Dissertationen zum Thema „Biopolymères – Surfaces“

La matière vivante se caractérise par la présence de biopolymères non aléatoires dont la fonction biologique dépend de la séquence en monomères. Pour comprendre les origines de la vie, il est essentiel d’expliquer l’émergence de polymères non aléatoires dans un monde où les cellules vivantes n’existaient pas. Dans ce travail, des approches analytiques basées essentiellement sur la spectrométrie de masse à ultra haute résolution ont été appliquées à l’analyse globale des produits de réaction issus de l’activation thermique de mélanges d’acides aminés sur surface minérale (silice), dans des conditions compatibles avec un scénario prébiotique. La formation d’oligopeptides relativement longs, avec des stœchiométries non aléatoires, a été montrée. Il apparaît notamment que la formation d’hétéropeptides est privilégiée. Une étude structurale des oligopeptides formés a été menée par spectrométrie de masse en tandem, éventuellement couplée à la chromatographie liquide ou à la mobilité ionique. Elle a permis de mettre en évidence des sélectivités de séquence. En outre, la formation de régioisomères a été démontrée, ce qui signifie que dans nos conditions de polymérisation le scénario ne manifeste pas de régiosélectivité pour les liaisons α prédominantes dans les protéines. Enfin, aucune énantiosélectivité significative n’a été mise en évidence. Par ailleurs, une étude mécanistique de la réaction de condensation a été menée. L’apparition successive d’oligopeptides de plus en plus longs a été observée pour des températures ou des temps de réaction croissants, suggérant des processus de polymérisation par étapes
Living matter is characterized by the presence of non-random biopolymers whose biological function depends on the monomer sequence. Thus, a major challenge for the elucidation of the Origins of Life lies in understanding how non-random polypeptides were formed and selected among all of the possible ones. In this work, analytical approaches based essentially on ultra-high resolution mass spectrometry were applied to the global analysis of desorption mixtures resulting from the thermal activation of amino acids on a mineral surface, under conditions compatible with a prebiotic scenario. The formation of relatively long oligopeptides, with non-random stoichiometries has been shown. It appears that the formation of hetero-peptides is favored. A structural study of the oligopeptides formed was also carried out by tandem mass spectrometry, optionally coupled with liquid chromatography or ion mobility. It made it possible to demonstrate sequence selectivity. Furthermore, the formation of regio-isomers has been demonstrated, confirming that under our polymerization conditions the scenario does not manifest regioselectivity for the predominant α bonds in proteins. Finally, no significant enantioselectivity was demonstrated. In addition, a mechanistic study of the condensation reaction was carried out. The successive appearance of oligopeptides of increased length has been observed over ranges of temperatures or reaction times, suggesting stepwise polymerization processes

Des polymères fonctionnalisés de façon aléatoire, par des groupements de type atIII-like ainsi que des supports de type heparin-like ont été utilisés comme supports d'adsorption pour éliminer les facteurs activés contenus dans des mélanges prothrombiniques. Des incubations de ces supports avec les mélanges ont été réalisées en système statique et en chromatographie et montrent quel que soit le système d'incubation utilisé que l'élimination des facteurs activés est meilleure sur les supports de type ATIII-like. Dans un deuxième temps, l'adsorption des facteurs vitamino-k dépendants de la coagulation a été étudiée sur des résines de polystyrène fonctionnalisé par des groupements phosphate, et mises en évidence pour leur caractère phospholipid-like. Ces résines présentant soit un bras espaceur sulfamide phosphorylé, soit un bras espaceur de type alkyl phosphorylé. L’étude de l'adsorption des FII et FVII de la coagulation sur ces supports montrent que ces derniers s'adsorbent de façon différente avec des constantes respectives de l'ordre de 10exp-6 a 10exp-7 m pour le FII et de l'ordre de 10exp-7 a 10exp-8 M pour le FVII. De façon complémentaire, l'étude détaillée de l'adsorption du FII sur les résines présentant un bras espaceur de type sulfamide phosphorylé à différents taux en groupements phosphate a permis de mettre en évidence l'apparition de sites spécifiques d'adsorption du FII sur la résine possédant un taux de groupements phosphate de 43%, dans des conditions d'équilibre calcique 0,025 M. L'ensemble de ces résultats permet de supposer qu'il est possible de séparer chacun des facteurs vitamin-K dépendants de la coagulation à partir d'un mélange prothrombinique, par adsorption sur des supports de ce type.

L’objectif de cette thèse est d’identifier et mettre en œuvre des modifications par voie chimique dans le but d’améliorer l’interface de composites biopolymère/fibre naturelles cellulosiques. Les premiers résultats concernent l’étude du vieillissement physique de la matrice poly(acide lactique) PLA. L’évolution des propriétés mécaniques (traction uniaxiale) et thermiques (DSC) d’éprouvettes de PLA selon la température de stockage met en évidence la rigidification et la fragilisation de la matrice avec le temps. Cette étude montre la nécessité de contrôler le protocole expérimental de mesure et notamment les paramètres de stockage pour évaluer les propriétés du PLA. L’effet de différents traitements de surface sur la morphologie et sur les propriétés spectroscopiques des fibres de lin a été évalué. La mercérisation et le blanchiment à l’eau de javel permettent d’éliminer les cires, pectines et hémicelluloses afin de révéler la couche cellulosique des fibres. L’acétylation permet de greffer des taux de fonctions acétyle satisfaisants. Néanmoins, lors de la mise en œuvre par extrusion et injection moulage d’éprouvettes, l’adhésion interfaciale n’est pas améliorée par les modifications de surface des fibres. Une seconde voie par modification chimique de PLA par extrusion réactive a donc été développée. Le greffage de cardanol à l’aide de peroxydes sur des chaînes de PLA n’a pas permis d’améliorer la qualité de l’interface des biocomposites. En revanche, l’ajout de diisocyanate aux systèmes PLA/fibres de lin augmente significativement l’adhésion entre matrice et fibres permettant d’obtenir des composites plus résistants que le PLA non chargé par création de liaisons covalentes
This project is focused on the identification of chemical modifications to improve the interface quality of biocomposites elaborated from biopolymers and natural cellulosic fibers. The poly(lactic acid) matrix chosen for the project is presented in the first part with a special attention concerning the physical aging. The evolution of thermal (DSC) and mechanical properties (tensile testing) of PLA samples depending on the storage temperature highlight strengthening and weakening of PLA with storage time. This study demonstrates the necessity to clearfully expose the experimental procedures to measure these values. The influence of various surface treatments on the morphology and on the spectroscopic properties of flax fibers has been evaluated. Mercerisation and bleaching lead to the removal of waxes, pectins and hemicelluloses and reveal the cellulosic wall of the fibres. Coupled with acetylation, different satisfiying grafting ratio are obtained. However, the interfacial adhesion is not improved by the modified fibers in the pure PLA matrix through extrusion and injection molding. A second route by matrix chemical modification via reactive extrusion has thus been developped. Cardanol grafting onto PLA chains with the help of peroxides did not lead to the improvement of the interface quality. On the other hand, the addition of diisocyanates to the PLA-fibers systems significantly increases the adhesion between the matrix and the fibers. The obtained composites are more resistant than the pure PLA matrix. The reaction mechanism involves the creation of covalent bondings between the PLA and the flax fibers via the bifunctionnal diisocyanate

Les biofilms ont un impact négatif important tant d’un point de vue médical qu’économique. Diverses approches basées sur l’immobilisation de substances bactéricides ont été développées pour empêcher la formation de biofilms sur la surface des matériaux. Cependant, elles ne donnent pas entière satisfaction (efficacité limitée, toxicité, émergence de multirésistance). A côté de ces approches synthétiques, certains organismes vivants ont développé des stratégies efficaces et largement éprouvées pour contrer l’adhésion microbienne. Ainsi, les amphibiens sécrètent un mucus épidermique à base de peptides antibactériens. Nous nous sommes inspirés de cet exemple pour réaliser différents revêtements basés sur des macromolécules hydrophiles et flexibles greffées par des peptides antibactériens. Tout d’abord, des brosses copolymères à base de méthacrylates d’oligo(éthylène glycol) ont été polymérisées par ATRP à partir de supports plans puis greffées par des dérivés de temporine‐1Va ou de magainine‐1. Cette stratégie a été ensuite adaptée avec succès sur des supports particulaires et sur des brosses thermo‐répondantes conduisant à des films montrant une variation de leur caractère bactéricide avec la température. Par ailleurs, des couches de polysaccharides ont été immobilisées sur des surfaces d’or puis greffées par la magainine‐1. La microstructure de ces couches a été optimisée afin de garantir l’accessibilité du peptide. La plupart de ces revêtements se sont montrés très efficaces contre diverses espèces bactériennes. Ce travail ouvre la voie au développement de nouveaux revêtements pour lutter contre la formation des biofilms, notamment dans le cas de dispositifs (bio)médicaux
From a medical and economical point of view, biofilms have important negative impacts. Various approaches based on the immobilization of bactericidal substances have been developed to prevent biofilm formation on materials surfaces. However, they are not fully satisfying due to limited efficiency, toxicity, or emergence of multiresisting bacteria. Compared to these synthetic approaches, some living organisms have developed highly efficient strategies tested over eons to eliminate the microbial adhesion. For instance, amphibians excrete an epidermal mucus containing antibacterial peptides. Considering this last example, we synthesized various coatings based on hydrophilic and flexible macromolecules grafted by antibacterial peptides. First of all, copolymer brushes based on oligo(ethylene glycol) methacrylates were polymerized by ATRP from planar substrates and afterwards grafted by temporin‐1Va or magainin‐1 derivatives. This strategy was subsequently successfully adapted on microparticles and on thermoresponsive polymer rushes leading to thin films showing a modulation of their bactericidal properties with emperature. Moreover, polysaccharide layers were immobilized on gold surfaces, then rafted by magainin‐1. The microstructure of these layers was tuned to optimize the accessibility of the grafted peptide. The resulting coatings showed a high activity against various bacterial strains. This work paves the way to the development of new coatings fighting biofilms, notably for (bio)medical devices

Le développement de biofilms pose de sérieux problèmes dans le domaine marin et médical. Leur grande tolérance vis-à-vis d’agents chimiques utilisés habituellement (désinfectants, antibiotiques, biocides) rend leur éradication difficile. De plus, l’utilisation de molécules biocides est largement controversée, considérant leur impact environnemental catastrophique. Les recherches se sont concentrées sur des systèmes qui, par leur composition, limitent la biocontamination. Parmi eux, on trouve des systèmes amphiphiles pouvant être composés d’une matrice hydrophobe de polydiméthylsiloxane (PDMS) et d’un copolymère amphiphile PDMS-PEG. Malgré leur efficacité, ces systèmes sont remis en cause du fait de l’origine pétrochimique du PDMS. L’objectif de ce projet de thèse est de substituer le PDMS par un biopolymère, le poly(hydroxy alcanoate) (PHA). Un système a été formulé avec du PHA en tant que matrice hydrophobe et un copolymère PHA-PEG en tant qu’additif amphiphile. Deux types de PHA ont été utilisés dans cette étude, le PHBHV (PHA à courtes chaines) et le PHAmcl (PHA à moyennes chaines). Les revêtements formulés ont été caractérisés physiquement, chimiquement et mécaniquement. Puis leur capacité anti-adhésive, anti-biofilm et fouling- release ont été évaluées sur différents microorganismes. Deux bactéries pathogènes opportunistes, Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa, une bactérie marine, Bacillus 4J6 et deux diatomées benthiques, Phaeodactylum tricornutum et Navicula perminuta. Enfin, afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire impliqué dans l’adhésion de S.aureus, des analyses transcriptomiques ont été réalisées
The development of biofilms causes serious problems in the marine and medical fields. Their high tolerance to commonly used chemical agents’ disinfectants, antibiotics, biocides) makes their eradication difficult. Moreover, the use of biocide molecules is widely controversial, considering their catastrophic environmental impact. Research has therefore focused on systems that, by their composition, limit biocontamination. Among them are amphiphilic systems that can be composed of a hydrophobic polydimethylsiloxane (PDMS) matrix and an amphiphilic PDMS-PEG copolymer. Despite their efficiency, these systems are questioned because of the petrochemical origin of PDMS. The objective of this thesis project is to substitute PDMS with a biopolymer, poly(hydroxyalkanoate) (PHA). A system was formulated with PHA as a hydrophobic matrix and a PHA-PEG copolymer as an amphiphilic additive. Two types of PHA were used in this study, PHBHV (short chain length) and PHAmcl (medium chain length). The formulated coatings were characterized physically, chemically and mechanically. Then their anti-adhesive, anti-biofilm and fouling-release capacities were evaluated on different microorganisms. Two opportunistic pathogenic bacteria, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, a marine bacterium, Bacillus 4J6 and two benthic diatoms, Phaeodactylum tricornutum and Navicula perminuta. Finally, in order to better understand the molecular mechanisms involved in the adhesion of S. aureus, transcriptomic analyses were performed

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectif de concevoir un revêtement polymère favorisant l'adhésion et le développement d'un biofilm mature en vue de son utilisation dans des bioréacteurs afin d'en conserver l'efficacité. Ces revêtements ont été réalisés en greffant différentes fonctions chimiques par polymérisation de monomères vinyliques (HEMA, AAc, DMAEMA) à la surface de biopolyester comme le poly(hydroxybutyrate-cohydroxyvalérate) (PHBHV). Les perfonnances de différentes voies de greffage ont été analysées en tennes d'adhésion et de développement du biofilm bactérien. La modification chimique du PHBHV a été effectuée en greffant différents monomères hydrophiles par plusieurs voies de synthèses radicalaires. Les radicaux ont été générés par voie thennique ou par voie photochimique en présence d'un amorceur afin d'initier le greffage. Une nouvelle approche de modification de PHA a également été étudiée par le biais d'un amorceur immobilisé à la surface du film de PHBHV et la polymérisation a été initiée par transfert d'atome (SI-ATRP). La caractérisation de ces films de PHBHV greffés a montré une modification physicochimique des surfaces. Par ailleurs, la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à l'analyse X (EDX) a montré une distribution des greffons différente au sein du film en fonction de la technique de greffage étudiée. L'étude de l'adhésion et du développement du biofilm bactérien a ét réalisée sur les surfaces greffées ayant un taux de greffage relativement faible afin de conserver les propriétés biodégradables du PHBHV. Les observations par microscopie confocale montrent l'influence du greffage
The goal ofthis present work was to develop a polymer promoting the adhesion and the development ofa mature biofilm. The main application was intend to bioreactor and to maintain their efficiency. These surfaces were made by grafting various chemical functions by polymerizing different vinyl monomers (HEMA, AAC, DMAEMA) on the surface ofa biopolyester the poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBHV). Bacterial adhesion and biofilm development were tested on these different surfaces. Three routes of chemical radical grafting were carried out to immobilize the hydrophilic functions. Radical grafting were experimented by thennal initiation, photo initiation and a new approach by control radical polymerization the SI-A TRP. The grafted films were characterized by a large range of surface analysis such as scanning electon microscopy (SEM) associated with energy dispersive X-ray analysis (EDX), contact angle measurement, A TR-FTIR. These characterization techniques showed that depending on the grafting route the grafted chains were localized in different part of the PHBHV film. Evaluation of the bacterial adhesion and the biofilm fonnation were realized oflow graft yield to keep the biodegradation property of the PHBHV. The bacteria-surface study was followed by con focal laser scannin microscopy (CLSM)

Cette thèse a pour enjeu le développement de biomatériaux modulables pour l’ingénierie tissulaire. Trois types de biocomposites sont présentés, sous forme de filaments ou de membranes autoportées présentant des fibres alignées ou non. Le collagène, principal constituant des tissus conjonctifs, en est la matrice hôte. Ce biopolymère fournit l’environnement structurel et biochimique adéquat pour les cellules. Nous avons également ajouté des nanoparticules de silice (SiNPs) bio-fonctionnalisées qui jouent le rôle de plateformes multifonctionnelles, afin de moduler la topologie interne des biocomposites et/ou la présentation de ligands bioactifs. Par cette approche bionanocomposite, nous avons cherché à améliorer la réponse cellulaire en présentant de manière optimale aux cellules ces signaux structurels et/ou fonctionnels. En recherchant l’organisation moléculaire idéale qui mènerait à une synergie entre structure et fonction, nous avons montré que l’ingénierie de surface des SiNPs était un paramètre clé pour moduler les propriétés de ces biomatériaux. Nous avons pour cela développé une approche multi-échelle, de l’ingénierie de surface des SiNPs jusqu’à la modulation des interactions cellule-biomatériau, en passant par l’auto-assemblage hiérarchique du collagène en une matrice extracellulaire biomimétique. Dans le contexte de SiNPs présentant des domaines fonctionnels, nous avons aussi développé une technique de caractérisation de la structuration nanométrique de la surface en utilisant des colloïdes d’or
This work has been devoted to the design and synthesis of tunable biomaterials for tissue engineering. We have developed three types of collagen-based biocomposites, as filaments or self-supported membranes with fibers aligned or not. The host matrix is constituted by collagen, the main biopolymer in connective tissues, which naturally provides suitable structural environment to the cells together with intrinsic biochemical signals. Moreover, bio-functionalized silica nanoparticles (SiNPs) were added as multifunctional platforms to further modulate the inner topology of the composite scaffold and/or exhibit bioactive ligands. This bionanocomposite approach aimed at presenting at best structural and/or functional cues for enhanced cell bioactivity. The final goal of our studies was to find the ideal molecular organization in order to create a synergy between structure and function. To do so, we have developed a multi-scale approach, from SiNP surface engineering to the modulation of cell-biomaterial interactions, by way of collagen hierarchical self-assembly to a biomimetic extracellular matrix. SiNP surface engineering proved to be at the basis of biomaterials modularity. In the context of SiNPs presenting functional domains, we also focused on the nanoscale structuration of SiNP surface. To this aim, we developed a gold-tag spatial characterization technique with carboxylate-modified gold colloids in order to reach a high degree of spatial resolution

L'objet de ce travail concerne la synthese par la technique de langmuir-blodgett (lb) et la caracterisation par des techniques d'analyse de surface, de monocouches moleculaires ordonees de polyaminoacides synthetiques de conformation alpha helicoidale. Les polyaminoacides etudies sont le poly- l-aspartate de beta benzyle (pab), la poly-l-alanine(p-ala), le poly- l-glutamate de gama benzyle (pgb), la poly-l-methionine (p-met) et la poly-l-leucine (p-leu). Des informations moleculaires ont ete obtenues a partir des spectroscopies ftir (modes reflexion-absorption et transmission), sims-tof, xps et hreels. Les techniques ftir ont permis de determiner la conformation alpha helicoidale et de definir l'orientation de certaines liaisons des chaines laterales et du squelette helicoidal des polyaminoacides dans les films lb. Des informations structurales ont ete obtenues par la microscopie afm a partir de mono et bicouches lb de polyaminoacides, revelant une distribution des helices alpha paralleles entre elles et paralleles au substrat selon des periodicites definies. Enfin, l'epaisseur moyenne d'une monocouche lb de pab, estimee a partir de plusieurs techniques, nous a permis de proposer un modele d'empilement des monocouches lb successives. Parmi les facteurs influencant la conformation d'un polyaminoacide, la temperature a ete particulierement etudiee pour differentes mono et multicouches lb de pab et de pgb et pour des depots de pab et de pgb obtenus par la methode spin coating. La forme gauche de l'helice alpha du pab serait a l'origine des changements de conformation detectes par irras lorsque la temperature augmente

Les thérapies ciblées utilisent des agents thérapeutiques qui interfèrent specifiquement avec les molécules nécessaires pour la croissance et la progression tumorale. Les chimiothérapies classiques sont toxiques pour les cellules qui se divisent rapidement du à leur interaction avec les cellules en division. Le premier but des thérapies ciblées est de combattre plus précisement les cellules cancereuses et ainsi éviter les effets indesirables.La thérapie anti-cancereuse utilisant les anticorps a été développé depuis environ 15 ans et est actuellement une des plus efficaces des thérapies ciblées. Dans certains cas des anticorps monoclonaux sont conjugués avec des isotopes radioactifs ou des toxines pour permettre une délivrance ciblée de ces derniers dans les cellules cancereuses. De plus en plus, pour remplacer les anticorps, les thérapies ciblées utilisent des peptides ou des acides nucleiques comme agent ciblant.Dans ce travail, nous avons utilisé des stratégies diverses de ciblage pour permettre l’internalisation de substance toxique (une toxine ou son gène) specifiquement dans les cellules cancereuses. Nous avons travaillé sur le modèle du glioblastome.Notre groupe a publié un article décrivant l’utilisation du domaine PDZ d’une proteine hCASK permettant la liaison a un biomarqueur surexprimé dans les cellules cancereuses. En effet, ce domaine PDZ est capable de se lier à la partie C-terminale de la proteine CD98. Le produit de fusion hCASK-PDZ a été génétiquement lié a une toxine (la saporine). Nous avons démontré une activité in vitro évidente de ce conjugué dans les cellules de glioblastome.Dans cette étude, nous avons utilisé d’autres agents ciblant une autre proteine surexprimée à la surface des cellules cancereuses: la nucléoline. Dans ce contexte, un aptamer et un pseudopetide se liant specifiquement à cette dernière ont été developpé et étudié.L’aptamer AS1411 (Antisoma, UK) est un agent ciblant la nucleolin approuvé par la FDA (food and drug administration). Il se lie à la nucleoline et est internalisé, perturbant ainsi l’interaction de cette dernière avec ses partenaires inhibant ainsi proliferation cellulaire.En parallèle, notre groupe a developpé un pseudopeptide, antagoniste de la nucleoline (Nucant, N6L). Il a été montré qu’il inhibe drastiquement la croissance tumorale dans le cancer du sein en induisant l’apoptose et il est actuellement en préparation pour une phase II d’essai clinique (IPP-204106). Nous avons démontré l’effet anti-proliferatif du N6L in vitro sur des cellules primaires de glioblastome.La surexpression de la nucleoline à la surface des cellules de glioblastomes couplée à la specificité de l’aptamere et du N6L pour cette deniere nous ont amené à vouloir augmenter leur efficacité d’action en les liant à une toxine. Le gène codant pour la saporine (proteine inhibitrice des ribosomes ) ou la saporine elle-meme a donc été lié à l’aptamere et au N6L.Nous avons donc dans ce travail etudié l’activité cytotoxique de l’aptamere et du N6L liés à la saporine. Les résultats obtenus sont evalués pour des futurs publications.Toutes les approches ciblées décrites, en dépit de certains problèmes, semblent prometteuses et nécessitent d'autres recherches, mais confirment que l'exploitation de cibles pour fournir des substances toxiques est l'avenir de la thérapie pour les formes cancéreuses difficiles à battre avec les thérapies conventionnelles
Targeted cancer therapies are drugs designed to interfere with specific molecules necessary for tumor growth and progression. Traditional cytotoxic chemotherapies usually kill rapidly dividing cells in the body by interfering with cell division. A primary goal of targeted therapies is to fight cancer cells with more precision and potentially fewer side effects.Antibody-based therapy for cancer has become established over the past 15 years and is now one of the most successful and important targeted strategies. In some cases, monoclonal antibodies are conjugated to radio-isotopes or toxins (immunotoxin) to allow specific delivery of these cytotoxic agents to the intended cancer cell target. Furthermore thargeted therapies may be based also on the use of targeting molecues other than antibodies, such as peptides, growth factors, and also nucleic acids.Indeed, in this work we studyed a multi targeting strategy to deliver toxic substances (protein toxin or its gene) to cancer cells (glioblastoma).Our group published a paper describing the use of PDZ protein domain of hCASK (serine kinase calcium/calmodulin-dependent of MAGUK family) and to exploit the ability of this protein to bind to the C-terminus of hCD98 in the extracellular space. CD98 is an interesting target because it is overexpressed in different types of tumors (Giansanti F., 2015). hCASK-PDZ was genetically fused to the toxin saporin and this chimeric toxin proved to be active on glioblastoma cells in vitro.Other cell killing agents were designed to recognize and bind specifically nucleolin (NCL). This multifunctional protein is overexpressed on the surface of activated endothelial and tumor cells. In this context, compounds targeting NCL, such an aptamer, and a multivalent pseudopeptide, have been developed and investigated for cancer therapy.The aptamer against NCL, NCL-APT also known as AS1411 (Antisoma, UK), is a US Food and Drug Administration (FDA)-approved NCL targeting agent. It binds to NCL on the cell surface, preferentially gets internalized, and inhibits cancer cell growth sparing normal cells (Bates PJ, 2009).In parallel, our group, recently developed a multivalent synthetic pseudopeptide N6L that selectively binds to nucleolin (Destouches D., 2011). N6L strongly inhibits breast cancer growth by inducing apoptosis of tumor cells and is currently in preparation for phase II clinical trials (IPP-204106). We demonstrated the anti-proliferative effect of N6L on human glioblastoma cells in primary culture prepared form post-surgical specimens (Benedetti E, 2015).The overexpression of NCL on glioblastoma cell surface and the recognized selectivity of AS1411 and N6L prompted us to study a way to increase the efficiency of these ligands binding them Saporin coding gene or the protein toxin Saporin-S6, a type 1 RIP (Ribosome-Inactivating Protein) widely studied because of its potential therapeutic application in a variety of human diseases as toxic moiety of a conjugate.The characterization of the toxic activity of AS1411 linked to saporin gene (APT-SAP) and of NCL linked to saporin protein (SAP-N6L) is therefore described. Both these researches are under evaluation for publication.All the described thargeted approaches, nothwithstanding some problems, look promising and need further research, but confirm the fact that exploiting targets to deliver toxic substances is the future of therapy for cancer forms that are difficult to beat with conventional therapies

"Les capacités d'adhésion et de prolifération des cellules épithéliales cristalliniennes restantes après la chirurgie de la cataracte peuvent induire une cataracte secondaire. Cette pathologie post-opératoire entraîne une nouvelle perte d'acuité visuelle pour le patient. La caractérisation physico-chimique des surfaces prothétiques a souligné l'existence de propriétés qui différencient des matériaux de composition chimique parfois très proche. Parallèlement, la mise au point d'un test in vitro simple et sensible a permis de confirmer l'influence de la formulation du matériau sur le délai et le degré d'apparition de la cataracte secondaire. A partir des données physico-chimiques et biologiques obtenues, nous avons identifié des paramètres clefs de surface influençant la réponse biologique: le caractère hydrophile/hydrophobe, les propriétés électriques et la mobilité des chaînes polymériques. Les corrélations dégagées entre les propriétés physico-chimiques des polymères et le comportement cellulaire ont permis d'initier le développement d'une nouvelle lentille "anti-cataracte secondaire" performante. La première voie d'approche consiste à synthétiser un hydrogel contenant des fonctions carboxylates. Les premiers résultats ont confirmé les corrélations précédemment établies entre mouillabilité ou potentiel dzéta et réponse cellulaire. Les produits obtenus sont biofonctionnels et permettraient de réduire les risques d'apparition d'une cataracte secondaire. La seconde approche correspond à la réalisation d'un revêtement de surface HEMA/MAA sur une lentille hydrogel. Les prothèses obtenues cumulent d'excellentes propriétés mécaniques, anti-cataracte secondaire, et d'injectabilité. "
Adhesion and proliferation of lens epithelial cells remaining in the capsular bag after cataract surgery can generate a secondary cataract. This post-operative pathology induces a new loss of visual acuity. Physico-chemical characterisation of synthetic surfaces has shown the existence of properties that discriminate materials having sometimes a quite close chemical structure. An in vitro test, simple and sensitive, has confirmed the influence of the polymer chemical formula on the delay and degree of secondary cataract apparition. Thanks to these complementary studies, we have identified surface parameters that play a major role on biological response : hydrophilic/hydrophobic ratio, electrical properties, and polymeric chain mobility. The correlations found between polymer physico-chemical properties and cell behaviour allowed us to initiale the development of an efficient anti-secondary caratact lens. The first approach consists in the elaboration of an hydrogel containing carboxylates groups. The results have confirmed previously established correlations between dzeta potentiel or hydophilicity and cell response. The second approach is the grafting of HEMA/MAA oligomers on an hydrogel lens. These new prostheses are injectable and combine good mechanical properties and anti-secondary cataract activity

Alors que l'adhésion entre matériaux synthétiques a été plutôt bien étudiée expérimentalement et théoriquement, les mécanismes de bioadhésion sont encore très peu compris. Une manière de les aborder serait d’utiliser des systèmes biopolymères qui pourraient imiter biosurfaces, biotissus et bioadhésifs. Cependant, cette idée est confrontée à la difficulté de concevoir une structure modèle et de contrôler les propriétés physico-chimiques des matériaux fabriqués à partir de biopolymères. Les mécanismes de bioadhésion peuvent être mieux compris en étudiant l'adhésion en milieu immergé entre adhésifs hydrogels et substrats solides modifiés par des films minces d'hydrogel. Cela permet de séparer la contribution interfaciale avec des interactions spécifiques moléculaires et de la contribution du volume avec les propriétés viscoélastiques à l'adhésion. Dans un premier temps, nous avons conçu un système modèle avec de la gélatine et noua avons étudié l'adhésion en milieu immergé favorisée par des interactions électrostatiques. D'une part, des films stables de gélatine attachés en surface d’épaisseur et de gonflement finement ajustables ont été réalisés en utilisant la stratégie Cross-Linking and Grafting (CLAG). D'autre part, des adhésifs hydrogels de gélatine à double réticulation ont été synthétisés en ajoutant des réticulations chimiques aux réseaux de gélatine physiques. La structure microscopique des réticulations physique et chimique a été bien contrôlée, avec la détermination de la longueur de chaîne entre les réticulations à partir du module de cisaillement et du modèle de réseau fantôme. L'adhésion en milieu immergé mesurée par des tests de probe-tack a montré que les hydrogels de gélatine à double réticulation ont les mêmes propriétés adhésives quelle que soit la température, même si leur résistance diminue avec le chauffage. Nous avons également été en mesure de séparer les effets des réseaux physiques et chimiques sur l'adhésion. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'adhésion en milieu immergé entre des réseaux doubles contenant du carraghénane et des substrats solides modifiés par des micro-motifs d’hydrogels. Il a été démontré que plus les micro-motifs sont petits, plus l'énergie d'adhésion est élevée. Ce travail a fourni un aperçu des paramètres physico-chimiques et physiques qui contrôlent l'adhésion en milieu immergé des systèmes biopolymères tels que les propriétés viscoélastiques en volume, la charge et la topographie de la surface. Il aidera à mieux comprendre la bioadhésion et à concevoir des adhésifs efficaces en milieux aqueux
While the adhesion between synthetic materials has been rather well-studied experimentally and theoretically, there is still a lack of knowledge on bioadhesion, which could be tackled with biopolymer systems which could mimic biosurfaces, biotissues and bioadhesives. However, this idea is limited by the difficulty in designing a model structure and controlling the physical chemistry properties of biopolymer-made materials. Bioadhesion mechanisms can be tackled by studying the underwater adhesion between hydrogel adhesives and solid substrates modified by hydrogel thin films. This allows to separate interfacial contribution with molecular specific interactions and bulk contribution with viscoelastic properties to adhesion. First, a model system based on gelatins has been designed and underwater adhesion promoted by electrostatic interactions was investigated. On one side, stable surface-attached gelatin films with finely adjustable thickness and swelling were achieved using Cross-Linking and Grafting (CLAG) strategy. On the other side, dual-crosslinked gelatin hydrogel adhesives were synthesized by adding chemical crosslinks to physical gelatin networks. The microscopic structure of both physical and chemical crosslinks was well-controlled, with the determination of the chain length between crosslinks from shear modulus and phantom network model. Underwater adhesion measured by probe tack tests showed that dual-crosslinked gelatin hydrogels have the same adhesive properties at all temperatures even if their strength decreases with heating. We were also able to separate the effects of physical and chemical networks on adhesion. Second, the underwater adhesion between double-networks containing carrageenan and solid substrates modified by micro-patterned hydrogels was investigated. It was shown that the smaller the micro-patterns the higher the adhesion energy. This work has provided an insight of the physico-chemical and physical parameters that control underwater adhesion of biopolymers systems such as the bulk viscoelastic properties, the charge and the topography of the surface. It would help for better understanding bioadhesion and designing underwater adhesives

Un biofilm se définit comme un groupement complexe de microorganismes attachés à une surface et contenus dans une matrice. Les biofilms bactériens sont impliqués dans de nombreuses infections humaines, des phénomènes d’encrassement, de contamination…etc. Une compréhension du processus de formation des biofilms permettra d’empêcher sa formation sur les surfaces à risque ou au moins un meilleur contrôle de ceux-ci. Le travail réalisé au cours de cette thèse se divise en deux études distinctes en rapport avec la formation du biofilm. Le premier objectif est réalisé dans le cadre de la recherche de revêtement antifouling en milieu marin. Notre travail consiste à rechercher les paramètres influençant les premières étapes de formation du bio encrassement c'est-à-dire l’adhésion des bactéries. Pour cela, nous avons récupéré des bactéries adhérentes sur une surface immergée dans l’eau de mer afin de d’étudier trois de leurs caractères physicochimiques de surface qui seraient impliqués dans leur adhésion. Il s’agit de l’hydrophobie de surface, de la charge électrostatique, et du caractère acido-basique. Bien que toutes les bactéries aient adhéré à une surface hydrophile, elles présentaient à la fois le caractère hydrophile et hydrophobe avec une prépondérance des bactéries à caractère hydrophile. Elles présentaient toutes une charge de surface négative à pH marin. La majorité d’entre-elles, affichaient un caractère donneur d’électron, certaines même étaient incapables d’en générer. Par conséquent, d’après ces résultats, il nous a semblé très difficile d’expliquer l’adhésion des bactéries par la combinaison de ces différentes propriétés physicochimiques. Enfin, le développement de nouvelles peintures antifouling devrait prendre en considération, en plus des propriétés physicochimiques de surface, toutes les autres structures cellulaires que la bactérie utilise pour son adhésion à une surface immergée dans l’eau de mer. Le deuxième objectif de cette thèse consiste à rechercher les modifications cellulaires que connaissent les bactéries qui passent d’un mode de vie planctonique à un autre en biofilm. La bactérie modèle de cette recherche est la souche PAO1 de Pseudomonas aeruginosa. Cette recherche est basée sur l’analyse, par spectrométrie de masse MALDI-TOF, de bactéries intactes. Le résultat obtenu consiste en la découverte d’un nouveau biopolymère à la surface de cette bactérie ayant une gamme de masse comprise entre 2000 et 8000 g/mol et dont le monomère se caractérise par une masse molaire de 128. Les différents tests réalisés sur ce biopolymère ont abouti à un certain nombre de propriétés qui le caractérisent. Enfin, la recherche du rôle de ce biopolymère informe sur son importance dans l’élaboration de biofilm des bactéries qui le synthétisent
Biofilms can be defined as communities of micro organisms attached to a surface and embedded in a protective matrix. Bacterial biofilms are implicated in a significant amount of human infections, fouling, product contamination …. A comprehension of the process of biofilm formation will make it possible to prevent its formation on different surfaces or at least a better control of it. This thesis is divided into two different subjects in connection with biofilm formation. The first goal of this research project was carried out within the framework of the development of new antifouling techniques in seawater. Our work consisted in seeking the parameters influencing the first stages of formation of the biofilm i. E. The adhesion of the bacteria. Experiences were carried out on adherent bacteria on a surface immersed in sea water. We determined three of their surface physico-chemical characters which could be implied in their adhesion. The hydrophobicity of surface, the electrostatic charge and the acid-base character. Although all the bacteria adhered to a hydrophilic surface, they presented at the same time the hydrophilic and hydrophobic character with a preponderance of the hydrophilic character. They all presented an electronegative net charge of the surface at pH of seawater. The majority presented an electron-donating character; some could not generate Lewis acid-base interactions with the support. Consequently, according to these results it seemed very difficult to us to explain the adhesion of the bacteria by the combination of these various physico-chemical properties. Lastly, the development of new antifouling paints should take into account in addition to these surface properties other cellular properties which the bacterium uses for its adhesion on an immersed surface in sea water. The second objective of this thesis is to seek the cellular modifications taking place during their transition from planctonic organisms to surface-attached community. The model bacterium of this research is the wild type PAO1 of Pseudomonas aeruginosa. Analysis were made using matrix assisted laser desorption ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry on intact bacteria. The result obtained consists in the discovery of new a biopolymer on the surface of this bacterium having a range of mass ranging between 2000 and 8000 g/mol and whose monomer is characterized by a molecular mass of 128. The various tests applied to this biopolymer have leads to a certain number of properties which characterize it. The research of the role of this biopolymer in the formation of the biofilm informed us on its participation in adhesion of the bacteria which synthesize it

Un nouveau vecteur non-viral résultant de l'assemblage entre un polymère de cyclodextrine (polyβCD)et un connecteur cationique amphiphile a été développé et caractérisé. Les connecteurs possèdent un groupement hydrophobe (cholestérol ou adamantane) et diffèrent par la longueur du bras séparant la charge et le groupement hydrophobe, par la composition chimique de ce bras et par la valence de leur charge. Les interactions d'inclusion entre le polyβCD et le connecteur ont été mises en évidence par fluométrie. Le caractère polyélectrolyte et la structure des agrégats ont été évalués par viscosimétrie et diffusion de neutrons. Ces méthodes ont montré la formation de systèmes ternaires polyβCD/connecteur/polyanion par mécanisme d'association coeur-couronne. Les relations structure/propriété des vecteurs de la compaction de l'ADN et sur les efficacités de transfection in vitro ont été étudiées par des méthodes complémentaires (électrophorèse, spectroscopie Raman et potentiel zêta)
A new non-viral vector resulting from the assembly between a cyclodextrin polymer (polyβCD)and an amphiphilic cationic connector has been synthesized and characterized. Connectors have a hydrophobic group (cholesterol or adamantane) and differ by the spacer length between the charge valency. Inclusion interactions between polyβCD and connectors have been characterized by fluometric measurements. The polyelectrolyte behaviour and the structure of aggregates have been evaluated by viscosimetry ans small angle neutron scattering. These techniques have demonstrated the formation of the ternary system polyβCD/connector/polyanion by a core-shell association mechanism. Finally, structure/property relationships of the vectors for the DNA compaction and for in vitro transfection efficiency have been clearly demonstrated by complementary techniques (electrophoresis, Raman spectroscopy and zêta potential)

Avec une mortalité après pancréatectomie de l'ordre de 5 % et une morbidité aux alentours de 50 %, la chirurgie pancréatique est l'une des plus délicates des interventions digestives. L'une des complications les plus graves est l'apparition de fistules pancréatiques (FP), c'est-à-dire un défaut d'imperméabilisation au niveau des sutures, impliquant une fuite enzymatique dans le milieu péritonéal qui peut engager le pronostic vital du patient. A ce jour, aucun dispositif médical n'est indiqué dans la prévention de ces FPs. Ainsi, ce projet a pour ambition de concevoir et de valider un biomatériau constitué d'une matrice absorbante qui assurera la double fonction d'éponge et de réservoir d'agent antibactérien, sur laquelle un greffage chimique devrait conférer des propriétés bioadhésives thermorégulées. La première partie de ce travail est consacrée à l'optimisation de la matrice absorbante, à base d'alginate et de chitosane, déjà développée lors d'une précédente thèse. Trois types de procédés de séchages ont été comparés : le séchage par évaporation, la lyophilisation et le séchage en milieu CO2 supercritique. Ces différents procédés conduisent à des matériaux de structures internes et de porosités différentes. L'impact de ces différences de structure a été évalué en termes de capacité de gonflement dans différents milieux, dont un milieu pancréatique simulé, mais aussi en termes de résistance enzymatique et de libération de principe actif. En tenant compte des résultats obtenus, le séchage par évaporation a été identifié comme le plus approprié pour la suite de l'étude. Dans une deuxième partie, du poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) a été synthétisé par polymérisation contrôlée (RAFT) afin d'être greffé sur la matrice absorbante. Le PNIPAM est un polymère thermosensible dont les propriétés bioadhésives sont directement dépendantes de la température. Ce polymère est généralement bioadhésif au-dessus de sa " lower critical solution température " (LCST), située aux alentours de 32 °C. Dans cette étude la masse molaire et la densité de greffage du PNIPAM sont les deux principaux paramètres étudiés pour son greffage sur les matrices. Enfin, les propriétés de surface des matrices greffées ont été caractérisées. Les matériaux ont montré, in vitro, des propriétés bioadhésives thermosensibles, avec une bioadhésion cellulaire observée principalement au-delà de la LCST. Les essais ex vivo ont cependant montré une bioadhésion sur organe plus importante en dessous de celle-ci. Cette étude a permis de mettre au point des biomatériaux absorbants aux propriétés de surface thermorégulées. Une compréhension plus fine des relations propriétés de surface/propriétés d'usage permettrait d'optimiser les propriétés de bioadhésion thermorégulée
Pancreatic surgery, which leads to 5 % of mortality and around 50 % of morbidity, is one of the most critical digestive operations. The most serious complication is the appearance of pancreatic fistulas (PFs), i.e. enzymatic leaks from the surgical sutures to the peritoneal environment that can lead to the life threatening of the patient. To date, no medical device is indicated for the prevention of these FPs. The aim of this project is to design and validate a biomaterial constituted of a matrix that will ensure the dual function of absorbent and antibacterial agent reservoir, on which a chemical grafting should confer thermoregulated bioadhesive properties. The first part of this work is devoted to the optimisation of the absorbent matrix, based on alginate and chitosan, already developed during a previous thesis. Three types of drying processes were compared: drying by evaporation, lyophilisation and drying in supercritical CO2 medium. These different processes led to materials with different internal structures and porosities. The impact of these structures was evaluated in terms of swelling capacity in various media, including a simulated pancreatic environment, but also in terms of enzymatic resistance and release of an active molecule. Taking into account the obtained results, drying by evaporation was identified as the most appropriate process. In a second part, poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) was synthesised by controlled polymerisation (RAFT) in order to be grafted onto the absorbent matrix surfaces. PNIPAM is a thermosensitive polymer with bioadhesive properties which depend on the temperature. This polymer is usually bioadhesive above its lower critical solution temperature (LCST), around 32 ° C. In this study, the molar mass and the grafting density of PNIPAM are the two main parameters studied for the surface modifications. Finally, the surface properties of the grafted matrices were characterised. In vitro, the materials showed thermosensitive bioadhesive properties, with a cellular bioadhesion mainly observed above the LCST. However, ex vivo tests exhibited higher bioadhesion on porcine organs at lower temperatures. This study led to the development of absorbent biomaterials with thermoregulated surface properties. Further understanding of the relationship between surface properties and in vivo bioadhesion would allow the optimisation of the thermoregulated surface properties

Nous avons déterminé l'influence de différentes modifications chimiques sur les propriétés en solution de polysaccharides d'origine végétale déjà largement utilisés dans l'industrie pétrolière, notamment pour des questions de protection de l'environnement: l'hydroxypropylguar (HPG) est un galactomannane neutre. La fixation d'une petite quantité de longues chaînes alkyles hydrophobes lui procure un caractère associatif. Nous avons mis en évidence qu'en régime dilué, l'établissement d'interactions intramoléculaires se traduit par l'adoption d'une conformation plus compacte ce qui explique la diminution de la viscosité intrinsèque. En régime semi-dilué, des interactions intermoléculaires majoritaires sont responsables d'une forte augmentation de viscosité des solutions; la formation d'un réseau de type gel est possible si la concentration en polymère est suffisante. Nous avons observé que la salinité, la température, une faible quantité de tensio-actif et un degré de substitution en groupe hydrophobe élevé, provoquent un renforcement de ces interactions. L'étude de l'effet du temps et de la réversibilité des associations met en évidence l'importance du facteur cinétique. L'ensemble des propriétés permet d'envisager l'application dans des formulations de forage. La carboxyméthylcellulose (CMC) est un éther de cellulose anionique dont les propriétés en solution peuvent être profondément modifiées par une modification chimique appropriée. La nature du substituant et le site de substitution sont les deux paramètres dont on s'est attaché à montrer l'importance. La fixation de groupes hydrophobes sur les fonctions carboxylate provoque une baisse importante de la solubilité, alors qu'un groupe hydrophile fixé sur les fonctions alcool l'améliore. Cependant, une attention particulière doit être portée lors de la réaction de modification afin d'éviter toute dégradation de la chaîne principale du polymère

Les plastiques sont aujourd'hui des matériaux ubiquitaires utilisés dans tous les aspects de notre vie quotidienne, en particulier pour l'emballage alimentaire. Cependant, après usage, les plastiques sont une source de pollution de notre environnement naturel. Certains plastiques biodégradables et biosourcés sont déjà disponibles sur le marché, comme l’acide polylactique (PLA), mais ils présentent des performances inférieures. Ce travail de thèse vise à: 1) étudier la stabilité des films de PLA dans diverses conditions de température, d'humidité relative, de pH, d'exposition à des liquides ou à des vapeurs... 2) mieux comprendre l'impact de certains procédés industriels tels que les traitements corona ou pressage à chaud sur le PLA 3) combiner le PLA à des couches de gluten de blé afin de produire des complexes ayant des propriétés barrière plus élevées.Les films de PLA ont été produits par la société Taghleef Industries sur demande et avec des traitements de surface spécifiques, comme le traitement Corona. Des films et des enductions à basede gluten de blé ont été développés à l’échelle laboratoire ainsi que des complexes tricouches PLA- gluten-PLA. Les propriétés physiques et chimiques des films ont été étudiées par différentes techniques issues des sciences des matériaux et des aliments ont été utilisées, telles que l’analyse enthalpique différentielle (DSC), l'analyse thermogravimétrique (TGA), la chromatographie d'exclusion de taille (SEC), la microscopie de force atomique (AFM), la microscopie électronique (SEM), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (ATR-FTIR) et la spectroscopie de rayons X (XPS). Les propriétés fonctionnelles telles que la perméabilité à la vapeur d'eau, à l'oxygène (O2), au dioxyde de carbone (CO2) ou à l'hélium (He), la sorption de gaz et de vapeurs, les propriétés mécaniques et de surface ont également été étudiées.Exposés au CO2, les films de PLA présentent une isotherme de sorption linéaire avec l’augmentation de pression. Cependant les modifications physiques et chimiques induites à des pressions élevées n'affectent pas son utilisation dans le domaine d’application alimentaire. Au contraire, lorsque les films de PLA sont exposés à l'humidité à l'état liquide ou vapeur, leur dégradation survient après deux mois à 50 ° C (essai accéléré) suite à son hydrolyse. Cette détérioration chimique, mise en évidence par une diminution significative de la masse molaire, entraine une perte de transparence, mais également par une augmentation de la cristallinité. Par ailleurs, le pH n'affecte pas le taux d'hydrolyse, ce qui est d'un intérêt essentiel pour conditionner des aliments humides.Les films à base gluten de blé ont été choisis pour leurs propriétés de barrière élevées lorsque l’humidité relative reste faible. L'incorporation de lipides n'a pas apporté d'amélioration de leurs performances barrières. Cependant, l'utilisation d’un procédé d’homogénéisation à haute pression a permis une meilleure dispersion du gluten, ce qui a conduit à des films plus homogènes ayant ainsi de meilleures propriétés fonctionnelles. Ces conditions ont donc été retenues pour réaliser des complexes à 3 couches par assemblage d'une couche de gluten de blé entre deux couches de PLA en utilisant un pressage à chaud (10 MPa, 130 ° C, 10 min).La technologie de pressage à chaud montre une forte influence sur les films de PLA, de gluten et sur les tricouches. Elle induit une cristallisation accrue du PLA, ce qui augmente ses propriétés de barrière d'environ 40% et 60%, respectivement pour l'eau et l'oxygène. Cela masque par contre l’effet du traitement corona. D’autre part, le pressage à chaud induit une restructuration du réseau de gluten qui améliore les propriétés de barrière aux gaz des complexes, mais provoque aussi une évaporation de l'eau à l'interface gluten / PLA défavorable à l’adhésion des couches (...)
Poly(lactic acid) (PLA) is a biodegradable and renewable polyester, which is considered as the most promising eco-friendly substitute of conventional plastics. It is mainly used for food packaging applications, but some drawbacks still reduce its applications. On the one hand, its low barrier performance to gases (e.g. O2 and CO2) limits its use for applications requiring low gas transfer, such as modified atmosphere packaging (MAP) or for carbonate beverage packaging. On the other hand, its natural water sensitivity, which contributes to its biodegradation, limits its use for high moisture foods with long shelf life.Other biopolymers such as wheat gluten (WG) can be considered as interesting materials able to increase the PLA performances. WG is much more water sensitive, but it displays better gas barrier properties in dry surroundings. This complementarity in barrier performances drove us to study the development of multilayer complexes PLA-WG-PLA and to open unexplored application scenarios for these biopolymers.This project was thus intended to better understand how food components and use conditions could affect the performances of PLA films, and how these performances could be optimized by additional processing such as surface modifications (e.g. corona treatment and coatings).To that aim, three objectives were targeted:- To study the stability of industrially scale produced PLA films in contact with different molecules (CO2 and water) and in contact with vapour or liquid phases, with different pH, in order to mimic a wide range of food packaging applications.- To better understand the impact of some industrial processes such as corona or hot press treatments on PLA.- To combine PLA with WG layer to produce high barrier and biodegradable complexes.Different approaches coming from food engineering and material engineering were adopted. PLA films were produced at industrial scale by Taghleef Industries with specific surface treatments like corona. Wheat gluten films, coatings and layers were developed and optimized at lab scale as well as the 3-layers PLA-WG-PLA complexes. Different technologies able to mimic industrial processes were considered such as hot press, high pressure homogenization, ultrasounds, wet casting and spin coating. The physical and chemical properties of PLA films were then studied at the bulk and surface levels, from macroscopic to nanometer scale. The functional properties like permeability to gases (e.g. O2 and CO2) and water, gas and vapour sorption, mechanical and surface properties were also investigated.Exposed to CO2, PLA films exhibited a linear sorption behaviour with pressure, but the physical modifications induced by high pressure did not affect its use for food packaging. However, when exposed to moisture in both liquid and vapour state (i.e. environments from 50 to 100 % relative humidity (RH)), PLA was significantly degraded after two months at 50 °C (accelerated test) due to hydrolysis. This chemical deterioration was evidenced by a significant decrease of the molecular weight, which consequently induced a loss of transparency and an increase of the crystallinity. The hydrolysis was accelerated when the chemical potential of water was increased, and it was surprisingly higher for vapour compared to liquid state. In addition, pH did not affect the rate of hydrolysis.Knowing much better the limitation of PLA films, the challenge was to improve its functional properties by combining them with WG, as a high gas barrier bio-sourced and biodegradable polymer. The use of high pressure homogenization produced homogeneous WG coatings, with improved performances. This process was thus selected for making 3 layer complexes by assembly of a wheat gluten layer between two layers of PLA, together with corona treatment and hot press technologies.Corona treatment applied to PLA physically and chemically modified its surface at the nanometer scale (...)
I materiali plastici convenzionali trovano impiego in tutti campi della nostra vita, specialmente nel settore del packaging alimentare, ed in seguito all’utilizzo contaminano e danneggiano il nostro ecosistema. Materiali plastici derivanti da risorse naturali e biodegradabili, come acido polilattico (PLA), sono attualmente disponibili sul mercato anche se caratterizzati da performances inferiori.Questo progetto di dottorato è mirato 1) allo studio della stabilità di film di PLA a varie condizioni di stoccaggio come temperatura, umidità relativa, pH, o esposizione a vapori o gas; 2) a comprendere meglio le influenze di alcuni processi industriali come trattamento corona e hot press nelle proprietà dei film di PLA; 3) a sviluppare complessi multistrato tra film di PLA e di glutine che abbiano proprietà barriera più elevate rispetto ai singoli film.Gli imballaggi a base di PLA sono stati prodotti da Taghleef Industries, produttore leader nel settore e dotato di infrastrutture atte ai trattamenti di modificazione di superfice come il trattamento corona. I film a base di glutine e i coatings sono stati sviluppati e ottimizzati su scala di laboratorio, così come i complessi trilaminari PLA-glutine-PLA.Le proprietà fisiche e chimiche dei film di PLA sono state investigate a livello di superficie, così come a livello di bulk. Diverse tecniche analitiche, provenienti dal campo delle scienze dei materiali e delle scienze degli alimenti, sono state adottate in questo progetto di dottorato come calorimetria differenziale a scansione (DSC), termogravimetria (TGA), cromatografia di esclusione molecolare (SEC), microscopia a forza atomica (AFM), microscopia elettronica a scansione (SEM), spettrofotometria infrarossa a trasformata di Fourier in riflettanza totale attenuata (ATR-FTIR) e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).Le proprietà funzionali come le permeabilità al vapore acqueo (H2O), all’ossigeno (O2), al diossido di carbonio (CO2) o all’elio (He) sono state investigate, cosi come l’assorbimento di gas e/o vapori, le proprietà meccaniche e le proprietà di superfice.Nonostante i film di PLA assorbano linearmente CO2 a pressioni crescenti, l’assorbimento di tale gas è ridotto a basse pressioni in modo da non modificare le sue proprietà fisiche – come contrariamente osservato quando il PLA è esposto a CO2 ad alte pressioni – e da non influenzare negativamente il suo utilizzo come imballaggio alimentare. Ad ogni modo, quando i film di PLA sono esposti ad ambienti umidi, o quando sono immersi in acqua liquida, sono significativamente degradati per idrolisi dopo due mesi di stoccaggio a 50 °C (test accelerato). Questo deterioramento chimico è stato evidenziato da una significativa riduzione del peso molecolare del PLA che, conseguentemente, induce una sua perdita di trasparenza e ne incrementa la sua cristallinità. Inoltre, è stato evidenziato che il pH non influenza la velocità di idrolisi. Quest’informazione ha importanza pratica per possibili utilizzi di PLA come imballaggio di alimenti ad alta umidità.Il glutine è stato scelto per le sue alte proprietà barriera, quando è protetto da ambienti ad alta umidità. Si è visto che l’incorporazione di lipidi non porta con sé grandi miglioramenti nelle performances dei film a base di glutine. Invece, l’utilizzo della tecnologia di omogeneizzazione ad alte pressioni permette una migliore dispersione del glutine, ottenendo film più omogenei e con migliori proprietà funzionali. Questa tecnologia è stata quindi scelta per produrre i complessi multistrato, intercalando i film di glutine tra due film di PLA, usando il trattamento hot press (10 MPa, 130 °C, 10 min). Si è osservato che il trattamento hot press modifica le proprietà dei film di PLA, di glutine e dei film multistrato Hot press induce cristallizzazione in PLA, e conseguentemente aumenta le sue proprietà barriera complessive, approssimativamente al 40 % all’acqua e al 60 % all’ossigeno (...)
Los materiales plásticos tradicionales son utilizados en todos los campos de nuestra vida y en particular modo como embajales de productos alimenticios; los cuales después de ser utilizados contaminan y dañan nuesto medio ambiente. Materiales plásticos derivados de recursos naturales y biodegradables, como el ácido poliláctico (PLA) se encuentran actualmente disponibles en el mercado a pesar de sus menores performances. Este proyecto de doctorado está orientado 1) al estudio de la estabilidad de películas de PLA bajo diferentes condiciones como temperatura, humedad relativa, pH o exposición a vapores o gases, 2) comprender los efectos en las propiedades de las películas de PLA de algunos procesos industriales como el tratamiento corona y hot press, 3) desarrollar complejos multicapas de PLA y gluten que tengan propiedades barrera mejores que las de las películas individuales.Los embalajes a base de PLA han sido producidos por Taghleef Industries, productor líder en el sector y dotado de las infraestructuras industriales adaptadas a los tratamientos superficiales como el tratamiento corona. Las películas de gluten y los coatings han sido desarrollados a escala de laboratorio, así como los complejos tricapa PLA-gluten-PLA.Las propiedades físicas y químicas de las películas de PLA han sido investigadas a nivel de superficie así como a nivel de bulk. Diferentes técnicas de análisis, frecuentemente utilizadas en los campos de las ciencias de los materiales y de las ciencias de los alimentos, han sido empleadas en este proyecto como calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), cromotagrafía de exclusión por tamaño (SEC), microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier con reflectancia total atenuada (ATR-FTIR) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS).Las propiedades funcionales de los embalajes como las permeabilidades al vapor de agua, al oxígeno (O2), al dióxido de carbono (CO2) o al helio (He) han sido investigadas, asi como la absorción de gases/vapores, las propiedades mecánicas y las propiedades superficiales. A pesar de que las películas de PLA absorven linealmente CO2 a presiones mayores, la absorción del gas es reducida a bajas presiones y no modifica las propiedades físicas del PLA, como contrariamente sucede cuando el PLA es expuesto a altas presiones de CO2. Por lo tanto, su influencia en las propiedades funcionales del PLA es mínima en las normales aplicaciones alimentarias. De todos modos cuando los embalajes de PLA son expuestos a ambientes húmedos o cuando son sumergidos en agua, procesos de hidrólisis los degradan significativamente después de dos meses de conservación a 50 °C (test acelerado). Este deterioramiento químico ha sido evidenciado por una significativa reducción del peso molecular del PLA, que en consecuencia induce una pérdida de transparencia y un aumento de su cristalinidad. Además, se ha observado que el pH no influye en la velocidad de hidrólisis. Esta información tiene una importancia práctica para posibles usos del PLA como embalajes de alimentos a alta humedad. El gluten ha sido elegido por sus altas propiedades barrera cuando es protegido de ambientes a alta humedad. La incorporación de lípidos en las películas de gluten no han mejorado sus performances. Pero la tecnología de la homogenización a altas presiones ha permitido mejorar la dispersión del gluten, obteniendo películas más homogéneas y con mejores propiedades funcionales. Esta tecnología ha sido, por lo tanto, elegida para producir los complejos multicapa, intercalando las películas de gluten entre dos de PLA, utilizando el tratamiendo hot press (10 MPa, 130 °C, 10 min) (...)

La lésion de nerfs périphériques peut engendrer des déficits moteurs et/ou sensoriels permanents. En dépit des progrès techniques réalisés au cours de ces 25 dernières années, une récupération complète suite à ces lésions n’est pas encore possible aujourd'hui. L’autogreffe nerveuse, toujours considérée comme le standard clinique, est la seule technique capable d’offrir les meilleurs résultats en termes de récupération fonctionnelle. Cependant, la survenue de complications post-opératoires lors d’autogreffes d’un nerf et la quantité limitée de nerfs disponibles conduisent à mettre au point d’autres stratégies alternatives. Dans ce contexte, la mise au point de biomatériaux pour substituts nerveux devient une nécessité clinique. Malgré les efforts de la recherche, ces prothèses ne permettent toujours pas une régénération du nerf à la hauteur de l’autogreffe. Le biomatériau utilisé doit notamment présenter des propriétés physiques et chimiques proches de celui du nerf natif. La soie, aux propriétés mécaniques uniques, représente une bonne alternative pour mettre au point ce type de prothèses. En effet, la protéine de soie déjà utilisée dans le domaine biomédical est biocompatible. Les modifications chimiques de cette protéine améliore et favorise l’adhérence et la croissance cellulaires par l’incorporation de facteurs de croissance ou d’autres molécules d'intérêt. Ce travail de thèse propose de développer un nouveau type de biomatériau à base de soie fonctionnalisée par deux facteurs de croissance : le Nerve Growth Factor (NGF) et le Ciliary NeuroTrophic Factor (CNTF). Étant donné l’architecture complexe qui compose la structure nerveuse, une matrice supportant la repousse des tissus de façon orientée semble primordiale. Nous démontrons, dans un premier temps, le pouvoir de ces nanofibres alignées (produites par electrospinning) à orienter la régénération tissulaire de différents organes par culture d’explants. Les nanofibres de soie alignées, biocompatibles sont bio-activées par ajout de NGF spécifique de la régénération nerveuse. Cette matrice créée présente un gradient de concentration en NGF qui permet d’orienter la repousse axonale en stimulant la croissance axonale dans une seule direction. Afin d’optimiser la croissance de deux populations cellulaires, nous avons incorporé du CNTF pour produire des nanofibres bifonctionnalisées. Ces nanofibres bifonctionnalisées ont conduit à une longueur des neurites 3 fois plus grande à leurs contacts, stimulant la croissance des cellules gliales. Ainsi, nous avons produit des conduits nerveux à base de soie biofonctionnalisée pour implantation chez le rat. Les analyses physico-chimiques et les propriétés mécaniques démontrent le caractère biomimétique de nos tubes de guidage. Les premières études de la locomotion et l’observation de coupes du nerf sciatique de rat, suite à l’implantation de nos conduits donnent des résultats très prometteurs. L’ensemble de ces travaux démontre l’efficacité de nos guides nerveux à base de soie et les présente comme une alternative prometteuse à l’autogreffe nerveuse pratiquée en clinique
Peripheral nerve injury causes sensory and/or motor functions deficits. Despite technological advances over the past 25 years, a complete recovery from these injuries remains unsatisfactory today. The autograft still considered the "gold standard" in clinical practice. This is the only technique able to offer complete functional recovery. However, the occurrence of postoperative complications in autologous nerve and the limited amount of available nerves lead to develop alternatives strategy.In this context, development of nerve graft substitutes becomes by far a clinical necessity. Despite research efforts, these artificial prostheses design based on biomaterial doesn’t allow nerve regeneration as found in autograft nerve procedures. The biomaterial used must have the physical and chemical properties similar to that of the native nerve. Silk, well known for its unique mechanical properties, proposes a good alternative to develop these prostheses. Indeed, the silk protein is commonly used in the biomedical field and regenerative medicine. This protein biocompatibility may be improved through chemical modifications to promote adhesion and cell growth by the incorporation of growth factors or other molecules of interest. Therefore, this thesis proposes to develop a new type of functionalized silk biomaterial based on two growth factors : Nerve Growth Factor (NGF) and Ciliary NeuroTrophic Factor (CNTF). Given the complex architecture that consists of nerve structure, a matrix which is able to support and manage the outgrowth of tissue becomes essential. We demonstrate the power of these aligned nanofibers (produced by electrospinning) to guide and manage tissue regeneration from different organ explants culture. Aligned silk nanofibers, were biocompatible and bio-activated by adding NGF involved for nerve regeneration. This matrix has been created with a concentration gradient of NGF to guide neuritis outgrowth in only one direction. The presence of this gradient demonstrated a better axonal growth in one direction versus the uniform concentration conditions. Nerve cells consist essentially of two cell populations which are neurons and Schwann cells. To optimize the culture and growth of these two populations, in addition to NGF, we incorporated CNTF to produce bifunctionalized nanofibers. These biofunctionalised nanofibers led to a length 3 times larger on contact with neurites. The glial cells growth, alignment and migration were stimulated by CNTF. Thus, we produced bi-functionalized nerve guidance conduits for rat implantation. The physico-chemical analyzes demonstrate the biomimetic of our guide tubes. Early studies of locomotion and observing histological sections of rat sciatic nerve, following the implementation of our conduits gave very promising results.These studies demonstrate the relevance of our nervous guides’ silk-based developed as an effective alternative to nerve autograft performed in the clinic