Multifunctional Chitosan-based Complexes for Nanomedicine

par Danjun Wu

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Thierry Delair.

Soutenue le 14-12-2015

à Lyon 1 , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 (Rhône-Alpes) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent David.

Le jury était composé de Thierry Delair, Christine Vauthier.

Les rapporteurs étaient Jean-Luc Six, Richard Daniellou.

  • Titre traduit

    Complexes multifonctionnel à base de chitosane pour la nanomédecine


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'élaboration de nano-complexes polyélectrolytes (CPEs) ayant une stabilité améliorée en milieux physiologiques et à l'exemplification de leur fort potentiel d'application comme système de délivrance de (macro) molécules bioactives. Le chitosane comme polycation a été compléxé avec quatre polyanions naturels ayant différents densités de charges et groupements fonctionnels(-COO- et SO3-) à savoir l'acide hyaluronique (HYA), le chondroïtine sulfate (ChonS), le sulfate de dextrane (DS) et l'héparine (HEP). Les facteurs qui influent sur la formation et les propriétés physico-chimiques des nano-complexes chitosane-HYA ont été étudiés. Ces nanovecteurs perdent leur caractère colloïdal en milieux physiologiques. Pour améliorer leur stabilité dans ces conditions, une stratégie innovante qui implique l'ajout de zinc a été conçue. Cette stratégie de stabilisation a été démontrée comme étant polyvalente et a été étendue aux complexes polyélectrolytes (CPEs) chitosane-ChonS. Même si de cette manière une stabilité à long terme a été observée, cette stratégie reste uniquement applicable aux CPEs cationiques. Pour cette raison, une approche alternative permettant l'amélioration de la stabilité des colloïdes à charges positives ou négatives a été mise en oeuvre en concevant des nano-complexes de type coeur-couronne ternaires composés de polyacides forts c'est-à-dire de DS ou d'HEP associés au chitosane en coeur et un complexe chitosane-HYA en couronne. Tous les nano-complexes stables obtenus peuvent encapsuler le ténofovir, une molécule antirétrovirale et être fonctionnalisés par des IgAs de ciblage. En in vitro, ces nanovecteurs montrent une inhibition de l'infection des PBMC par le virus VIH-1 supérieure à l'antirétrovirale seule


  • Résumé

    This work is devoted to the elaboration of nano-polyelectrolyte complexes (PECs) systems with improved stability in physiological media and to the establishment of their high potential of applications as bioactive (macro) molecule delivery systems. Chitosan as polycation were complexed with four natural polyanions of different charged groups and densities (-COO- and SO3 - as negative charges), namely hyaluronan (HYA), chondroitin sulfate (ChonS), dextran sulfate (DS) and heparin (HEP). The factors impacting the formation and physical-chemical properties of chitosan-HYA nanocomplexes were investigated. However, these nanovectors lost their colloidal character in physiological media. To improve their colloidal stability in physiological conditions, an innovative stabilization strategy was designed, involving zinc ion. This stabilization strategy proved versatile and was extended to chitosan-ChonS PECs. Though a long-term stability was achieved, this strategy was only applicable to cationic PECs. Therefore, an alternate approach enabled the improvement of the colloidal stability in physiological media of both positive and negative colloids by designing core-shell ternary polyelectrolyte nanocomplexes composed of strong polyacid (DS or HEP)-chitosan PECs as core and a chitosan-HYA complex as shell. Furthermore, all of the stabilized nanocomplexes allowed the encapsulation of active molecules anti-retroviral drug tenofovir and surface functionalization with targeting IgAs. In vitro, these nanovectors exhibited an inhibition of infection of PBMCs by HIV-1 virus which could be superior to the free drug

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