ETUDE DE QUELQUES PROPRIETES RHEOLOGIQUES DE GELS THERMOGELIFIANTS DE POLOXAMER 407 ET D’AMIDON DE PATATE DOUCE (IPOMOEA BATATAS)

Ismaël L Dally, Alain N’Guessan, Sandrine A Any-Grah, José A Lia, Awa Tuo, Clemence N’Guessan, Armand A Koffi.
Laboratoire de Pharmacie galénique, UFR des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques,
Université Félix Houphouët-Boigny, Abidjan, Côte d’Ivoire

Auteur correspondant : Alain N’Guessan, Laboratoire de Pharmacie galénique, UFR des Sciences Pharmaceutiques
et Biologiques, Université Félix Houphouët-Boigny, Abidjan, Côte d’Ivoire, Courriel : al.ngues@gmail.com, Tel :
+225 77 97 72 55.

BmoVol1849 21- 49 56

1 fichier·s 909.73 KB

Télécharger

Résumé

Introduction : L’amidon est une substance organique douée de propriétés hygrothermiques et mucoadhésives réversibles, limitant ainsi son utilisation en thérapeutique. Afin d’améliorer ses propriétés rhéologiques, l’une des solutions serait de l’associer à d’autres substances telles que le poloxamer 407 (P407). Cette étude a donc pour objectif de formuler un gel mixte thermogélifiant composé d’amidon de patate douce et de poloxamer 407 et d’en étudier les
propriétés rhéologiques.

Méthodes : Après avoir extrait l’amidon de patate douce, celui-ci a été utilisé pour la préparation de 2 séries de gels. La 1ère série (G0 à G10) a consisté à associer différentes concentrations d’empois d’amidon (0 à 10%, m/m) au P407 à 20% (m/m). Quant à la 2e série (G11 à G13), elle est constituée de quantités croissantes de glycérolé d’amidon (2,5 g, 5 g et 10 g) associés au P407. Les gels obtenus ont fait l’objet de caractérisations physicochimiques afin de déterminer les gels les plus stables et présentant de bonnes propriétés rhéologiques.

Résultats : Dans la 1ère série, seul le gel G0 a montré une bonne stabilité visuelle, tandis que toutes les autres préparations (G1 à G10) étaient instables. Dans la 2e série, également seul le gel G11 a montré une meilleure stabilité visuelle. Sur le plan microscopique, les grains d’amidon ont présenté en lumière polarisée, une biréfringence en croix de malte dont les branches se rejoignent au niveau du hile. Le pH des gels est de 6,7 en moyenne. L’analyse graphique de la viscosité en fonction de la température a permis de mettre en évidence 2 profils. Le 1er profil, constitué des gels G0 et G11, a donné des courbes en 3 parties et le 2e profil, constitué des gels G12 et G13 n’ont présenté aucune élévation de la viscosité malgré l’augmentation de la température de 0 à 71°C. Par ailleurs, la viscosité du gel G11, mesurée à 25°C et à 37°C, a montré une décroissance de la viscosité du gel sous l’influence de l’augmentation de la vitesse de cisaillement et un caractère thixotrope avec un temps de reprise plus court à 37°C qu’à 25°C à J28.

Conclusion : Ce travail a permis de mettre au point des gels à base d’amidon de patate douce et de poloxamer 407. Les essais réalisés ont identifié une formulation composée de 10g P407/2,5g GA ayant présenté de bonnes propriétés physicochimiques et rhéologiques. Elle est thermofluidifiante, rhéofluidifiante et thixotrope. Elle pourrait donc constituer un excellent véhicule pour les substances actives à usage cutané ou mucosale.

Mots-clés : Gel, Poloxamer 407, Amidon, Ipomoea batatas

Abstract

Introduction: Starch is an organic substance endowed with reversible hygrothermal and mucoadhesive properties, thus limiting its use in therapeutics. In order to improve its rheological properties, one of the solutions would be to associate it with other substances such as poloxamer 407 (P407). This study therefore aims to formulate a mixed thermogelling gel composed of sweet potato starch and poloxamer 407 and to study the rheological properties.

Methods: After extracting the sweet potato starch, it was used for the preparation of 2 sets of gels. The first series (G0 to G10) consisted of combining different concentrations of starch (0 to 10%, m / m) with P407 at 20% (m / m). The second series (G11 to G13) consists of increasing amounts of starch glycerol (2.5 g, 5 g and 10 g) combined with P407. The gels obtained were physicochemically characterized in order to determine the most stable gels with good rheological properties.

Results: In the first series, only gel G0 showed good visual stability, while all other preparations (G1 to G10) were unstable. In the 2nd series, also only the gel G11 showed a better visual stability. On a microscopic level, the starch grains presented in polarized light, a birefringence in Maltese cross whose branches meet at the level of the hilum. The pH of the gels is 6.7 on average. The graphical analysis of the viscosity as a function of the temperature made it possible to highlight 2 profiles. The first profile, consisting of G0 and G11 gels, gave curves in 3 parts and the second profile, consisting of gels G12 and G13 showed no increase in viscosity despite the increase in temperature from 0 to 71 ° C. Moreover, the viscosity of the gel G11, measured at 25 ° C. and at 37 ° C., showed a decrease in the viscosity of the gel under the influence of the increase of the shear rate and a thixotropic character with a time of shorter recovery at 37 ° C than at 25 ° C at D28.

Conclusion: This work has made it possible to develop sweetpotato starch and poloxamer 407 gels. The tests carried out identified a formulation composed of 10g P407/2.5g GA having good physicochemical and rheological properties. It is thermofluidifying, shear thinning and thixotropic. It could therefore be an excellent vehicle for active substances for cutaneous or mucosal use.

Keywords: Gel, Poloxamer 407, Starch, Ipomoea batatas

Introduction

L’amidon est une substance organique douée de propriétés hygrothermiques et mucoadhésives. Aussi, a-t-il la possibilité de donner un gel qui est généralement soumis au phénomène de rétrogradation limitant ainsi son utilisation en thérapeutique [1]. Pour remedier à ce problème, il conviendrait de le modifier ou de l’associer à d’autres substances ayant des propriétés rheologiques plus stables [2,3]. En effet, au cours de ces dernières années, de nombreux travaux sur les polymères tels que les poloxamers ont montré des resultats promoteurs [4,5]. Ce qui a favorisé leur utilisation comme excipients dans de nombreuses formes pharmaceutiques destinées à la voie orale, cutanée, intranasale, vaginale, rectale, oculaire et parentérale en vue d’améliorer ou de moduler la cinetique de liberation des médicaments dans l’organisme [3,6]. Par ailleurs, les gels sont des structures semi solides possédant à la fois les propriétés cohésives des solides et les propriétés fluides des liquides. Cette double propriété permet de moduler la libération des substances actives contenues dans les gels avec une meilleure biodisponibilité étalée dans le temps [7]. Ce travail s’est donc donné comme objectif de mettre au point des gels à base de poloxamer 407 et de l’amidon de patate douce (Ipomoea batatas) de sorte à conférer des propriétés mécaniques et mucoadhésives améliorées à ces gels.

Matériels et méthodes

Extraction de l’amidon
Les tubercules de patate douce ont été épluchés, pesés, lavés et découpés en petits morceaux. Ils ont ensuite été pulvérisés à l’aide d’un broyeur à hélice (Retsch GM 300, Allemagne) à 4000 tr/mn pendant 3 mn. La pâte obtenue a été délayée dans une quantité suffisante d’eau osmosée pour aboutir à un lait. Celui-ci a été filtré à l’aide d’un tamis de maille 50 μm afin d’éliminer d’éventuels débris. Le filtrat a par la suite, subi plusieurs séries de décantation et de rinçage à l’eau déminéralisée. L’amidon, a été séché à l’étuve à 45°C pendant 48 h et finement broyé. La poudre obtenue a été pesée, puis conditionnée dans un flacon et conservée à la température ambiante [8,9].

Préparation de différentes concentrations d’empois d’amidon
Plusieurs préparations d’empois d’amidon de patate douce de concentration variant de 1 à 10 % (m/m), ont été préparées en délayant progressivement différentes quantités de poudre d’amidon de patate douce, sous agitation à l’aide d’une tige de verre, dans un bécher contenant des quantités d’eau déminéralisée correspondant à chacune des concentrations. Le mélange obtenu, est ensuite porté au bain-marie (Memmert, France) à 80°C sous agitation continue pendant environs 30 à 45 mn, jusqu’à obtention d’un gel visqueux [10].

Préparation du glycérolé d’amidon
Le glycérolé d’amidon a été préparé selon la formule de la Pharmacopée européenne 9e éd, en délayant progressivement sous agitation dans un bécher, 6,6 g d’amidon de patate douce, dans 6,6 g d’eau déminéralisée. Ensuite, 86,8 g de glycérine ont été ajoutés à la préparation et le mélange obtenu a été chauffé au bain-marie à 100 °C sous agitation constante jusqu’à obtention d’un gel [11,12].

Préparation des solutions de poloxamer 407
Deux solutions de poloxamer 407 (P407) à 20 % (m/m) et 35 % (m/m) ont été préparées par ajout progressif de différentes quantités de P407 dans 2 béchers contenant de l’eau déminéralisée (tableau I).
Les 2 béchers ont été déposés dans un bac à glace et soumis à une agitation continue à l’aide d’un microvortex (Multistirrer, Velp Scientifica 6) à 1000 tr/mn pendant 4 h environs, jusqu’à dissolution complète du P407. Les solutions obtenues, ont été conservées pendant 24 h à 4°C au réfrigérateur (Liebherr, Allemagne) afin d’éliminer les éventuelles bulles d’air. Elles ont ensuite été homogénéisées par agitation douce au microvortex pendant 15 mn [2,3].

Essais de préformulation
L’étude de préformulation a consisté à réaliser deux séries de préparations à partir de la solution de P407 à 20% (m/m). La première série fut constituée de mélanges de 7 mL de P407 (20%, m/m) et de 3 mL de chacune des différentes concentrations d’empois
d’amidon de patate douce (1 à 10%, m/m) dans des flacons contenant chacun une barre aimantée afin de bien homogénéiser les préparations par agitation magnétique. Dans la deuxième série, 10 mL de P407 (20%, m/m) ont été mélangés à des quantités croissantes (2,5 g, 5 g et 10 g) de glycérolé d’amidon de patate douce sous agitation magnétique (tableau II). Après homogénéisation des flacons, ceux-ci ont été mis à 4°C au réfrigérateur pendant 5 mn environs, puis ont été placés dans un bac à glace, le tout a été déposé sur une plaque d’agitation magnétique (Multistirrer, France). L’examen macroscopique de ces préparations a permis de retenir celles qui ont présenté une bonne stabilité visuelle, pour la suite de l’étude.

Caractérisation des gels
Examen macroscopique
L’examen macroscopique des différents gels a été effectué immédiatement après la préparation et 48 h après. Les paramètres qui ont été évalués sont l’aspect, l’odeur, la couleur et l’homogénéité par étalement du gel sur un verre de montre [13].

Examen microscopique
L’examen microscopique a consisté à observer une goutte de chaque gel au microscope optique (Optica, Italie) au grossissement Gx10. Les paramètres examinés sont la taille, la forme des particules d’amidon et la présence ou non de bulles d’air. La taille des particules a été déterminée à l’aide d’un micromètre sur 300 particules environ [14].

Détermination du pH
Le pH des différents gels a été mesuré à l’aide d’un pH-mètre (Eutek, France) après étalonnage à l’aide de 2 solutions tampons [14].

Etude des propriétés rhéologiques
L’étude des propriétés rhéologiques a porté sur les gels composés de P407 20% (m/m) et de différentes quantités de glycérolé d’amidon de patate douce (G0, G11, G12 et G13) à l’aide d’un viscosimètre rotatif (Haake viscotester 550, Allemagne) relié à un cryostat (Julabo F12, Allemagne). Une vitesse de cisaillement de 60 tr/mn a été appliquée à tous les gels sous une gamme de températures variant de 5 à 71°C afin d’évaluer les propriétés rhéofluidifiantes et thixotropes des gels préparés. Par ailleurs, le gel G11 a été soumis à une variation de la vitesse de cisaillement de 0 à 20 tr/mn à 25°C et 37°C. Le tracé de la force de cisaillement en fonction de la vitesse de cisaillement a été réalisé en augmentant la vitesse de cisaillement jusqu’à 20 tr/mn puis en la réduisant immédiatement jusqu’à son état initial. Tous les tests ont été réalisés 3 fois [15].

Résultats

Essais de préformulation
L’analyse macroscopique des 2 solutions de P407 à 20% (m/m) et 35% (m/m) a montré que celle dosée à 35% (m/m) a montré des difficultés à former un gel car se solidifiant rapidement. Par contre, celle à 20% (m/m) de P407, a présenté de meilleurs résultats en formant un gel stable. Cette dernière a donc été retenue pour la suite de l’étude. Par ailleurs, les 2 séries de préparations qui ont été réalisées à partir de la solution de P407 à 20% (m/m) et les différentes concentrations d’empois d’amidon d’une part (G0 à G10) et du glycérolé d’amidon d’autre part (G11 à G13), ont montré des stabilités diverses. En effet, dans la première série, seule G0 a montré une bonne stabilité à l’examen macroscopique, tandis que toutes les autres préparations (G1 à G11) ont montré une instabilité caractérisée par une sédimentation du gel avec un surnageant très fluide (figure 1). Quant à la seconde série composée de P407 (20%, m/m) et de différentes quantités de glycérolé d’amidon, seul le gel G11 a montré une meilleure stabilité. Le gel G12 a présenté une légère séparation de phase, tandis que le gel G13 est totalement liquide (figure 2).

Etude des propriétés physicochimiques
L’analyse macroscopique à J0 et J48 des différents gels, a montré des gels d’aspect homogène, de couleur blanchâtre, d’odeur agréable, de consistance épaisse et onctueuse. Sur le plan microscopique, les grains d’amidon ont présenté un diamètre médian (d50) de 100 μm et il a été observé une biréfringence en croix de malte dont les branches se rejoignent au niveau du hile, en lumière polarisée (figure 3). Le pH mesuré des gels est de 6,7 ± 0,2 en moyenne.

Etude de la viscosité des gels
L’analyse graphique de la viscosité en fonction de la température des gels composés de P407 (20%, m/m) et de différentes quantités de glycérolé d’amidon, a permis de mettre en évidence 2 profils (figure 4). Le 1er profil, constitué des gels G0 et G11, a donné des courbes en 3 parties : une 1ère partie ascendante, une 2e partie en plateau et une 3e partie descendante. En effet, lorsque la température varie de 10 à 20°C, la viscosité de ces gels connait une brusque augmentation de 0 à 7.025 mPa.s (G10) et 8.200 mPa.s (G11). La 2e partie des graphiques est en plateau avec de très faibles variations de la viscosité malgré une augmentation de la température de 20 à 60°C environs. Enfin la 3e partie des graphiques est caractérisée par une réduction de la viscosité bien que la température continue à augmenter jusqu’à 70°C. Toutefois, la viscosité du gel G0 constitué uniquement de P407 (20%, m/m), est restée relativement élevée (6.000 à 4.000 mPa.s) de 20 à 70°C. Par contre, les gels G12 et G13 n’ont présenté aucune élévation de la viscosité malgré l’augmentation
de la température de 0 à 71°C.

Figure 4 : Etude de la viscosité en fonction de la température des gels composés de P407 (20%, m/m) et de différentes quantités de glycérolé d’amidon (0 g, 2,5 g, 5 g et 10 g)

Etude des propriétés rhéologiques
Par ailleurs, les différents rhéogrammes obtenus à partir des valeurs de la viscosité du gel G11, mesurée à 25°C et à 37°C, ont montré une décroissance de la viscosité du gel sous l’influence de l’augmentation de la vitesse de cisaillement. Les 2 graphiques se superposent entre 5 et 10 tr/mn (figure 5). Le tracé de la force de cisaillement en fonction de la vitesse de cisaillement a été réalisé en augmentant la vitesse de cisaillement jusqu’à 20 tr/mn puis en la réduisant immédiatement jusqu’à son état initial. Le gel G11 a présenté un caractère thixotrope avec un temps de reprise plus court à 37°C qu’à 25°C à J28 (figure 6).

Figure 5 : Etude de la viscosité en fonction de la vitesse de cisaillement du gel G4 (droite).

Figure 6 : Evaluation des propriétés thixotropes du gel G11 à J28 à 25°C (gauche) et à 37°C (droite).

Discussion

Essais de préformulation et de formulation Les essais de préformulation réalisés sur les gels de P407 et d’empois d’amidon de patate douce (Ipomoea batatas) à différentes concentrations (0 à 10%, m/m), ont montré une instabilité par séparation de phases des gels obtenus. Le P407 a été mélangé à 4-5°C avec les autres composants et de l’eau préalablement refroidie jusqu’à obtenir une solution homogène. Il est possible de préparer facilement le P407 à une concentration de 20-30%, tandis que pour une concentration de 35% il est nécessaire de placer le P407 dans un congélateur pendant quelques minutes pour liquéfier la préparation [16,17]. A cette haute concentration de 35% en P407, le gel mixte était très visqueux au départ, ce qui n’a pas permis une bonne dispersion des empois d’amidon. Le P407 20% (m/m) a donc été choisi pour la suite de l’étude, en raison de l’abondance de la littérature sur son utilisation dans le domaine médical [18,19]. Il facilite l’incorporation de substances naturelles ainsi que le glycérolé d’amidon préparé selon la pharmacopée européenne en remplacement de l’empois d’amidon. Le gel G11 à base de P407 à 20% (m/m) et de 2,5 g de glycérolé d’amidon était stable, inodore, onctueux au toucher et homogène à l’oeil nu. Ces résultats sont proches de ceux de Kouakou A et al. sur la formulation d’un gel à base de P407 20% et 12% de beurre de karité [20,21]. Au cours du temps (J28), les caractères organoleptiques du gel G11 sont restés constants à différentes températures de conservation (5°C, 25°C et 40°C). Le gel G11 a donc présenté une bonne stabilité macroscopique à ces  températures de conservation.

Etude des propriétés physicochimiques
Les caractéristiques physicochimiques à J0 et J48 des différents gels préparés (G0 à G13), sont similaires à celles d’amidons de manioc et d’ignames telles que décrites par les travaux de Dally et al [22–24]. La biréfringence positive des grains d’amidon observée en lumière polarisée, indique bien une organisation radiale des chaînes à l’intérieur des grains d’amidon [25,26]. Le pH des gels est de 6,7, ce qui correspond au pH des préparations cosmétiques qui est généralement compris entre 5 et 7. Ces préparations seraient donc adaptées pour une application cutanée puisque compatibles avec le pH de la peau [27].

Etude rhéologique des gels
L’étude rhéologique des gels a montré une baisse de la température de gélification à 17,3°C par rapport au P407 pur dont la température de gélification était de 23,2°C. Cette baisse de la Tgel selon Sagrado et al, serait liée à une étape de micellisation plus rapide, due à une grande proximité des molécules de poloxamer 407 [28,29]. Lorsque la concentration en glycérolé d’amidon augmente, il n’y a pas de variation très importante de la Tgel comme le montre les travaux de Lia et al. sur la formulation et la caractérisation rhéologique de mélanges [30]. La viscosité du gel G11 diminue quand la vitesse de cisaillement augmente tandis que la force de cisaillement de celui-ci augmente avec la vitesse de cisaillement [31,32]. Dans les cas de figures, le gel G11 présenterait un comportement rhéofluidifiant. Ce qui favoriserait un bon étalement du gel sur la peau et les muqueuses [33,34]. G11 a également présenté des contraintes en décharge plus faibles que celles en charge pour une même vitesse de cisaillement. Ceci montre bien qu’il aurait un caractère thixotropique [20]. Ce résultat a également été obtenu par Coussot et al. qui ont expliqué cette propriété par le fait de l’existence de deux effets antagonistes : la structuration et la déstructuration [35]. Enfin, le gel G11 a présenté une bonne stabilité sur le plan macroscopique, physicochimique, rhéologique, mécanique après 28 jours à différentes températures de conservation (5°C, 25°C et 40°C). Ces températures de conservation miment respectivement, la température au réfrigérateur, la température ambiante de conservation dans les pays tropicaux et la température corporelle maximale. Au cours du temps, le gel G11 a conservé un comportement thermofluidifiant, rhéofluidifiant et thixotrope [20].

Conclusion

Ce travail s’est proposé de développer des gels thermogélifiants et stables à base de poloxamer 407 et d’amidon de patate douce (Ipomoea batatas). Des essais de préformulation effectués à base d’empois d’amidon à différentes concentrations et du poloxamer 407 à 20% (m/m), ont montré des systèmes non homogènes. En remplaçant les empois d’amidon par le glycérolé d’amidon, les gels obtenus ont présenté une meilleure stabilité, notamment le gel G11 contenant le poloxamer 407 et 2,5 g de glycérolé d’amidon. Celuici a montré des propriétés thermofluidifiantes, rhéofluidifiantes et thixotropes ainsi qu’une bonne conservation à différentes températures. Ce qui pourrait favoriser une bonne applicabilité cutanée et mucosale. Des travaux complémentaires in vitro et in vivo devraient être menés afin d’évaluer le profil de libération des substances actives incorporées dans ce type de gels.

Contributions des auteurs :
Conception de l’étude : Ismaël L. Dally ; Acquisition et analyse des données : José A. Lia, Awa Tuo, Clemence N’Guessan ; Rédaction : Alain N’Guessan; Correction du manuscrit : Sandrine A. Any-Grah, Armand A. Koffi.

Références