UTILISATION D'ACIDE HYALURONIQUE POUR LES AFFECTIONS RESPIRATOIRES DES VOIES AERIENNES SUPERIEURES.
La présente invention a pour objet des utilisations pharmaceutiques de l'acide hyaluronique présentant une activité thérapeutique vis-à-vis notamment des affections respiratoires des voies aériennes supérieures. Par acide hyaluronique on entend aussi ses sels pharmaceutiques acceptables, tels que ceux de potassium, magnésium, sodium.
L'intégrité de Pépithélium de la muqueuse respiratoire tapissant l'arbre trachéo-bronchique dépend d'un équilibre entre les facteurs d'agression et les nombreux mécanismes de défense dont cet épithélium dispose. Ces mécanismes comprennent une première ligne de défense constituée par du mucus et le système mucociliaire et une seconde ligne de défense constituée par les complexes jonctionnels des cellules épithéliales qui forment une barrière physique vis-à-vis des aérocontaminants.
Le mucus forme à la surface des cellules épithéliales respiratoires un film protecteur mobilisé par l'activité ciliaire. L'efficacité d'un tel système dépend non seulement des propriétés de viscosité du mucus mais aussi des forces interfaciales muqueuse-mucus et/ou air-mucus. Les propriétés de surface sont donc extrêmement importantes à considérer et à préserver dans les mécanismes de protection de la muqueuse respiratoire.
Au cours des phénomènes inflammatoires bronchiques, aigus ou chroniques, la muqueuse bronchique et le mucus sont exposés à de multiples agressions telles que celles provoquées par des protéases d'origine bactérienne et d'origine inflammatoire qui entraînent une modification des propriétés hydriques du mucus liée à une absorption accrue de l'eau extracellulaire, une fréquente exfoliation des cellules épithéliales et une modification de la composition biochimique du mucus.
Dans le but de se protéger de l'action délétère des agents pathogènes et de la réaction inflammatoire, la muqueuse respiratoire réagit en augmentant la sécrétion de mucus. Cette hypersécrétion s'accompagne fréquemment d'une hyperviscosité et d'une modification des propriétés d'adhérence du mucus : ceci a notamment pour conséquence une diminution de l'épuration muco-ciliaire et une stase du mucus qui provoque une obstruction bronchique et des troubles de la fonction respiratoire.
Jusqu'à présent, les thérapeutiques visant à corriger l'hypersécrétion du mucus et ses anomalies physico-chimiques se sont développées en partant du concept que l'hypersécrétion et l'obstruction bronchique étaient liées à une hyperviscosité. Ceci a donné naissance à la mise au point et la mise sur le marché de très nombreuses molécules à activité mucolytique afin de normaliser l'hyperviscosité du mucus.
En fait, au cours des infections respiratoires, les sécrétions adhèrent fortement à la muqueuse respiratoire et leur élimination n'est que rarement améliorée par la simple prescription d'un agent mucolytique. En partant de cette observation, il est apparu que les problèmes de déshydratation et de lubrification étaient à considérer en priorité et que la protection de la muqueuse respiratoire, de même que l'efficacité du transport du mucus étaient conditionnées par les propriétés d'interface mucus-muqueuse respiratoire (Zahm JM et al, Biorheology 1989, 26: 747-752). Une altération de l'efficacité du transport mucociliaire, en relation avec l'inhalation de nombreux agents infectieux ou non infectieux (pollution atmosphérique ou professionnelle), peut induire une altération de l'intégrité de la barrière epitheliale et entraîner des lésions plus ou moins importantes de l'épithélium respiratoire. Ces lésions peuvent aller depuis la perte de la jonctionnalité de la barrière epitheliale jusqu'à une desquamation epitheliale complète.
La réparation de la surface de l'épithélium respiratoire après une lésion est, dans un premier temps, dépendante de l'étalement et de la migration des cellules autour de la zone lésée (Zahm et al, Am J Respir Cell Mol Biol 1991 , 5 :242-248 ; Hérard et al, Am J Respir Cell Mol Biol 1996, 15 : 624-632). Parmi les facteurs favorisant la migration des cellules au cours du processus de ré-épithélialisation, il a pu être montré que certaines protéines de la matrice extracellulaire (fibronectine) et des facteurs de croissance [facteur de croissance épidermique (epidermal growth factor), facteur de croissance d'hépatocytes (hepatocyte growth factor)] étaient capables de stimuler la migration des cellules et par conséquent de favoriser la ré-épithélialisation de la muqueuse respiratoire (Zahm et al, Wound Rep Reg 1993, 1 : 175-180 ; Hérard et al, Am J Physiol 1996, 271 ±726-733 ; Zahm et al, J Cell Physiol, 2000, 185 : 447-453). L'utilisation de molécules pouvant jouer ce rôle régénérant constitue donc un atout majeur dans le rétablissement de la fonction de barrière de la muqueuse respiratoire.
Aussi, un des buts de la présente invention est-il de modifier les propriétés de surface du mucus respiratoire afin de favoriser son transport par l'activité ciliaire et/ou par la toux.
Un autre but de l'invention est de permettre la réparation de l'épithélium respiratoire.
Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par l'utilisation d'une composition pharmaceutique ou destinée à l'hygiène contenant de l'acide hyaluronique, en association avec tout autre excipient approprié et présentant une activité thérapeutique vis-à-vis notamment des affections respiratoires des voies aériennes supérieures notamment de la muqueuse nasale, laquelle composition comprenant de l'acide hyaluronique d'un poids moléculaire d'au plus 105 Da.
De préférence, l'acide hyaluronique présente un poids moléculaire d'au plus 5.104 Da. Avantageusement, la concentration en acide hyaluronique dans la composition est comprise entre 0,01 et 10 mg/ml.
De préférence, l'acide hyaluronique utilisé est d'origine animale ou biotechnologique ; il est avantageusement hydrolyse par voie chimique ou enzymatique pour obtenir un poids moléculaire d'au plus 105 Daltons. Pour produire de l'acide hyaluronique d'un poids moléculaire conforme à la présente invention, on réalise l'hydrolyse acide à chaud d'un acide hyaluronique d'origine animale (crête de coq, cordon ombilical) ou obtenu par voie biotechnologique par fermentation de substrats d'origine végétale par une bactérie dérivée d'une souche de référence NCDO (national collection of dairy organism) 2733. Le poids moléculaire de ces acides hyaluroniques sont généralement compris entre 5.000.000 Da et 500.000 Da.
Avantageusement, notre procédé permet d'hydrolyser ces acides hyaluroniques pour obtenir un polymère présentant les activités biologiques décrites dans l'invention et un poids moléculaire compris entre 10.000 Da et 49.000 Da. a) pour préparer un acide hyaluronique hydrolyse :
• on dissout dans de l'eau à une température comprise entre 10°C et 80°C, l'acide hyaluronique à une concentration comprise entre 1 et 20 g/L, • on ajuste le pH de la solution aqueuse à des pH compris entre 1 et 3 par l'ajout d'un acide fort,
• on utilise de préférence une quantité d'acide chlorhydrique permettant de porter le pH à 1 ,8 ,
• la durée de l'hydrolyse est comprise entre 60 et 540 minutes, « la viscosité de la solution en fin d'hydrolyse est comprise entre (Rhéomètre TA instrument, géométrie cône acier de 60 mm angle 4°, température d'analyse 50°C, gamme de contraintes de cisaillement de 0,1 à 10 s"1),
• on ajuste le pH de la solution d'acide hyaluronique hydrolyse entre 5 et 7 par l'ajout d'une base forte,
• on utilise de préférence une quantité d'hydroxyde de sodium permettant de porter le pH à 6,5 ,
• on refroidit la solution d'acide hyaluronique hydrolyse à température ambiante par refroidissement du réacteur ou par passage à travers un échangeur de chaleur,
• on concentre la solution d'acide hyaluronique hydrolyse par passage dans un évaporateur sous vide à flux tombant pour obtenir un facteur de concentration volumique compris entre 2 et 15, • on ajuste la concentration en chlorure de sodium à 35g/L par ajout de NaCI cristallin,
• on ajoute un 1er solvant pour obtenir un 1er précipité,
• on utilise preferentiellement de l'éthanol présentant un titre alcoolique volumétrique de 96°, • le titre alcoolique volumétrique du mélange est compris entre 45° et 60°,
• après décantation de l'acide hyaluronique on élimine le surnageant,
• on ajoute ensuite un deuxième solvant et on obtient un 2eme précipité,
• on utilise preferentiellement de l'éthanol présentant un titre alcoolique volumétrique de 96e,
• le titre alcoolique volumétrique du mélange est compris entre 60° et 85°, • après décantation de l'acide hyaluronique on élimine le surnageant,
on ajoute ensuite un troisième solvant et on obtient un
3eme précipité, on utilise preferentiellement de l'éthanol présentant un titre alcoolique volumétrique de 96°, le titre alcoolique volumétrique du mélange est compris entre 85° et 96°, après décantation de l'acide hyaluronique on élimine le surnageant, on ajoute ensuite un quatrième solvant et on obtient un
4eme précipité, on utilise preferentiellement de l'éthanol présentant un titre alcoolique volumétrique de 99,9°, le titre alcoolique volumétrique de la solution contenant l'acide hyaluronique hydrolyse est compris entre 96 et
99,9°, on filtre la solution alcoolique contenant l'acide hyaluronique hydrolyse sur média, on sèche sous vide à une température comprise entre
30°C et 60°C, on sèche preferentiellement la poudre à 45°C sous un vide de 900 mbar.
La durée de séchage est comprise entre 2 et 10 heures et preferentiellement 6 heures. L'acide hyaluronique ainsi obtenu présente un poids moléculaire compris entre 10.000 Da et 49.000 Daltons et les propriétés physicochimiques suivantes :
Tableau
L'acide hyaluronique, polysaccharide de haut poids moléculaire, est distribué ubiquitairement dans les espaces extracellulaires. Parmi ses fonctions biologiques, grâce aux propriétés physico-chimiques qu'il possède, l'acide hyaluronique semblerait être impliqué dans l'homéostasie hydrique et dans la lubrification des tissus (TC Laurent and JR Fraser. Faseb J. 6 1992, 6, 2397-2404). Au niveau pulmonaire, l'acide hyaluronique a été localisé dans la membrane baso-latérale des cellules épithéliales bronchiques (SJ Green et al, J. Cell Sci. 1988, 89, 145-156)
Il a été mis en évidence par les inventeurs le rôle de l'acide hyaluronique dans les modifications des propriétés de surface du mucus respiratoire et dans sa capacité à favoriser la réparation de l'épithélium respiratoire.
Pour ce qui concerne la modification des propriétés de surface du mucus respiratoire, trois solutions d'acide hyaluronique d'origine biotechnologique et de poids moléculaire différent (106 Da, 8 x 104 Da et 4 x 104 Da) ont été étudiées dans une solution aqueuse à une concentration de 0,1% en poids, selon le protocole ci-dessous.
Pour produire de l'acide hyaluronique d'un poids moléculaire conforme à la présente invention, on réalise une hydrolyse d'un acide hyaluronique du commerce, qui, jusqu'à présent, est d'origine animale (crête de coq, cordon ombilical) ou a été obtenu par voie fermentaire à partir de substrats d'origine végétale. Le poids moléculaire d'un tel acide hyaluronique est en général compris entre 20.000 et 50.000 Da. Cette hydrolyse est réalisée en dissolvant cet acide hyaluronique du commerce dans de l'eau jusqu'à obtenir une solution à 10 g/1 d'acide hyaluronique.
Puis, on ajoute à cette solution de l'acide chlorhydrique pour obtenir un pH compris entre 1 et 2, de préférence de l'ordre de 1 ,8. On chauffe à une température d'environ 80°C sous agitation et ce jusqu'à ce que la viscosité de la solution n'évolue plus. On ajuste le pH à une valeur de 6,5 par un ajout de soude avant de précipiter l'acide hyaluronique hydrolyse selon la succession d'étapes ci-après : - on ajoute du chlorure de sodium (Na Cl) de façon à obtenir une concentration de 35 g/1 de chlorure de sodium ;
- on ajoute sous agitation de l'éthanol 96° jusqu'à l'obtention d'un titre alcoolique final compris entre 50° et 60° ;
- on laisse décanter et on élimine le surnageant qui ne comprend pas d'acide hyaluronique ;
- on lave le précipité ainsi obtenu, pour le remettre en suspension, avec un volume correspondant à celui de la solution d'acide hyaluronique hydrolyse (1 litre pour 1 litre) avec un mélange alcool- eau à 70° ; puis on laisse décanter et on élimine le surnageant ; - on remet en solution le précipité obtenu comme décrit à l'étape précédente mais avec un mélange éthanol-eau à 85° ; puis on laisse décanter et on élimine le surnageant ;
- on répète cette opération avec un mélange éthanol-eau à 96° ;
- on élimine l'éthanol par filtration et on sèche l'acide hyaluronique à l'étuve sous vide à 40°C pendant 6 heures.
L'acide hyaluronique, ainsi obtenu présente un poids moléculaire d'environ 30.000 Daltons.
Douze échantillons de mucus respiratoire lyophilisés, provenant de patients bronchitiques chroniques, ont été reconstitués à différentes concentrations dans l'eau. Le travail d'adhésion des échantillons de mucus a été déterminé, en présence ou non d'acide hyaluronique, à partir de la
mesure de la tension de surface et de l'angle de contact du mucus, selon des techniques développées par les inventeurs (Zahm JM et al, Biorheology 1989, 26: 747-752.) Un modèle expérimental a permis de simuler in vitro le phénomène de toux (M King et al, J. Appl. Physiol., 1985, 58, 1776-1782). L'échantillon de mucus, déposé sur un support, est transporté par un débit d'air instantané. La solution d'acide hyaluronique est placée à l'interface entre le mucus et le support. Le transport du mucus par la toux simulée correspond à la distance parcourue par l'échantillon sous l'effet du débit d'air. Le palais de grenouille, ayant une muqueuse comparable à la muqueuse respiratoire humaine, a été utilisé pour quantifier la capacité de transport du mucus respiratoire (E. Puchelle et al, Eur. J. Respir. Dis. 1983, 64, 293-303). Les échantillons de mucus, contenant ou non de l'acide hyaluronique, sont déposés sur la muqueuse du palais de grenouille et la vitesse de transport de ces mucus est mesurée. II a été ainsi constaté que l'acide hyaluronique induit une diminution du travail d'adhésion du mucus respiratoire. En présence d'acide hyaluronique de poids moléculaire (PM) égal à 8 x 104 et 4 x 104 Da, cette diminution est significative (p<0,01 ) : elle est de 7,1 % et de 10,6 %, respectivement.
Le transport mucociliaire du mucus respiratoire est augmenté significativement (p<0,001 ) par l'acide hyaluronique de PM 106 (+ 48,6 %), de PM 8x104 (+ 59,7 %), et de PM 4x104 (+70,8 %).
Le transport du mucus respiratoire par la toux est augmenté significativement (p<0,002) en présence d'acide hyaluronique de PM 106 (+ 20,1 %), de PM 8x104 (+ 31 ,7 %), et de PM 4x104 (+ 39,7 %). L'acide hyaluronique, par son action lubrifiante, améliore donc le transport du mucus respiratoire par l'activité ciliaire et par la toux. Cette action lubrifiante est d'autant plus efficace que le poids moléculaire de l'acide hyaluronique est faible.
Le rôle potentiel de l'acide hyaluronique sur la réparation cellulaire a été analysé à partir de l'acide hyaluronique de PM 4x104 en solution dans un milieu de culture à 3 concentrations différentes : 0,01 , 0,1 et 1 mg/ml. Un modèle in vitro de réparation de l'épithélium respiratoire a été utilisé : des explants d'épithélium respiratoire issus de polypes nasaux humains ont été mis en culture sur une matrice de collagene selon une technique décrite par Chevillard et al (Cell Tissue Research 1991 , 264 :49-55). Après 3 jours de culture, des enregistrements en vidéo-microscopie de la croissances cellulaire
formée à la périphérie des explants ont été effectués toutes les 24 heures pendant 3 jours. La mesure de l'évolution de la surface de la croissance en fonction des jours de culture a permis de calculer un index de croissance, exprimé en mm2/j. L'index de croissance des explants témoins, mesuré en absence d'acide hyaluronique, est de 0,9 ± 0,4 mm2/j.
L'index de croissance est significativement augmenté (p < 0,01 ) en présence de 0,01 mg/ml d'acide hyaluronique (1 ,7 ± 0,5 mm2/j), de 0,1 mg/ml d'acide hyaluronique (2,2 ± 0,9 mm2/j) et 1 mg/ml d'acide hyaluronique (1 ,9 ± 0,9 mm2/j) par rapport au contrôle sans acide hyaluronique.
Le modèle de réparation utilisé étant essentiellement caractérisé par une migration des cellules depuis l'expiant, il en est donc déduit que la présence d'acide hyaluronique dans le milieu de culture favorise la migration des cellules épithéliales respiratoires d'une façon dose-dépendante. On a effectué aussi les essais suivants
Le rôle de l'acide hyaluronique sur la régénération cellulaire a été analysé à partir de l'acide hyaluronique en solution dans du milieu de culture à 4 concentrations différentes : 0.01 , 0.1 , 1 et 5 mg/ml et comparé à des conditions témoins sans acide hyaluronique. Un modèle in vitro de régénération de l'épithélium nasal a été utilisé : des explants d'épithélium respiratoire issus de polypes nasaux humains ont été mis en culture sur une matrice de collagene I selon une technique décrite par Chevillard et al (Cell Tissue Research 1991 , 264 :49-55) dans du milieu de culture. Après 3 jours de culture, le milieu de culture est également supplémenté avec les concentrations prédéfinies d'acide hyaluronique. Des enregistrements en vidéomicroscopie de la croissances cellulaire formée à la périphérie des explants ont été effectués toutes les 24 h pendant 3 jours. La mesure de la surface de la croissance en fonction du temps de culture (24, 48 et 72h) a permis de calculer un pourcentage de variation de la surface de la croissance cellulaire en fonction des différentes concentrations en acide hyaluronique.
Cinq explants ont été testés pour chaque condition de concentration en acide hyaluronique et une analyse de variance à un facteur a été utilisée pour interpréter les résultats d'un point de vue statistique. Les résultats obtenus sont représentés sur la figure 1. On observe une augmentation significative (p<0,001 ) de la croissance cellulaire lorsque les cellules sont incubées avec de l'acide hyaluronique.
L'augmentation est maximale (p<0,001 ) pour la concentration de 0,01 mg/ml d'acide hyaluronique, par rapport au témoin sans acide hyaluronique. Pour les concentrations d'acide hyaluronique variant de 0,1 à 5 mg/ml, on observe une diminution progressive de la surface de la croissance cellulaire, mais cette surface reste néanmoins significativement supérieure à la surface du témoin sans acide hyaluronique(p<0,01 ).
En conclusion, l'acide hyaluronique est capable de régénérer de l'épithélium respiratoire.
Chez les patients dont l'épithélium respiratoire est altéré par diverses pathologies (asthme, mucoviscidose, broncho-pneumopathies obstructives chroniques, infections ou inflammations bronchiques ou ORL), le mucus est fréquemment déshydraté et devient adhérant, d'une part, et l'intégrité de la barrière epitheliale peut être altérée, d'autre part. Au cours de ces pathologies, la clairance du mucus par l'activité ciliaire est diminuée et la clairance par la toux dont l'efficacité est directement dépendante des propriétés d'adhésivité du mucus, représente le principal mode d'élimination du mucus hors des voies respiratoires. De plus, la restauration de l'intégrité de la barrière epitheliale représente un enjeu important dans la fonction de protection de l'épithélium respiratoire. L'acide hyaluronique est donc un agent de traitement potentiel de toutes les affections respiratoires des voies aériennes supérieures notamment de la muqueuse nasale, où il existe une hyper-adhésivité du mucus et/ou des lésions épithéliales: rhinites inflammatoires, infectieuses ou allergiques, bronchites inflammatoires aiguës (infectieuses, allergiques ou toxiques) ou chroniques, bronchiectasies, mucoviscidose.
L'acide hyaluronique, en association avec tout excipient approprié, peut donc être utilisée pour le traitement de ces affections. Il peut être administrée par instillations ou sous forme de sprays pour les affections du domaine oto-rhino-laryngologique ; il peut l'être sous forme de sprays ou par nébulisation pour les pathologies bronchiques.
La composition contient l'acide hyaluronique en solution dans des solvants (eau ou sérum physiologique).
L'invention a pour objet la prévention et le traitement des altérations des voies aériennes supérieures (muqueuse nasale) dans les maladies respiratoires comme la mucoviscidose et les bronchiolites, ainsi que le traitement de l'inflammation et de l'infection des voies aériennes supérieures.
L'acide hyaluronique ayant un poids moléculaire inférieur à 40 kDa et une concentration de 0.1 mg/ml dans une solution saline physiologique (NaCI 9%o) est administré en une dose pharmaceutique efficace au niveau nasal sous la forme d'une instillation (3/jour) à partir d'une solution (2 ml) préparée dans un flacon monodose équipé d'un embout ayant une géométrie adaptée à la cavité nasale de nouveau-nés, d'enfants ou d'adultes. La posologie quotidienne est comprise entre 2 et 10 ml pour une solution et de 0.2 à 10 mg d'acide hyaluronique pour un spray.
L'administration peut également s'effectuer à l'aide d'un flacon pressurisé (pour les patients adultes), utilisant une formulation identique à celle décrite ci-dessus.
On donne ci-dessous un exemple de composition d'un spray nasal destiné au traitement prophylactique de la muqueuse nasale :
Acide hyaluronique 0,001 % - 1%
Solubilisant (ex : : twen 20) 0,5% - 1 %
Huiles essentielles (ex : menthe) 0,05%
Glycérine 1 % - 5%
Conservateur QS
Colorant QS
Eau PPI Qsp 100 pH : 6 - 7
Viscosité : < 100 cps
Le mode d'administration de cette solution est un dispositif médical destiné à l'administration d'une solution au niveau de la muqueuse nasale via l'utilisation d'un gaz vecteur ou par action mécanique.
La colonisation bactérienne des voies aériennes respiratoires supérieures (notamment au niveau nasal) peut prédisposer à la colonisation des voies aériennes bronchiques, en particulier dans des pathologies respiratoires graves du nourrisson comme la mucoviscidose et les bronchiolites.
L'élimination du portage nasal de bactéries comme Staphyloccus aureus réduit l'incidence des infections bactériennes. L'augmentation du transport muco-ciliaire nasal grâce à l'acide évite la colonisation bactérienne au niveau nasal (réservoir de bactéries) et prévient l'infection au niveau bronchique.