Valorization of natural drug products : from extraction to encapsulation

This thesis was carried out at the Laboratory of Pharmacognosy and the Laboratory of Pharmaceutical technology, at the UFR Sciences de Santé, circonscription Pharmacy, in the University of Burgundy Franche-Comté, to find new natural molecules to encapsulate. First of all, we focused on the natural saponins from plants of the Vietnam biodiversity and the french horticulture, belonging to the three genera Dracaena, Cordyline (Asparagaceae) and Weigela (Caprifoliaceae). The work led to the successful isolation and elucidation of 42 natural saponins using various chromatographic techniques. The structures were determined by ESI mass spectrometry and NMR spectroscopy. Among the 17 pure compounds obtained from three species of the Weigela genus, 9 oleanolic acid and hederagenin glycosides are previously undescribed ones. From the two species Dracaena braunii and Cordyline fruticosa “Fairchild red”, we isolated and characterized 18 steroidal saponins including 7 new spirostane-types and 6 new furostane-types ones. The cytotoxic activities of the majority of isolated saponins were evaluated against mouse colon cancer (CT26 cells), mouse melanoma (B16 cells) and human liver cancer (HepG2 cells) by MTS assays. The structure / activity relationships were also proposed.On the other hand, we selected a well-known natural molecule to develop encaspulation tests. Among the natural products, curcumin has very interesting therapeutic properties but exhibits both a poor solubility and a low bioavailability, limiting the administration by the oral route. The purpose of this study was to improve the solubility and bioavailability of curcumin as well as simultaneously achieve controlled release in gastrointestinal tract. Pectinate gel beads were prepared based on ionotropic gelation method with the presence of vaious surfactants. After drying, these beads were investigated for physicochemical characteristics (morphological aspects, encapsulation efficiency, stability, physical state) and dissolution kinetics (in vitro release). Antioxidant activity was also determined with DPPH assay. Kolliphor HS15® seems to be the best promising surfactant to increase stability and bioavailability of curcumin.
Cette thèse s’inscrit dans la cadre de la thématique du Laboratoire de Pharmacognosie et du Laboratoire de Pharmacie Galénique de l’UFR Sciences de Santé, circonscription Pharmacie, au sein de l’Université de Bourgogne Franche-Comté, afin de trouver de nouvelles molécules naturelles bioactives à encapsuler. D’une part, nous nous sommes concentrés sur la recherche de saponines naturelles de plantes issues de la biodiversité vietnamienne et de l’horticulture française du genres Dracaena, Cordyline (Asparagaceae) et Weigela (Caprifoliaceae). Les travaux menés ont conduit à isolement de 42 saponines naturelles en utilisant différentes techniques chromatographiques. Les structures on été déterminées par des méthodes de spectrométrie de masse en source ESI et de spectroscopie RMN. Parmi les 17 composés purs obtenus des 3 espèces appartenant au genre Weigela, 9 sont des glycosides de l’acide oléanolique et de l’hédéragénine de structure nouvelle. A partir des espèces Dracaena braunii et Cordyline fruticosa “Fairchild red”, nous avons isolé et caractérisé 18 saponines stéroïdiques dont 7 nouvelles de type spirostane et 6 nouvelles de type furostane. Les activités cytotoxiques de la majorité des saponines isolées ont été évaluées sur trois lignées cellulaires : CT26 (cellules tumorales coliques murines), B16 (cellules de mélanome murin) et HepG2 (cellules d’hépatocarcinome) par le test de prolifération cellulaire MTS. Des relations structure/ activité ont ainsi été proposées.D’autre part, nous avons sélectionné une molécule naturelle bien connue afin de mettre au point les essais d’encapsulation. La curcumine possède des propriétés thérapeutiques très intéressantes mais elle présente à la fois une faible solubilité et une faible biodisponibilité, limitant l'administration par voie orale. Dans cette partie de la thèse, nous avons cherché à améliorer la stabilité et la biodisponibilité de la curcumine ainsi qu’une libération contrôlée dans le tractus gastro-intestinal. Des billes de pectinate de calcium ont été préparées en utilisant la gélification ionique en présence de différents tensioactifs. Elles ont été caractérisées grâce à leurs propriétés physico-chimiques et leurs profils de dissolution in vitro. Leur activité antioxydante a été évaluée par le test DPPH. Le Kolliphor HS15® est le tensioactif le plus prometteur pour optimiser les propriétés de la curcumine.