Syntheses and uses of modified polyelectrolytes for therapeutic hydrogels and films with controlled and selective protein adsorption

par Johanna Davila Ramos

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Philippe Mésini.

Soutenue le 13-04-2012

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg) , en partenariat avec Institut Charles Sadron (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Yves Holl.

Les rapporteurs étaient Alain Durand, Vincent Roucoules.

  • Titre traduit

    Synthèse et mise en oeuvre de polyélectrolytes modifiés pour des hydrogels thérapeutiques et des films à adsorption sélective et contrôlée de protéines


  • Résumé

    La première partie de cette thèse est dédiée à la modification de polyélectrolytes pour former des films de multicouche de polyélectrolytes (PEM) ayant des propriétés d’adhésion de protéine et de cellules bien contrôlées et modifiables par étirement. L’acide polyacrylique a été modifié avec des groupes latéraux phosphorylcholine (PC) à des taux de 25 % (PAA-PC) ou avec des chaînes oligo(éthylène oxyde) terminées par la biotine : (EO)nBiotine (n = 0, 3, 9 et 18) avec de taux de modification de 1, 5, 10 ou 25 %. Des PEM incorporant ces polymères lient spécifiquement la streptavidine et repoussent tout autre protéine. Les propriétés d’adsorption et la sélectivité de ces PEM ont été mesurées par microbalance à quartz. Sur un substrat de PDMS étirables, on a construit des PEM terminés par un PAA portant des RGD recouvert par deux couches contenant PAA-PC. Au repos, seuls les PC sont exposés et inhibent l’adhésion cellulaire ; sous étirement, les groupes RGD sous-jacents sont exposés et déclenchent l’adhésion de fibroblastes.La deuxième partie est consacrée à l‘étude d’acide polyméthacrylique modifié hydrophobiquement avec des chaînes alkyle liées par des esters à la chaîne principale. 3 chaînes différentes ont été greffées : -C12H25 ; -C18H35 et C4H8-OOC- C11H23 avec des taux de 1, 5 and 10 %. Ces polymères sont associatifs et forment des hydrogels dans des tampons physiologiques pour des taux de modifications de 5% et des concentrations supérieures à 4% en poids. Ces gels ont été caractérisés par des mesures rhéologiques. Leur incubation avec des lipases provoque une baisse de leur viscosité, interprétable par une coupure des esters. Quand les gels faits à partir du PAA-C12 sont incubés avec une culture de Pseudomonas aeruginosa, la viscosité baisse également, ce qui montre que les chaînes sont également coupées in vivo.


  • Résumé

    The first part of this thesis is dedicated to the modification of polyelectrolytes to form polyelectrolyte films with controlled and stretch responsive cell and protein adsorption properties. Poly(acrylic acid) (PAA) was modified with side phosphorylcholine groups (PC) at rates of 25 % or with oligo(ethylene oxide) chains ended by biotin ((EO)nBiotin, (n =0, 3, 9 and 18) at 1, 5, 10 and 25 % modification rates. Polyelectrolytes multilayer films (PEM) containing these polyelectrolytes bind selectively streptavidin but repel all other proteins. The adsorption properties and selectivity were measured by quartz crystal microbalance. On a stretchable PDMS substrate, we have built PEM ended by PAA bearing RGD, covered by two PAA-PC layers on the top. Under rest, only the PC groups are exposed and prevent cell adhesion; when the film is stretched, the underlying RGD groups are exposed, and trigger adhesion of fibroblasts.The second part was consecrated to the study of poly(methacrylic acid) hydrophobically modified with alkyl chains connected through an ester moiety to the main chain. Three different chains were grafted -C12H25; -C18H35 and -C4H8- OOC-C11H23 with a rate of 1, 5 and 10 %. These polymers associate in water and form hydrogels in physiological buffer, for modification rates higher than 5 % and polymer concentrations higher than 4 wt. %. The gels were characterized by rheology. Their incubation with lipases resulted in a decrease of their viscosity, which could be interpreted by the cleavage of the hydrophobic side chains, by rheological tests. When the gels with PAA-C12 were incubated with a culture of Pseudomonas aeruginosa, their viscosity decreased, which shows that alkyle chains are also cleaved in vivo.

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