux inorganiques par les ions soufre. La réaction requiert environ 2 à 10 heures, plus particulièrement environ 4 à 6 heures. Une composition à base de soufre peut comprendre la formulation suivante : Hydroxyapatite soufrée 60% 15 Eau distillée 32,9% Gomme Xanthane 1% Glycérine 4% Acide benzoïque 2% Une composition à base de cuivre peut comprendre la formulation suivante : 20 HYdroxyapatite cuivrée 10% - Eau distillée 78% - Gomme Xanthane 1% - Glycérine 4% Acide benzoïque 1,5% Une autre composition peut comprendre un mélange des deux précédentes compositions.
L'utilisation des compositions, appliquées à l'hectare, sont à adapter en fonction des conditions climatiques rencontrées, de la saison, des stratégies de protection et de nutrition du terroir mais de façon générale, la quantité d'eau utilisée est de l'ordre de 2001/ha, avec une concentration variable, formulée de 2,5 à 5% en particules d'hydroxyapatite selon la présente invention. L'invention vise ainsi l'utilisation d'au moins une particule d'hydroxyapatite substituée par GU moins un ion carbonate ou d'une composition en contenant, comme vecteur d'ions métalliques et/ou de molécules antibactériennes et/ou antifongiques et/ou anti-parasites et/ou d'un principe actif phytosanitaire dans 10 des végétaux, notamment dans la vigne. Une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate peut être utilisée dans une composition pour traiter des végétaux, notamment dans une composition pour traiter la vigne. Cette particule d'hydroxyapatite peut être une nanoparticule ou une 15 microparticule.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS1. Utilisation d'au moins une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate ou d'une composition en contenant, comme vecteur d'ions métalliques et/ou de molécules antibactériennes et/ou antifongiques et/ou antiparasites et/ou d'un principe actif phytosanitaire dans des végétaux.
  2. 2. Utilisation d'au moins une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate ou d'une composition en contenant selon la revendication 1, comme vecteur d'ions métalliques et/ou de molécules antibactériennes et/ou antifongiques et/ou anti-parasites et/ou d'un principe actif phytosanitaire dans Ici vigne.
  3. 3. Utilisation d'au moins une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate dans une composition pour traiter des végétaux.
  4. 4. Utilisation d'au moins une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate dans une composition pour traiter la vigne.
  5. 5. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la 15 particule d'hydroxyapatite est une nanoparticule ou une microparticule.
  6. 6. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est une particule d'hydroxyapatite substituée par au moins un ion carbonate - répondant è la formule : 20 Ca(10)(PO4)(6_)(CO3)y(OH)2 dans laquelle y est un nombre compris entre 0,002 et 0,030, et - présentant un degré de cristallinité compris entre 25 et 40%.
  7. 7. Utilisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est une nanoparticule de taille inférieure à 2 prn. 25
  8. 8. Utilisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est une nanoparticule de taille comprise entre 0,3 et 0,9 PM. 3013 1 82 11
  9. 9. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est un agrégat de nanoparticules appelé microparticules, de taille comprise entre 0,6 et 8 pm.
  10. 10 Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est une microparticule de taille comprise entre 0,6 et 2 PM.
  11. 11. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite comprend entre 1 et 20% en poids de carbonate substitué dans la structure hydroxyapatite.
  12. 12 Utilisation selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que la 10 particule d'hydroxyapatite comprend entre 5 et 15% en poids de carbonate substitué dans la structure hydroxyapatite.
  13. 13. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite présente un ratio A/B entre une substitution du carbonate sur le site hydroxyle (A) et une substitution du carbonate sur le site 15 phosphate (B) de rhydroxyapatite, compris entre 0,1 et 0,6.
  14. 14. Utilisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que le ratio A/B est compris entre 0,2 et 0,4.
  15. 15. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce qu'au moins 55% en poids des carbonates présents dans rhydroxyapatite, sont 20 substitués sur le site phosphate (B) de rhydroxyapatite.
  16. 16. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 12,. caractérisée en ce qu'entre 90% et 100% en poids des carbonates présents dans rhydroxyapatite, sont substitués sur le site phosphate (8) de rhydroxyapatite.
  17. 17. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 16, caractérisée en ce que la 25 particule d'hydroxyapatite présente une surface développée comprise entre 60 et 90 m2/g.18. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 17, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite présente une surface développée comprise entre 70 et 80 m2/g. 19. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 18, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est fonctionnalisée par au moins un ion cuivre. 20. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 19, caractérisée en ce que la particule d'hydroxyapatite est fonctionnalisée par au moins un ion sulfate. 21 Utilisation selon l'une des revendications 6 à 20, caractérisée en ce que les particules d'hydroxyapatite substituées par au moins un ion carbonate sont 10 contenues dans une composition comprenant entre 5 et 70% en poids de particules d'hydroxyapatite. 22. Utilisation selon l'une des revendications 6 a 20, caractérisée en ce que les particules d'hydroxyapatite substituées par au moins un ion carbonate sont contenues dans une composition comprenant entre 6 et 60% en poids de 15 particules d'hydroxyapatite. 23. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 20, caractérisée en ce que les particules d'hydroxyapatite substituées par au moins un ion carbonate sont contenues dans une composition se présentant sous la formulation suivante à base de soufre : 20 Hydroxyapatite soufrée 60% Eau distillée 32,9% Gomme Xanthane 1% Glycérine 4% - Acide benzoïque 2% 2"g 24. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 20, caractérisée en ce que les particules d'hydroxyapatite substituées par au moins un ion carbonate sont contenues dans une composition se présentant sous la formulation suivante à base de cuivre :Hydroxyapatite cuivrée 10% Eau distillée 78% - Gomme Xanthane 1% - Glycérine 4% - Acide benzoïque 1,5% 25. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 20, caractérisée en ce que les particules d'hydroxyapatite substituées par au moins un ion carbonate sont contenues dans une composition comprenant un mélange des deux compositions selon les revendications 23 et 24.
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