Academic literature on the topic 'Polymères biosourcés – Conception – Évaluation'

L'utilisation de ressources renouvelables et la production de matériaux biodégradables sont des solutions adaptées afin de diminuer l'impact environnemental du secteur des plastiques. Il existe donc une demande du marché pour des produits écoresponsables, à condition que ces derniers soient techniquement et économiquement compétitifs par rapport aux matériaux classiquement utilisés. Dans le domaine de l'emballage alimentaire, une technique très employée permettant la réalisation de matériaux performants est la création de structures multicouches combinant avantageusement les propriétés de différents thermoplastiques. Néanmoins, de tels matériaux multi-matières sont difficilement recyclables, leur biodégradabilité devient alors une propriété pertinente. Cette étude propose la réalisation de films souples biosourcés et biodégradables pour l'emballage alimentaire, à partir du polylactide et de coproduits de l'huilerie en tant qu'additifs, notamment les condensats de désodorisation. Parmi ces derniers, la solubilité partielle de leurs molécules ainsi que l'effet synergique des constituants liquides et solides à température ambiante, en fonction de la longueur et du degré d'insaturation de leurs chaînes alkyles, ont été montrés comme responsables de l'augmentation de la ductilité du PLA, permettant néanmoins de conserver sa vitrosité à température ambiante et son intéressante rigidité. L'ajout de PHBV au PLA formulé avec les coproduits de l'huilerie a également été étudié, engendrant principalement une amélioration significative de la tenue thermomécanique du matériau. Des essais d'accroissement d'échelle comprenant la production de granulés, l'extrusion à plat de films ainsi que leur impression sur des machines industrielles ont été réalisés. Enfin, avec l'aide du Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE), la conformité du film développé avec les exigences légales concernant les matières thermoplastiques destinées au contact des aliments, mais également son aptitude à la biodégradation selon la norme EN 13432, ont été vérifiées
The use of renewable resources and the production of biodegradable materials are appropriate solutions to reduce the environmental impact of the sector of plastics. There is thus a demand for eco-friendly products on the market provided they obtain performance equal or superior to synthetic materials currently used. One possibility, widely used in the food sector, to achieve efficient packaging film is the creation of multilayer structures by combining advantageous properties of different plastics. In this case, recycling of materials is difficult and the biodegradability of the packaging becomes relevant. This study proposes designing biobased and biodegradable films for food packaging from polylactide and co- products of the oil mill industry as additives, in particular the deodorization condensates. Among these lasts, the partial solubility of their molecules and the synergetic effect of the liquid and solid fat components at room temperature, depending on their alkyl chain length and unsaturation ratio, have both been observed to be responsible for the ductility increase, while the higher than room temperature glass transition of PLA and its interesting rigidity were retained. Addition of PHBV to the formulated PLA with oil by-products has also been studied, mainly leading to a significant improvement in the thermomechanical resistance of the material. Scaled-up trials comprising the production of formulated pellets, cast extruded films and their printing using industrial devices were performed. Finally, with the help of the “Laboratoire National de Métrologie et d’Essais” (LNE), the compliance with requirements of Food Contact Material regulation of a formulated film of PLA, as well as its biodegradability according to the EN 13432 standard, have both been proved

Les nanoparticules d'argile sont des ressources naturelles largement disponibles et peu coûteuses présentant de nombreuses caractéristiques telles qu'une grande surface spécifique, une imperméabilité aux gaz, ainsi que des propriétés mécaniques et thermiques élevées. Elles ont donc attiré depuis plus de trois décennies une attention particulière, notamment pour le renforcement des matériaux à base de polymères. Cependant, les nanoparticules d'argile à l'état natif souffrent d'une incompatibilité, donc de faibles interactions interfaciales et de d'une mauvaise dispersion avec/dans la plupart des matériaux polymères organiques à cause de leur hydrophilie intrinsèque et des fortes interactions entre les feuillets constitutifs. Ainsi, l'un des principaux défis dans le développement de nanocomposites polymères à base d'argile (NAPs) avec des propriétés mécaniques avancées repose sur le contrôle au niveau à l'échelle moléculaire des propriétés interfaciales entre l'argile et la matrice polymère. En tenant compte des critères du développement durable, du génie civil et de l'économie verte, nous avons développé, dans la première partie de cette thèse, des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés qui peuvent être incorporés dans une grande série de matrices (bio)polymères en donnant lieu à de fortes interactions avec les dites matrices et conduisant pour un à des comportements mécaniques améliorés. Afin de mieux répondre à ces spécificités, nous avons mis en oeuvre des approches vertes pour la préparation de ces nano-renforts génériques, à savoir la photopolymérisation a été utilisée comme faible consommateur d'énergie et une méthode rapide et peu énergivore pour la fonctionnalisation de surface des argiles, un protocole sans solvant a été utilisé pour préparer des nanocomposites ternaires, tandis que des biopolymères (amidon, cellulose) ou des précurseurs d'origine biologique (huiles végétales époxydées) ont servi de milieux de dispersion. Les résultats principaux issus de cette première partie peuvent être résumés comme suit : - La morphologie et la réactivité des nano-renforts d'argile sont aisément contrôlées en ajustant le temps de photo-polymérisation et en choisissant un monomère vinylique approprié. - Les méthodes de préparation permettent la préparation d'échantillons de à l'échelle des grammes. - La chimie surface des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés peut être ajustée afin d'assurer la compatibilité avec les des biopolymères préformés thermoplastiques et des résines thermodurcissables, tels que l'amidon et les résines époxyde biosourcées, respectivement. - Les propriétés mécaniques des nanocomposites ternaires ainsi obtenus sont fortement améliorées comparés aux en comparaison des matrices polymères pures grâce à la dispersion homogène et fine des feuillets du nano-renfort dans la matrice polymère et aux fortes interactions interfaciales entre ces deux constituants
Clay nanoparticles (CNP) are abundantly available low-cost natural resources with numerous positive attributes such as large surface area, impermeability to gas, superior mechanical and thermal properties so that they have attracted over the last three decades significant attention, notably for the reinforcement of polymer-based materials. However, CNP suffer from incompatibility, hence weak interfacial interactions and poor dispersion with/in most of organic polymeric materials because of their intrinsic hydrophilicity and strong interlayer interactions. This limitation is one of the major reasons why polymer nanocomposites have to date remained mainly in laboratories. Thus, one of the key challenges in developing clay-based polymer nanocomposites (PCNs) with advanced thermo-mechanical, gas barrier...properties relies on the control at the molecular level of the interface properties of clay nanoplatelets-filled polymer resins. Taking into account the criteria for sustainable development, civil engineering and green economy, we have developed, in the first part of this thesis, reactive and pre-exfoliated clay nanofillers that may be further incorporated in a diverse set of biopolymer matrices and giving rise to strong energy interactions with the said matrices for improved mechanical behavior. To ensure a closer fit of these specifications we have implemented green approaches for the preparation of these generic nanofillers, namely photopolymerisation was used as a low energy consumption and fast method for the surface functionalization of native clays, solvent-free protocols were applied to prepare polymer nanocomposites, while biopolymers (starch, cellulose) or bio-based precursors (epoxidized vegetal oils) served as dispersion media. By controlling the preparation conditions, reactive clay nanofillers with adjustable interlayer spacing and chemical surface reactivity were prepared. Of particular interest is that the layered-like structure of the clay nano ller is preserved while the d-interlayer spacing can be increased though increasing the photopolymerization time, i.e. amount of polymer within the clay nanosheets. Our major results from the the first part can be summarized as follows: Morphology and reactivity of clay nanofillers are easily controlled though adjusting the photopolymerization time and selecting adequate vinyl monomer. - The newly preparation methods allow preparation of samples beyond the gram-scale. - Reactive and surface chemistry of pre-exfoliated clay nanofillers can be tuned to provide compatibility with both conventional preformed biopolymers and bio-based epoxy resins. - The mechanical properties of the resulting polymer nanocomposites are improved as compared to the neat polymeric matrices owing to the strong interface interaction between fillers and dispersion matrices

De nos jours, l’une des avancées majeures dans l’administration de médicaments est leur conjugaison à des plateformes polymères. Ce travail est donc focalisé sur la vectorisation d’antitumoraux phosphorés greffés sur deux plateformes polymères naturelle ou synthétique. La conception, la synthèse et l’évaluation biologique de ces conjugués ont été étudiées. Nous avons alors vectorisé des bisphosphonates en les conjuguant à un support macromoléculaire polymère inerte naturel : le dextrane ou synthétique : cos HPMA afin de changer leur cible naturelle qui est l’os. Pour les conjugués naturels biodégradables, nous avons synthétisé deux systèmes CMD-BP, caractérisés et évalués biologiquement in vitro et in vivo. Par ailleurs, pour les conjugués synthétiques, nous avons développés différentes familles de comonomères méthacryliques bioactifs avec des longueurs de chaîne variées ainsi que des espaceurs da nature chimique différente entre le groupement méthacrylate et le bisphosphonate. Nous avons par la suite copolymérisé ces monomères originaux avec le HPMA utilisant la RAFT, technique qui nous a permis d’obtenir des cos portant le BP avec une distribution étroite et une masse moléculaire contrôlée
Nowadays, one of the major advances in drug delivery systems is their conjugation to polymeric platforms. This work is focused on the vectorization of the phosphorus antitumor agent by their grafting into natural or synthetic polymeric platforms. The design, synthesis and biological evaluation of these conjugates were studied. We have then vectorized the bisphosphonates by using inert polymeric macromolecular carrier either natural: dextran or synthetic HPMA copolymers in order to change their natural target which is bone. For the biodegradable natural conjugate, we have synthesized two CMD-BP systems, which are characterized and evaluated biologically in vitro and in vivo. Moreover, for the synthetic conjugates, we developed different families of bioactive methacrylic comonomers bearing bisphosphonates which have different chain length and linkers with various chemical nature between the methacrylate group and bisphosphonate. Afterwards, the original monomers were copolymerized with HPMA using the RAFT polymerization; this allowed to obtain copolymers bearing BP with a narrow size distribution and controlled molecular weight

Dans ce travail de thèse, nous avons synthétisé des dérivés de poly(acide (R,S)-3,3-diméthylmalique) (PDMMLA). Les copolymères de PDMMLA sont composésprincipalement de deux monomères: un monomère hydrophobe contenant un groupementhexylique et un monomère hydrophile contenant un groupement acide. Grâce à la proportionde chaque monomère dans le copolymère final, la balance hydrophile/hydrophobe est ajustée.Donc six copolymères ont été obtenus: trois copolymères statistiques PDMMLAHn-co-Hex100-n et trois copolymères à blocs PDMMLAHn-b-Hex100-n. Ces copolymères sont àl’origine de nanoparticules sans et avec un principe actif. La Warfarine a été encapsulée à lafois avec des nanoparticules de PDMMLAHn-co-Hex100-n et de PDMMLAHn-b-Hex100-n.Les nanoparticules formées sont caractérisées afin d'en déterminer la forme, la taille et lacharge de surface. Donc des nanoparticules de forme sphérique, ayant une taille inférieure à100 nm et ayant une charge de surface inférieure à -30 mV ont été obtenues. Lesnanoparticules de PDMMLAH30-co-Hex70, ont été choisies pour étudier la libérationcontrôlée de la warfarine dans des conditions de température et de pH physiologiques. Lesrésultats obtenus montrent une libération lente et progressive de la warfarine à partir dessystèmes nanoparticulaires ainsi conçus et réalisés. De tels systèmes nanoparticulaires à basede dérivés amphiphiles du PDMMLA offriraient ainsi des outils d'intérêt pour l'encapsulationet la libération contrôlée de nombreux principes actifs hydrophobes tels que le dérivécoumarinique inhibiteur de la thrombine (DCBC) dont l'activité antithrombine en systèmepurifié est plus élevée que celle de l'argatroban
In this work we synthesized derivatives of poly((R,S)-3,3-dimethylmalic acid) (PDMMLA).PDMMLA copolymers are mainly composed of two monomers: a hydrophobic monomercontaining a hydroxyl group and a hydrophilic monomer containing an acid group. Due to theproportion of each monomer in the final copolymer, the hydrophilic / hydrophobic balance ismodulated. Thus, six copolymers were obtained: three random copolymers PDMMLAHn-co-Hex100-n and three block copolymers: PDMMLAHn-b-Hex100-n.These copolymers are at the origin of nanoparticles without and with an active principle.Warfarin, which has been successfully encapsulated with both PDMMLAHn-co-Hex100-nand block, copolymer nanoparticles: PDMMLAHn-b-Hex100-n. The formed nanoparticlesshowed fairly high encapsulation efficiency for both types of copolymers.The PDMMLA nanoparticles are characterized in order to determine their shape, size andsurface charge. Thus nanoparticles of spherical shape, having less than 100 nm size andhaving a surface charge of less than -30 mV have been obtained. The PDMMLAH30-co-Hex70nanoparticles were chosen to study the controlled release of warfarin under physiologicaltemperature and pH conditions. Obtained results show a slow and progressive release ofwarfarin. Such nanoparticulate systems based on amphiphilic derivatives of PDMMLA wouldthus offer tools of interest for the encapsulation and controlled release of many hydrophobicactive principles such as the coumarin derivative thrombin inhibitor (DCBC) whoseantithrombin activity in purified system is higher than that of argatroban

L’ARN interférence est un processus cellulaire qui permet, à l’aide d’ARN double brin, d’inhiber l’expression des gènes au niveau post-transcriptionnel. Ce mécanisme, très spécifique, est prometteur en vue d’applications thérapeutiques, mais la délivrance des siRNA aux cellules représente un obstacle majeur. Dans le cadre du transfert de gène, un des vecteurs de transfection les plus efficaces in vivo est la PEI, mais ce polymère cationique s’est révélé peu efficace pour la transfection des siRNA. Nous avons démontré que cette inefficacité provenait d’une instabilité des polyplexes, faute d’une coopérativité électrostatique suffisante entre les siRNA et le vecteur cationique. Afin d’obtenir un système efficace de délivrance des siRNA, il est donc nécessaire d’améliorer la stabilité des polyplexes. Pour cela, notre première approche a été de réticuler les complexes à l’aide de ponts disulfures, et la seconde a consisté en la modification de la PEI à l’aide d’acides aminés hydrophobes
RNA interference is a natural cellular process allowing post-transcriptional gene silencing. This specific mecanism, triggered by double-stranded RNA, is a revolutionary tool to study gene function and has potential therapeutic applications. By now, siRNA delivery is the major obstacle to widespread application of RNAi. PEI is one of the most efficient vectors for gene transfer in vivo. However, this cationic polymer has a low efficiency in delivering siRNA. In this work, we have demonstrated that PEI is poorly efficient, because polyplexes are instable, due to low electrostatic cooperativity between siRNA and the cationic vector. Therefore, it is necessary to improve polyplexes stability for efficient delivery. Our first approach consisted in polyplexes cross-linking with disulfure bridges. Then in a second approach, we have modified PEI with hydrophobic amino-acids, to favor vector-vector association

Les dispositifs de stockage et de récupération d'énergie existants souffrent des performances modérées, de la faible flexibilité et de l'utilisation de composés toxiques. Ainsi, l'approche nanocomposite céramique/polymère est très prometteuse pour les applications de stockage et de récupération d'énergie à haut rendement, en raison de la constante diélectrique élevée de la céramique et de la résistance à la rupture élevée, de la flexibilité et de la facilité de traitement du polymère. Cette thèse est articulée autour de la conception de nanocomposites céramique (BCZT)/polymère (PLA) pour répondre à ces exigences. Tout d'abord, des synthèses contrôlées de céramiques BCZT avec différentes tailles de particules, distributions de tailles et formes ont été réalisées et discutées. Les effets de la taille des particules et de la forme des grains des céramiques BCZT sur les propriétés diélectriques ont été étudiés. Il a été constaté que la céramique BCZT avec des particules presque sphériques élaborée par le procédé hydrothermal à basse température à 160 °C a révélé des propriétés diélectriques et ferroélectriques améliorées par rapport aux autres céramiques BCZT préparées par d’autres méthodes. Ensuite, des particules quasi sphériques BCZT, des nanorods BCZT et des nanofils HZTO ont été incorporés dans la matrice polymère PLA biodégradable. Les effets de la forme, de l’arrangement, de la constante diélectrique et du facteur de forme de la céramique sur la constante diélectrique du nanocomposite ont été étudiés en utilisant la constante diélectrique effective des modèles de nanocomposite. A l’issu de cette étude, il a été constaté que pour améliorer les propriétés diélectriques du composite, il n'est pas nécessaire d'utiliser des charges céramiques à haute permittivité mais plutôt, contrôler leurs géométries au sien du composite. Par la suite, les performances de stockage d'énergie des nanocomposites à base de PLA ont été évaluées par des boucles d'hystérésis D−E. Ainsi, une forte capacité de stockage énergie a été obtenue dans les nanocomposites à base de charges en forme de bâtonnets. L'aspect récupération d'énergie a été étudié en concevant un nanogénérateur piézoélectrique bio-flexible (BF-PNG) à base d’un film nanocomposite BCZT/PLA pour convertir l'énergie mécanique ambiante en énergie électrique. Ce BF-PNG pourrait générer une tension en circuit ouvert et un courant de court-circuit de 14,4 V et 0,55 µA respectivement, et une grande densité de puissance de 7,54 mW/cm3 à une faible charge résistive de 3,5 MΩ, sous un léger tapotement du doigt. La faisabilité du BF-PNG a été testée en pilotant l'électronique commerciale (charge de condensateurs et allumage d'une LED). En conséquence, ce travail démontre que la céramique écologique sans plomb BCZT en combinaison avec le biopolymère PLA peut conduire à des nanocomposites flexibles avec des performances améliorées de stockage et de récupération d'énergie pour des applications dans des dispositifs auto-alimentés
The existing energy storage and harvesting devices suffer from the moderate performances, low flexibility and the use of toxic compounds. This is how ceramic/polymer nanocomposite approach is highly promising for high-efficiency energy storage and harvesting applications, due to the high dielectric constant of the ceramic and the high breakdown strength, the flexibility and the ease of processing of the polymer. This thesis focuses on designing ceramic (BCZT)/polymer (PLA) nanocomposites for these applications. First, controlled syntheses of BCZT ceramics with different particle sizes, size distributions and shapes were performed and discussed. The effects of grain size and grain shape of BCZT ceramics on the dielectric properties were studied. It was found that the BCZT ceramic with near-spherical particles elaborated by low-temperature hydrothermal processing at 160 °C revealed enhanced dielectric and ferroelectric properties compared to the BCZT ceramics synthesized by other methods. Second, BCZT near-spherical particles BCZT nanorods and HZTO nanowires were embedded in the biodegradable PLA polymer matrix. The effects of the ceramic shape, arrangement, dielectric constant and aspect ratio on the dielectric constant of the nanocomposite were explored using the effective dielectric constant of the nanocomposite models. It was found that for improving the dielectric properties of the composite, it is important to control the ceramic fillers geometry rather the use of high-k ceramics. Afterwards, the energy storage properties of PLA-based nanocomposites were evaluated by D−E hysteresis loops, and high-energy storage performances were obtained in the nanocomposites based on rod-like fillers. The energy harvesting aspect was investigated by designing a bio-flexible piezoelectric nanogenerator (BF-PNG) based on BCZT/PLA nanocomposite film to convert the ambient mechanical energy to electrical energy. This BF-PNG could generate open-circuit voltage and short-circuit current of 14.4 V and 0.55 µA, respectively, and large power density of 7.54 mW/cm3 at a low resistive load of 3.5 MΩ, under gentle finger tapping. The feasibility of the BF-PNG was tested by driving commercial electronics (charging capacitors and lighting an LED). Accordingly, this work demonstrates that BCZT lead-free ceramic in combination with PLA biopolymer can lead to flexible nanocomposite with enhanced energy storage and energy harvesting performances for application in self-powered devices

Les plaies chroniques présentent un risque d’infection entrainant un retard de la cicatrisation et des douleurs intenses. Ils restent un problème de santé publique car leur prise en charge génère un coût élevé. Les pansements à base d’argent sont largement utilisés pour traiter les plaies déjà infectées ou présentant un risque infectieux. Néanmoins, les effets toxiques de l’argent envers les fibroblastes et les kératinocytes entraînent une perception limitée de l’efficacité remettant en cause leur bénéfice. Dans ce contexte, le projet de thèse a consisté en la conception d’un pansement à libération de deux principes actifs : un sel d’argent pour traiter l’infection et de l’ibuprofène pour soulager la douleur. Le pansement est enrobé par un système multicouches (PEM) afin de ralentir la diffusion de l’argent vers la plaie et au même temps fournir un environnement humide. Dans un premier temps, un textile en polyester a d’abord été fonctionnalisé soit par le chitosan, soit par la β-cyclodextrine tous les deux réticulés par l’acide citrique afin de former des charges négatives en surface du polyester, pour ensuite charger l’argent dans le textile. Puis le système PEM a été construit par la technique de « dip-coating » en utilisant le chitosan comme polyelectrolyte positif et la poly-cyclodextrine comme polyelectrolyte négatif. Après, un traitement thermique a été réalisé pour stabiliser les assemblages. Le système PEM a présenté une évolution linéaire en terme de gain de masse en fonction du nombre de couches déposées. La quantité d’argent et d’ibuprofène chargé sur les supports a été de 240 μg/cm2 et de 200 μg/cm2, respectivement. D’autre part, le profil de libération de l’argent atteint 3 μg/cm2 à 72 heures tandis que la libération de l’ibuprofène est prolongée jusqu’à 6 heures dans le PBS, sous conditions statiques. Les études biologiques ont montré la cytocompatibilité du pansement vers les cellules épithéliales embryonnaires de poumon humain (lignée L132) et une excellente activité antibactérienne contre les souches S. aureus et E. coli. Finalement, une étude préliminaire a été réalisée in vivo chez la souris C3H/HE présentant une plaie infectée par E. coli. Les pansements testés ont été appliqués sur les plaies et maintenus pendant 3 jours. Seul le pansement ne contenant pas d’argent (contrôle négatif) présentait encore une colonisation par E. coli
Chronic wounds present a risk of infection, delaying the healing process and leading to severe pain. Chronic wounds represent a public health problem that generates high costs. Silver dressings are widely used to treat wounds already infected or with a risk of infection. Nevertheless, the toxic effect of silver toward fibroblasts and keratinocytes generates a perception lack of efficacy and cost effectiveness, and question their effectiveness as well as its safety. The goal of this work was to design a wound dressing releasing two active ingredients: a silver salt to treat the infection and ibuprofen to relieve the pain. The dressing was coated by a layer-by-layer (L-b-L) system to slow down silver diffusion into the wound and at the same time provide a moist environment to the wound. First, a nonwoven polyester textile was functionalized by chitosan or by β-cyclodextrin polymer, both crosslinked with citric acid under curing conditions to form a thermofixed negatively charged layer at the surface textile to then loaded silver onto the textile. Next, a L-b-L system was built on the support by alternating self-deposition of CHT as cationic polyelectrolyte and cyclodextrin polymer as anionic polyelectrolyte. A curing process was applied to stabilize the L-b-L system. L-b-L system showed a linear evolution of the weight gain in relation to number of layers formed. Loaded silver and ibuprofen reached up to 240 μg/cm2 and 200 μg/cm2 respectively. Silver was released up to 3 μg/cm2 after 3 days in PBS under static conditions, and ibuprofen was released up to 6 hours under the same parameters. Biological studies proved the dressing cytocompatibility using human lung normal cell lines (L132). In vitro microbiological evaluation showed greater antibacterial activity of the dressing against S. aureus and E. coli. Finally, a preliminary in vivo study was performed in C3H/HE mice with a wound infected by E. coli. The dressings tested were applied to the wounds and were maintained for 3 days. Only the free silver-dressing (negative control) showed a colonization by E. coli

La recherche sur le cancer se tourne vers le développement de la nanomédecine, c’est-à-dire l’utilisation de nanoparticules pour augmenter l'efficacité thérapeutique et réduire la toxicité du traitement. Dans ce contexte, ces travaux ont été consacrés à la conception de nano objets pour des applications en thérapie anticancéreuse. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant plusieurs ligands peptidiques RGD ciblant l’intégrine αvβ3, récepteur transmembranaire jouant un rôle clé dans l’angiogenèse. Dans un premier temps, nous avons synthétisé plusieurs composés en faisant varier la structure du châssis peptidique afin de moduler la présentation des ligands RGD lors de leur interaction avec l’intégrine αvβ3. L’évaluation biologique in vitro des différents composés synthétisés suivi d’une étape de simulation de dynamique nous a permis de déterminer une présentation optimale des ligands RGD. Nous avons ensuite développé une nouvelle voie de synthèse combinant deux réactions orthogonales catalysées au cuivre permettant l’accès à ces vecteurs peptidiques avec de meilleurs rendements et avec un temps de synthèse réduit par rapport à la voie classique. Finalement, nous avons greffé les clusters de RGD sur des nanoparticules lipidiques, puis polymériques, afin d’apporter un élément de ciblage. Ces deux projets ont été réalisés à travers des collaborations, respectivement avec le laboratoire du Prof. Patrick Couvreur (nanoparticules de squalène) et avec le laboratoire du Dr Marie-Thérèse Charreyre (nanoparticules de copolymères NAM/NAS). Ces systèmes ont ensuite été étudiés in vitro pour des applications en thérapie et en imagerie
Cancer research is now taking advantage of nanomedicine that is to say the use of nanoparticles to increase treatment efficiency and reduce toxicity. In this context, this work has been devoted to the design and synthesis of nano objects for applications in cancer therapy. These systems are based on a cyclodecapeptidic molecular scaffold presenting several RGD peptidic ligands targeting the αvβ3 integrin, a transmembrane receptor playing a key role in angiogenesis. We first synthesized several compounds by modifying the structure of the peptidic scaffold in order to alter the presentation of the RGD ligands during their interaction with the αvβ3 integrin. Biological in vitro evaluation of the different synthesized compounds followed by dynamics simulation allowed us to identify an optimal presentation of the RGD ligands. We then developed a new synthesis combining two orthogonal copper-catalyzed reactions yielding those peptidic vectors with lower reaction times and better yields compared to the classic synthesis. We finally grafted the RGD clusters on lipidic, then polymeric nanoparticles to add targeting moieties. Both projects were realized through collaborations, respectively with Prof. Patrick Couvreur’s lab (squalene nanoparticles) and Dr. Marie-Thérèse Charreyre’s lab (NAM/NAS copolymers). Those systems were then evaluated in vitro for applications in therapy and imaging

Le travail de recherche présenté dans ce manuscrit fait partie intégrante d’un projet de recherche collaborative financé par l’Union-Européenne (Il s’agit d’un projet H2020 de type « Marie-Curie Action »), dénommé HUGS (pour « HUmins as Green and Sustainable precursors for eco-friendly building-blocks and materials »). Ce projet de recherche implique 5 partenaires (INERIS/UTC, France, Avantium, Pays-Bas, Université de Sophia Antipolis/CNRS, France, l’université de Cordoue, Espagne et le LIKAT de l’université de Rostock en Allemagne). La recherche menée dans ce projet est essentiellement structurée via la mise en place de 5 programmes sous-jacents de doctorat (intitulé « Doctorat industriel européen » dans l’appel d’offre H2020 (H2020-MSCA-ITN-2015) auquel a répondu le consortium de recherche), mis en place lors du lancement du projet « HUGS » en 2016. L’objectif premier du projet HUGS concerne l’étude de divers chemins de valorisation à haute valeur ajoutée des humines. Ces résidus de biomasse, à l’instar des lignines se présentent comme des sources de carbone renouvelable à faible coût, en émergence dans nombre de bioraffineries modernes. Les humines sont des résidus complexes résultant du procédé de déshydratation par catalyse acide des polysaccharides (sucres en C5 et C6) contenus dans la biomasse lignocellulosique, ayant des cycles furaniques dans sa structure polymère. Le travail présenté ici est centré essentiellement sur les questionnements de sécurité soulevés par la phase de développement du projet. De manière plus ciblée, des actions prioritaires ont été définies, à savoir l’obtention d’un premier profilage des risques à caractère physicochimique des humines, ainsi qu’une première évaluation des risques des composés furaniques, lesquels constituent une famille de composés potentiellement très grande et représentent une voie encourageante vers le développement de nouveaux synthons au service d’une économie biosourcée. Les humines étant des résidus fatals, leur réutilisation sure et durable constitue aussi une étape stratégique dans le contexte de l’économie circulaire. De manière opérationnelle, le travail a compris les principaux axes de recherche suivants : • Revue bibliographique continue tout au long du travail de thèse concernant les humines, les composés furaniques et les matériaux associés (polymères) en termes de données relatives à la sécurité et ayant conduit aux principales informations suivantes: o Rareté /absence d’études sur les dangers physiques des humines et nombres de composés furaniques, car ces produits sont souvent au premier stade de leur développement o Malgré une la disponibilité très limitée de données pertinentes sur la sécurité, le constat est fait que les aspects de toxicité (par ingestion) sont le plus souvent le point focal des études, au détriment de l’examen des dangers physiques.o Seuls quelques composés furaniques (ethers, esters) ont spécifiquement fait l’objet de l’étude de certaines caractérisations en lien avec la sécurité (par exemple en termes de stabilité thermique), dans le cas d’application comme composants biosourcés de carburants innovants o De nombreuses variables influent sur les caractéristiques des humines et notamment leur méthode de production : ce qui signifie que les résultats obtenus sur les humines dans le cadre de ce projet (une seule source d’approvisionnement) mériteraient des travaux de consolidation dans le futur • Développements analytiques intégrant un premier examen de la distribution des points d’éclair en fonction des chaleurs de combustion des composés furaniques et une analyse des chaleurs de combustion de ces mêmes composés furaniques
The present research work was integrated as part of the EU-funded project named HUGS (HUmins as Green and Sustainable precursors for eco-friendly building blocks and materials), involving 5 main partners (Institut national de l'environnement industriel et des risques - France, Avantium - the Netherlands, Institut de Chimie de Nice - France, Universidad De Cordoba- Spain and Leibniz - Institut Fur Katalyse Ev An Der Universitat Rostock- Germany). The project is essentially supported through five European Industrial Doctorate fellowships put in place when the HUGS-MSCA-ITN-2015 program was launched in 2016. The primary objective of the HUGS project was to explore several valorization pathways of so-called “humins” in order to add value and create better business cases. Humins (and similarly lignins) are the side products that may become low-cost feedstock resulting from a number of future biorefineries and sugar conversion processes. Humins are complex residues resulting from the Acid-Catalyzed Dehydration and condensation of sugars, having furan-rings in their polymeric structures. The work presented in this specific part of the HUGS project is essentially focusing on safety-related topics of all components and subsequent applications related to sugar dehydration technology. Priority actions were devoted to a first insight on the characterization of physicochemical safety profiles of the side-product humins and main (parent) furanic products. Some members of this large family of compounds (e.g. RMF and FDCA) have high volume potential which results in opening new doors towards the development of furanbased building blocks and a bio-based economy. Humins are residues or side products which can be burnt for energy. However, its safe and sustainable use in high-value applications could also become a key milestone in the so-called circular economy. In practice, the work has been developed in two main locations: primarily at the INERIS lab, located in Verneuil-en-Halatte and at Avantium, located in Amsterdam. Nearly all experimental research after the production of the components at Avantium was performed at INERIS. This involved the evaluation of physicochemical hazards of both humins (crude industrial humins and humin foams obtained by thermal curing) and a series of furanic compounds. Avantium is involved in the commercialization of humins, furanics and furanic polymers/materials as novel chemicals and materials. The work has encompassed: An extensive bibliographical review of humins, furanics, and their related products (polymers, composites) resulted in the following main conclusions o A lack of physicochemical safety-oriented studies for many furanic compounds and for humins was observed as these products are still in the early stage of development and only a few may be commercialized in the next 5 years.o Despite the limited availability of safety-related data, more studies on toxicity aspects have been conducted for a selected number of furanics than physicochemical safety-related aspects. o A few furanic family members that have been evaluated as biofuel components were found to have given better emphasis on addressing some physicochemical safety attributes. o Every modification of the process for acid-catalyzed sugar dehydration (such as solvent, temperature, residence time and sugar concentration) will result in different humins, which would certainly demand further characterization and safety profiling of the resulting humins. • Analytical development integrating the first examination of flash point distribution versus the Net Heating Values, and analysis of total heats of combustion of furanic compounds. • Design and development of experimental plan addressing the safety-related key parameters such as thermal stability, self-heating risks, fire-risk-assessment and flammability limits depending on the need for specific tests and availability of the test samples