Élaboration de nanofibres fonctionnelles à base de cyclodextrines pour des applications biomédicales

Elaboration of functional cyclodextrin based nanofibres for biomedical application

• Auteur / Autrice : Murielle Oster
• Direction : Guy Schlatter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 19/11/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Lutz, Gerhard Wenz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Bossard, Bernard Martel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés d'inclusion

Composites à fibres

Poly (epsilon-caprolactone)

Cyclodextrines

Mots clés libres

Cyclodextrines

Pseudopolyrotaxanes

Complexes d’inclusion

Electrospinning

Nanofibres

Polymères

Polysaccharides

Biomédicale

Cyclodextrins

Pseudo-polyrotaxanes

Inclusion complexes

Electrospinning

Nanofibres

Polymers

Polysaccharides

Biomedical applications

Résumé

Les membranes nanofibreuses obtenues par électro-filage sont couramment utilisées pour diverses applications biomédicales telles que les pansements ou la régénération tissulaire, en raison de leur grande porosité et de leur morphologie mimant la structure des tissus humains. Au cours de cette thèse, nous avons étudié deux stratégies différentes, toutes deux basées sur l'utilisation de la cyclodextrine, pour fonctionnaliser ces membranes avec des molécules d'intérêt biologique. Dans un premier temps, des membranes nanofibreuses à base de complexe de polyélectrolyte ont été élaborées à partir de carboxyméthylcellulose et de chitosane pour des applications de type pansements. Du bleu de méthylène, connu pour son activité antibactérienne, a été incorporé dans les fibres, seul ou en tant que complexe d'inclusion avec la cyclodextrine. Les tests préliminaires sont très prometteurs quant à l’efficacité bactéricide de ces matériaux. Une seconde approche visant à élaborer des nanofibres fonctionnelles à base de poly(ε-caprolactone) (PCL) a également été étudiée. Le PCL étant très peu fonctionnalisable, des complexes d’inclusion entre ce polyester et les cyclodextrines, appelés pseudo-polyrotaxanes (pPR), ont été préparés. Des fibres cœur:peau ont ensuite été produites en ajoutant les pPR en surface des fibres. Afin de vérifier la réactivité et l’accessibilité des fonctions hydroxyles des cyclodextrines, un fluorophore a été greffé sur les fibres. Ce type de réaction ouvre de nouvelles voies de fonctionnalisation des fibres de PCL jusqu’alors inexplorées.

Electrospun nanofibrous membranes have proven to be ideal scaffolds for biomedical applications such as wound dressing and tissue engineering, mostly due to their high porosity and their morphology that mimics the structure of human tissues. In this work, we investigated two different strategies based on the use of cyclodextrins to functionalize these scaffolds with molecules of interest. Scaffolds made of polyelectrolyte complexes of carboxymethylcellulose and chitosan were first prepared by blend or coaxial electrospinning for wound dressing applications. Methylene blue, a molecule known to present antibiotic activity, was added, alone or as an inclusion complex with cyclodextrin, in the polymer solution before electrospinning. The preliminary biological assessment suggested that the fibrous membranes exhibited good antibacterial activity. In a second part, electrospun poly(ε-caprolactone) (PCL) scaffolds were prepared for tissue engineering applications. As this polyester can not easily be functionalized, PCL and cyclodextrins were combined to form pseudo-polyrotaxanes (pPRs) with various architectures. Core:shell PCL:pPR fibres were prepared by coaxial electrospinning. Fluorescein isothiocyanate was then grafted onto the fibre surface to prove the presence of available and reactive cyclodextrin hydoxyl groups at the surface of the PCL fibres. This reaction opens the way for innovative and versatile biofunctionalization of PCL.