Development of new anti-bioadhesive surfaces for specific neurodegenerative agents

par Tjaša Vrlinič

Thèse de doctorat en Chimie et physico-chimie des polymères

Sous la direction de Fabienne Poncin-Epaillard et de Miran Mozetič.

  • Titre traduit

    Développement de nouvelles surfaces anti-bioadhésives pour des maladies neurodégénératives


  • Résumé

    Ces travaux de recherche s’inscrivent dans le cadre du développement de nouvelles surfaces biocompatibles capables de contrôler l’adhésion d’agents pathogènes responsables de maladies neurodégénératives telles que les maladies de Creutzfeld Jacob, Alzheimer, Parkinson et Lewis. Deux axes de recherche ont été privilégiés. Notre approche se focalise en amont des dosages sur l’amélioration des procédures de stockage des prélèvements biologiques réalisés dans des tubes de type Eppendorf. Ces tubes en polypropylène induisent une perte du matériel génétique de plus de 70% accentuant la faible concentration en agent pathogène pour la détection immunoenzymatique. Dans le but de réduire les phénomènes indésirables d’adhésion des agents pathogènes à la surface des supports de stockage, deux voies de traitement ont été envisagées dans ce travail de thèse. La première consiste à modifier la surface du tube Eppendorf en une étape par décharge plasma fluoré, la seconde à créer de nouvelles surfaces hydrophiles en deux étapes couplant la technique des plasmas froids au greffage de polymères, les agents pathogènes pouvant être hydrophiles ou hydrophobes. Avec cette dernière technique, une voie originale a été abordée de part l’utilisation de solutions de greffage complexes composées à la fois de polymères et de molécules tensioactives. Les surfaces ainsi obtenues présentent une nano-structuration. Toutes les étapes de modification de la surface interne des tubes de stockage ont été caractérisées. Ces surfaces sont alors décrites selon leur caractère hydrophile ou hydrophobe grâce à la détermination des énergies de surface polaire et apolaire, selon leur charge de surface obtenue par mesure du potentiel d’écoulement, selon leur composition chimique déterminée par spectroscopie à photoélectrons X (XPS) et enfin selon leur topographie et leur rugosité relevées par microscopie à force atomique (AFM). Les interactions entre les groupements fonctionnels ainsi obtenus à la surface des tubes de stockage après les divers traitements et les protéines antigéniques considérées ont été interprétées en se référant aux différents modèles de l’adhésion pour des gammes de pH proches des protocoles biologiques usuels. Afin de s’assurer que ces nouvelles surfaces permettent bien une diminution de l’adhésion des agents infectieux sur la paroi interne des tubes de polypropylène, des analyses immunoenzymatiques ont été réalisées au sein des centres hospitaliers participant au projet STREP NEUROSCREEN n° LSHB-CT 2006-03 7719 (CRPP de Liège et CHU de Lyon). Ces analyses ont permis de montrer que la modification des surfaces entraîne une diminution de l’absorption des agents pathogènes jusqu'à 100% permettant ainsi une meilleure détection.


  • Résumé

    The research work presented in this thesis considers the development of newµbiocompatible surfaces that are able to control the adhesion of specific proteins responsible for the development of neurodegenerative diseases such as Creutzfeldt–Jakob, Alzheimer, Parkinson and Lewis body disease. Our approach was focused on problems prior to the detection step, which were never considered before, particularly on the improvement of Eppendorf tubes that are used for the storage of body fluids like cerebrospinal fluid and blood. Namely these tubes made of polypropylene induce the depletion of biological material, in some cases even over 70%, resulting in a low concentration of these proteins for the further immunoenzymatic detection. With the purpose to reduce the adhesion of specific proteins on the surface of supports, two courses of treatments were anticipated. The first one consists of surface modification by highly reactive fluorine plasma treatment and the second one incorporates development of new hydrophilic surfaces by coupling two techniques, plasma activation and subsequent grafting of polymer materials. With the latter approach, an original way of surface modification has been attained by using complex solutions of polymers and surfactants that permits controlled configuration of nanostructured surfaces. All steps of surface modifications were well characterized by different physicochemical methods. The surface hydrophilic/hydrophobic character was determined by measurements of polar and apolar surface energy, surface charge by magnitude of zeta potential, surface chemistry was evaluated by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), while the surface roughness and topography were monitored by atomic force microscopy (AFM). The interactions between functional groups of treated supports and proteins were interpreted referring to different models of adhesion established for a range of pH values close to the classical biological protocols. Finally, in order to validate that the new surfaces are able to prevent or decrease the adhesion of neurodegenerative agents on the surfaces of Eppendorf tubes, the immunoenzymatic analyses were carried out in hospital centres of partners that were participating to the project STREP NEUROSREEN n° LSHB-CT-2006-03 7719 (Centre de Recherche sur les Protéines Prion; Liege (ULG), Hospices Civils de Lyon (CHUL) and Lancaster University (L-UNI)). These analyses showed that the treatments led to a decrease of antigen adsorption up to 100%, enabling (allowing) better detection of pathogenic agents.


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