Mésinterprétation du "solvant universel" DMSO, avez-vous été pris au piège ?

Dans les numéros précédents, nous avons présentédiverses formulations et stratégies pour la dissolution des médicaments. Parmi elles, le DMSO, qui n'est pas recommandé, a également sa place en tant que co-solvant, mais il est assez controversé.L'utilisation de ce solvant, restreinte par la FDA, est largement répandue et est hautement toxique.Quelle est son toxicité et comment l'utilisons-nous dans nos expériences ? Aujourd'hui, nous allonsvous révéler la bonne utilisation du "solvant universel" DMSO dans les expériences cellulaires et animales.

Introduction au DMSO

Le diméthylsulfoxyde (DMSO)est un composé organique contenantdu soufre dont la structure est montrée dans la figure ci-dessous.

Propriétés physiques: C'est un liquidetransparent, incolore et inodore à température ambiante, avec une forte hygroscopicité, un point de congélation de 18,55 °C, et une densité proche de celle de l'eau, soit 1,100 g/mL ;

Propriétés chimiques: La formulemoléculaire est (CH3)2SO. En raison de la présence d'un groupe sulfinyle hydrophile et de deux groupes méthyles hydrophobes, il est compatible avec les solutions aqueuses et la plupart des solvantsorganiques à l'exception de l'éther de pétrole ; il peut dissoudre environ 80 % des composés,la plupart des composés solubles dans l'eau et dans les graisses peuvent être dissous par lui, ce quifait que le DMSO est également connu sous le nom de "solvant universel".

Histoire du développement du DMSO

Le DMSO était appelé "médicamentmiracle" en raison de son large éventail d'utilisations au début de sa découverte. Les scientifiques ont mené de nombreuses recherches, notamment sur les effets anti-inflammatoires et antalgiques, diurétiques, sédatifs, etc. Dans les premières industries pharmaceutiques, le DMSO pouvait être utilisé directementcomme matière première et vecteur pour certains médicaments, et il pouvait également être utilisé comme agent protecteur osmotique, agent de cryoconservation des plaquettes, etc.

Cependant, en 1965, la recherche sur le DMSO aux États-Unis a été brusquement interrompue lorsqu'un symposium de recherche sur le DMSO auquelont assisté la FDA et certaines entreprises pharmaceutiques a souligné que le DMSO avait des effets sur la structure du cristallin de nombreux mammifères, mais aucun changement similaire n'a été trouvé chez les humains et les primates.

La photo suivante montre le développement du DMSO: On peut voir qu'à partir de 1965, les scientifiques ont mené des recherches approfondies sur latoxicité du DMSO, mais ils n'ont pas trouvé qu'il avait des effets toxiques et secondaires graves sur les animaux expérimentaux et les humains en bonne santé, bien qu'il soit toxique pour lescellules. Par conséquent, le DMSO est restreint par la FDA pour une utilisation dans des situations non spécialisées et non remplaçables.

Historique du développement du DMSO ces dernières décennies 

Quelle est la toxicité du DMSO ?

1. Cytotoxicité du DMSO: doit être contrôlée à <0,1 % (v/v)

• En 2008, Qi Weidong et al. ont constatéque lorsqu’un milieu de culture contenait 0,1 % à 0,25 % (v/v) de DMSO, il n’y avait aucun dommage ni effet sur les cellules capillaires de rats pendant 24 h. Cependant, lorsque la concentration de DMSOatteignait 0,5 % à 6 %, des dommages aux cellules capillaires et une mort cellulaire dose-dépendante se produisaient [2].

• En 2014, He Bing et al. ont trouvé que différentesconcentrations de DMSO dans le milieu de culture cellulaire avaient des effets sur la croissance des chondrocytes de lapin cultivés in vitro. Lorsque la concentration atteignait 2,0 % (v/v), les chondrocytesprésentaient un effet inhibiteur plus fort, mais une faible influence sur lacroissance cellulaire dans une plage de concentration de 0,1 % à 1,0 % [4].

2. Toxicité enzymatique du DMSO: doit être contrôlée à <0,1 % (v/v)

• En 2011, Ramakrishna Nirogi et al. ont constatéque dans une expérience d’incubation de microsomes hépatiques humains, le DMSO à une concentration supérieure à 0,1 % dans le système d’incubation pouvait inhiber l'activité duCYP1A2 dans les microsomes hépatiques humains. Cependant, 2 % de méthanol ou d’acétonitrile n'avaient aucun effet sur l’activité enzymatique [5].

• En 2003, Masuhiro NISHIMURA et al. ont découvertque lorsqu’un composé était administré aux hépatocytes humains, la concentration finale de DMSO était de 0,1 % ou moins. Le cytochrome P450 (CYPs), les isoformes de l'enzyme glucuronyl transférase (UGTs) et le principal transporteur transmembranaire ABC Transporters dansles cellules n’étaient pas affectés, mais leur expression changeait lorsque la concentration était plus élevée [6].

3. Toxicité du DMSO chez les animaux

(1) Toxicité aiguë: elle fait référence à une réactiond’empoisonnement rapide et sévère produite par l’organisme après une dose importante d’un médicament en une seule fois, incluant des effets létaux ; la dose létale médiane (DL50) du médicament peutgénéralement être obtenue. Le DMSO (g/kg) doit provoquer la mort de 50 % des animaux de test pour évaluer le risque. Les résultats suivants ont été rapportés dans diverses expériences animales:

Le tableau ci-dessous présente la dose létale médiane du DMSO pour chaque animal expérimental en fonction de chaque méthode d'administration. Il ressort du tableau que la DL50 du DMSO est en réalité élevée. Par exemple, la DL50 de l’administration oralechez la souris est de 16,5-24,6 g/kg, tandis que la dose que nous administrons lors des expériences sur des souris est généralement en mg/kg, il est donc presque impossible dedépasser cette dose. Cela signifie que la toxicité générale pour les animaux est moins importante que pour les cellules. Les données fournies par différents laboratoires peuvent ne pas être exactement les mêmes, mais toutes confirment la faible toxicité du DMSO chez les animaux.

Dose létale médiane (g/kg) du DMSO pour différentes espèces et différentes méthodes d'administration. 

(2) Toxicité à long terme: elle fait référence aux effets nocifs du médicament administré aux animaux de test à une certaine dose pendant plusieurs joursconsécutifs. Les résultats suivants ont été rapportés dans diverses expériences animales:

a. Les expériences de dosage sur des animaux tels que les chiens, les porcs et les lapins ayant reçu du DMSO à une dose de 5 g/kg·j ont également montré qu'après plusieurs mois, les animaux présentaient des changements dans la dioptrie du cristallinplutôt qu'une opacité, et ce changement est dose-dépendant. La relation entre la réduction de la dose de DMSO et la réfraction du cristallin est très faible ; aucun effet secondaire de ce type n'a été trouvéchez les primates (y compris les humains) jusqu'à présent [7] ;

b. La dose de DMSO était de 9 g/kg·j, et l'expérience sur des macaques rhésus administrés en continu pendant 18 mois a montré que les macaques n’avaientpas d’anomalie évidente ou d’intolérance [8] ;

c. Le DMSO a été administré à une dose de 1 g/kg 5 jours par semaine pendant 12 mois chez des rats mâles et femelles. L'expérience a montréque tous les tissuset organes des rats, tels que le cerveau, le cœur, les intestins, le système reproducteur, la thyroïde, etc., étaient normaux, et aucune anomalie évidente ou intolérance n'a ététrouvée [[9] ;

d. Le DMSO a un effet diurétique, mais aucundommage rénal n'a été trouvé dans les études humaines et animales de laboratoire.

D'après les données toxicologiques ci-dessus, il apparaît qu'en comparaison avec d'autres solvants sûrs et non toxiques, bien que le DMSO ait une certaine toxicité, il possède également des propriétés uniques. Avant le "solvant universel", les expériences biologiques et les étapes préliminaires de criblage des médicaments peuventégalement utiliser le DMSO de manière raisonnable pour obtenir rapidement des résultats expérimentaux corrects sans interférence des facteurs de réactifs. Voyons comment utiliser correctementle DMSO dans une expérience.

Comment utiliser correctement le DMSO dans les expériences cellulaires?

Il y a deux principales applications du DMSO dans les expériences cellulaires:

1. Cryopréservation des cellules: Le DMSOest actuellement le meilleur agent de cryopréservation des cellules, mais il présente une certaine toxicité. Généralement, la concentration est contrôlée en dessous de 10 % du volume final, et peut être réduite en dessous de 10 %, comme 8 %, pour les cellules avec une faible tolérance. Notez que le DMSO doit être éliminé dès que possible lors de la récupérationdescellules, sinon il entraînera une toxicité sévère pour les cellules. Les résultats ont montré que lorsque la concentration de DMSO dans le milieu de culture était de 10 %, le taux d'inhibition de la croissancecellulaire était presque de 100 % ; lorsque la concentration était de 1 %, le taux d'inhibition était de 35 %. Même à une concentration de 0,04 %, le DMSO avait un effet adverse sur la croissance cellulaire [10] .

2. Solvants de composés pour l'administration cellulaire: Le DMSO doit strictement contrôler la dose de DMSO lors de l'administration de composés lysants aux cellules : Différentes cellules peuvent avoir une sensibilité différente au contenuen DMSO, mais il est désormais plus acceptable d'utiliser le DMSO pour formuler des composés pour l'administration cellulaire.La concentration finale de DMSO est contrôlée à 0,1 %, il est considéré qu'il n'y a pas d'interférence avec l'expérience cellulaire, c'est-à-dire que le volume deDMSO ne peut pas dépasser 1 μl dans 1 ml de milieu. Si le volume dépasse ce ratio, nous pouvons réduire l'utilisation du DMSO en augmentant la concentration du médicament ou en utilisant une méthode de dilution en plusieurs étapes dans la phase aqueuse.

Comment utiliser correctement le DMSO dans les expériences animales?

L'application du DMSO dans les expériences animales résideprincipalement dans la dissolution des médicaments. Dans les numéros précédents, nous avons introduit la méthode de dissolution des médicaments, mais lors de la dissolution des médicaments, nous devons d'abord prendre en compte la toxicité du co-solvant, puis la solubilité.Si elle dépasse le ratio de toxicité pour dissoudre le médicament, nous devons abandonner cette méthode de dissolution.

D'après les données des tests de toxicité ci-dessus, nous pouvons voir que la toxicité globale du DMSO pour les animaux est bien inférieure à celle pour les cellules. Li Ping et al. ont également estimé que la quantité de DMSO utilisée dans l'administration animale peut représenter 10 % à 20 % du volume totald'administration [11]. Par exemple,le volume d'administration chez les souris par voie orale est de 10 mL/kg ; pour des souris de 20 g, notre volume d'administration unique est d'environ 100-200 μl, et le volume de DMSO doit être contrôlé entre 10 % et 20 %, soit 20-40 μl.

Volume recommandé de DMSO dans les expériences animales

Remarque: Le volume de DMSO utilisé est à titre indicatif seulement. Si les animaux présentent des symptômes indésirables, telsque perte de poids/perted'appétit, nous devons envisager de réduire la quantité de DMSO utilisée. Le principe général est de minimiser l'utilisation de DMSO.

Précautions dans l'utilisation du DMSO

1. Éviter le contact avec la peau: Des études ont révélé que le DMSO a un faible poids moléculaire et est facilement absorbé à travers la peau. Si la peau est exposée au DMSO pendant une longue période, elle peut présenter une petite irritationlocale, telle que des démangeaisons, des brûlures ou une irritation cutanée.Pendant l'expérience, unesolution d'ammoniaque à 1 % - 5 % peut être préparée pour être utilisée. Après le contact avec la peau, elle doit être lavée à grande eau et avec une solution d'ammoniaque diluée ; les sulfones peuventpénétrer la peau et, dans certaines conditions, transporter des substances toxiques à l'intérieur de la peau.

2. Éviter l'inhalation de DMSO: Les causes les plus courantes de l'inhalation de DMSO sont les nausées, les vomissements et l'odeur d'ail, d'oignon et d'huître dans l'air expiré. Une concentration élevée et une utilisation sur une grande surface peuvent affecter la fonctionnerveuse et entraîner une hémolyse, il est donc important d'éviter son évaporation lors de son utilisation.

En résumé, voici les connaissances de base sur le DMSO et les méthodes d'application dans les expériencesque nous avons présentées dans ce numéro.Cela vous donne-t-il une nouvelle compréhension du DMSO ? Bien que le DMSO présente une certaine toxicité, il n'est pas inutilisable ; tant que nous n'avons pas trouvé de substitut approprié, il est encore permis d'appliquer le DMSO dans l'expérience pour obtenir desdonnées de recherche de manière modérée. Si vous avez des avis ou des opinions différents, veuillez nous laisser un message ou participer au chat de groupe ci-dessous pour discuter ensemble!