Pharmacokinetic and pharmaco-technological approaches of actinides decorporation by an in vivo sequestering agent. Application to the development of new treatments
Description
After internal contamination by transuranic actinides, diethylene-triamine-pentaacetic acid (DTPA) is the only treatment available to haste the decorporation i.e. the excretion from the body of these radio-contaminants by the natural pathways (urinary and faecal excretion). However, the effectiveness of DTPA is variable and seems to be limited to mobilize efficiently the radionuclides from their sites of deposit and retention which are mainly the liver and the skeleton. Indeed, this molecule displays unfavourable pharmacokinetics (a low tissue distribution and a high urinary excretion) which do not match with the distribution of the actinides in vivo. Moreover, because of its physicochemical properties, DTPA is not able to pass through the plasmic membranes and to penetrate in the cells. Consequently, the use of colloidal vectors such as liposomes could make it possible to modulate DTPA pharmacokinetics as well as to promote the access of the chelating agent to the intracellular compartment of the macrophages of the reticulo-endothelial system which also uptake the radionuclides. The objective of this thesis thus was to improve the treatment of decorporation treatments of transuranic actinides, in particular of plutonium (Pu) by the sequestering agent DTPA by a double approach. The strategy consisted in developing liposomes in order to encapsulate and to modify the distribution of DTPA in vivo. The encapsulation of the DTPA in large multi-lamellar (MLV) and conventional liposomes (composed of DOPC:CH:PG) and in stealth MLV liposomes (composed of DOPC:CH:DSPE-PEG) could modify DTPA pharmacokinetics by prolonging its circulation time and by increasing its distribution especially in the liver (conventional MLV) and in the skeleton (stealth MLV). These modifications of the distribution of DTPA were well correlated with an increased de-corporating effect on Pu in the rats. The reduction of the diameter of liposomes to approximately 100 nm made it possible to further modulate the pharmacokinetic parameters by prolonging their circulation time. Stealth liposomes of diameters reduced to around 100 nm (SL-100 nm) displayed a more convenient distribution which may improve the pharmacological effect of DTPA. Indeed, the administration of a single dose of approximately 3 μmol.kg-1 of DTPA encapsulated in SL-100 nm induced an excretion of more than 90% of the Pu injected activity after 16 days while one free DTPA dose of 30 μmol.kg-1 induced only less than 50% of excretion of Pu under the same conditions. Moreover, one weekly administration of the SL-100 nm makes it possible to reduce significantly the retention of plutonium in the liver to less than 2% of Pu injected activity and that in the skeleton to less than 0.2%, only 30 days after Pu contamination. All these improvements may be attributed to the increase in the aria under the curve of the DTPA concentrations (AUC) and to an increased distribution of DTPA to the liver and the skeleton by the SL-100 nm. Contrary to the injection of free DTPA, SL-100 nm liposomes seem to be able to interact with the macrophages and the hepatocytes in the liver, then to intercept plutonium and to prevent the deposition of the actinide in the skeleton in the rats. Liposomal formulations of DTPA and their pharmacokinetic studies thus make it possible to optimize the treatment of decorporation of Pu. (author)
Abstract (French)
Apres contamination interne par les actinides transuraniens, l'acide diethylene-triamine-pentaacetique (DTPA) est le seul traitement disponible pour accelerer la decorporation c'est-a-dire l'excretion hors de l'organisme de ces radiocontaminants par les voies naturelles (urinaire et fecale). Cependant, l'efficacite du DTPA est variable et semble limitee pour mobiliser les toxiques a partir de leurs sites de dEpot et de retention qui sont principalement le foie et le squelette. La molecule presente en effet une pharmacocinetique defavorable (faible distribution tissulaire et forte excretion urinaire) qui ne coincide pas avec la distribution des actinides dans l'organisme. De plus, du fait de ses proprietes physico-chimiques, la molecule hydrophile et polaire n'a pas la capacite de traverser les membranes plasmiques et de penetrer dans les cellules. En consequence, l'utilisation de vecteurs colloidaux tels que les liposomes pourrait permettre de moduler la pharmacocinetique du DTPA ainsi que de promouvoir l'acces de l'agent chelateur au compartiment intracellulaire des macrophages du systeme reticulo-endothelial ou se concentrent egalement les radionucleides. L'objectif de cette these a donc ete d'ameliorer le traitement de decorporation des actinides transuraniens en etudiant le cas du plutonium (Pu) par le DTPA selon une approche double. La strategie a consiste a developper des formes pharmaceutiques de types liposomes afin d'encapsuler et de modifier la distribution du DTPA in vivo. L'encapsulation du DTPA dans de larges liposomes multilamellaires (MLV) conventionnels (composEs de DOPC:CH:PG) et furtifs (composes de DOPC:CH:DSPE-PEG) a en effet pu modifier la pharmacocinEtique du DTPA en prolongeant son temps de circulation plasmatique et en augmentant sa distribution surtout dans le foie (MLV conventionnels) et au niveau du squelette (MLV furtifs). Ces modifications de distribution du DTPA ont ete dans un premier temps correlees a une augmentation du pouvoir decorporant du DTPA vis-a-vis du Pu chez le rat. La reduction du diametre des liposomes a environ 100 nm a permis de moduler davantage les paramEtres pharmacocinetiques en allongeant leur temps de circulation. Les liposomes furtifs de diametres reduits autour de 100 nm (SL-100nm) prEsentent une distribution a priori la plus favorable a une amelioration de l'effet pharmacologique du DTPA. En effet, l'administration d'une dose unique d'environ 3 μmol.kg-1 de DTPA encapsule dans les SL-100nm induit une excretion de plus de 90% apres 16 jours du Pu injecte au rat tandis que le DTPA libre a la dose de 30 μmol.kg-1 ne produit que moins de 50% d'excrEtion du plutonium dans les memes conditions. De plus, l'administration hebdomadaire des SL-100nm permet de reduire significativement la retention du plutonium dans le foie a moins de 2% de l'activite injectee et celle dans le squelette a moins de 0, 2% et ce, au bout d'un mois apres la contamination. Toutes ces ameliorations seraient attribuees a l'augmentation de l'aire sous la courbe des concentrations en DTPA ainsi qu'a une distribution accrue du DTPA au foie et au squelette par les SL-100nm. Contrairement au DTPA administre sous forme libre, les liposomes SL-100nm seraient capables d'interagir a la fois avec les macrophages et les hepatocytes au niveau du foie, d'intercepter le plutonium et de prevenir le depot de l'actinide au niveau du squelette dans notre modele de contamination chez le rat. La vectorisation liposomale et les etudes de pharmacocinetique offrent donc la possibilite d'optimiser le traitement de dEcorporation du Pu par le DTPAFiles
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Additional titles
- Original title (French)
- Approches pharmacocinetique et pharmacotechnique de la decorporation d'actinides par un agent complexant in vivo. Application a la mise au point de nouveaux traitements
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 234 p.
- Report number
- FRCEA-TH--3313
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 43040691
- Subject category
- S38: RADIATION CHEMISTRY, RADIOCHEMISTRY AND NUCLEAR CHEMISTRY; S63: RADIATION, THERMAL, AND OTHER ENVIRONMENTAL POLLUTANT EFFECTS ON LIVING ORGANISMS AND BIOLOGICAL MATERIALS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CHEMICAL PROPERTIES; DTPA; ENCAPSULATION; LIPOSOMES; PHYSICAL PROPERTIES; PLUTONIUM; RADIONUCLIDE KINETICS
- Descriptors DEC
- ACTINIDES; AMINO ACIDS; CARBOXYLIC ACIDS; CHELATING AGENTS; DRUGS; ELEMENTS; KINETICS; METALS; ORGANIC ACIDS; ORGANIC COMPOUNDS; RADIOPROTECTIVE SUBSTANCES; RESPONSE MODIFYING FACTORS; TRANSURANIUM ELEMENTS
Optional Information
- Notes
- [195 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/