Membrane functionalisation using polyrotaxanes with amphiphilic cyclodextrins

par Martin Bauer

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Carlos Marques, Werner Kunz et de Jean Daillant.

Soutenue en 2011

à Strasbourg en cotutelle avec Regensburg - Allemagne .

  • Titre traduit

    Fonctionnalisation de membranes par polyrotaxanes de cyclodextrines amphiphiles


  • Résumé

    Ce travail est destiné à la conception et à la caractérisation d’une nouvelle famille de ligands attachés, appelé “Sliding Tethered Ligands” (STLs). Ils sont à base de complexes topologiques entre des polymères et des cyclodextrines amphiphiles (CD), qui peuvent être insérées dans les membranes phospholipidiques. Au début, nous étudions les propriétés d’insertion membranaire des dérivés de CD amphiphiles modifiées avec du cholestérol, qui sont des ancres membranaires appropriées pour les STLs. Avec l’aide de la réflectivité de neutrons on peut démontrer que les résidus de CD montrent une remarquable adaptabilité de conformation et que les cavités de CD restent accessibles lors de l’insertion dans des membranes modèles lipidiques. Nous avons développé une voie de synthèse pour assembler le STL à partir des polyrotaxanes avec un très bas nombre contrôlé des CDs mono-modifiées avec un groupe azido, enfilées sur une chaine de polyéthylène glycol (PEG). En utilisant de nouvelles méthodes in situ les polyrotaxanes sont bouchonnés avec des ligands d’adamantane, qui peuvent être reconnus par des récepteurs de beta-CD. Par ailleurs, une ancre membranaire de cholestérol est jointe aux CDs complexées afin de permettre au STLs à s’insérer dans les membranes. Nous démontrons que les STLs sont très bien ancrés dans des membranes modèles phospholipidiques (DPPC). Pour des densités de polymère suffisamment élevées les STLs forment des brosses de polymères qui suivent les lois d’échelle prédite par la théorie du champ moyen. En utilisant une machine de force, nous montrons que des membranes modèles modifiées avec des STLs et des récepteurs de cholestérol beta CD donnent lieu aux profils d’interaction typiques entre des ligands et des récepteurs.


  • Résumé

    This work is aimed at the design and characterisation of a new family of tethered ligands, called sliding tethered ligands (STLs). They are based on topological complexes between polymers and amphiphilic cyclodextrins (CDs), which can be inserted into phospholipid membranes. At first we investigate the membrane insertion properties of amphiphilic cholesteryl CD derivatives, which are suitable membrane anchors for the STLs. With the help of neutron reflectivity it can be demonstrated that the CD residues show a remarkable conformational adaptability and that the CD cavities remain accessible upon insertion into lipid model membranes. We have developed a synthetic pathway to assemble the STLs from polyrotaxanes with a controlled low number of mono-modified azido-alpha-CDs, threaded on a polyethylene glycol (PEG) chain. Using newly developed in-situ capping methods the polyrotaxanes are endcapped with adamantane ligands, which can be recognized by a beta-CD receptor. Furthermore a cholesteryl anchor is attached to the threaded CDs in order to enable the STLs to insert into membranes. We demonstrate that STLs readily insert into phospholipid (DPPC) model membranes using IR Absorption Reflection Spectroscopy and investigating the film morphology by Brewster Angle Microscopy and Atomic Force Microscopy. Applying neutron reflectivity it is shown, that for sufficiently high polymer densities the STLs form polymer brushes, which follow the scaling laws predicted by the mean field theory. Using the surface force apparatus it is evidenced that model membranes modified with STLs and cholesteryl beta-CD receptors give rise to typical tethered ligand - receptor interaction profiles.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (258 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 237-258

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;1246
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