Hybrid polymer/liquid vesicles as new particles for drug delivery and cell mimics

par Thi Phuong Tuyen Dao

Thèse de doctorat en Polymères

Sous la direction de Jean-François Le Meins et de Manuel Prieto.

Soutenue le 16-12-2016

à Bordeaux en cotutelle avec l'Universidade de Lisboa , dans le cadre de École doctorale des Sciences chimiques (Talence ; Gironde) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux) (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Nassoy.

Le jury était composé de Jean-François Le Meins, Manuel Prieto, Pierre Nassoy, Min Hui Li, Christophe Tribet, Petra Hellwig, Annie Brûlet, Mário N. Berberan-Santos, Olivier Sandre, Fábio Fernandes.

Les rapporteurs étaient Min Hui Li, Christophe Tribet.

  • Titre traduit

    Vésicules hybrides lipide/polymères comme nouveaux systèmes de vectorisation et modèles de membranes cellulaires


  • Résumé

    Les vésicules hybrides polymère/lipides sont des structures récemment développées dans la littérature. Idéalement, celles-ci peuvent présenter la biocompatibilité et la biofonctionnalité des liposomes, ainsi que la robustesse, la faible perméabilité et la versatilité de fonctionnalisation chimique conférées par les chaînes de copolymères. Cependant, à ce jour, les facteurs régissant la séparation des phases dans ces membranes hybrides ne sont pas bien compris. Dans ce travail, nous avons étudié en détail la formation et la séparation de phases dans les membranes de vésicules géantes (GHUVs) et de taille nanométriques(100nm) (LHUVs) constituées de phospholipides en phase fluide ou gel et de copolymères à base de poly (diméthylsiloxane) et de poly (éthylène glycol). Différentes architectures(greffée, tribloc) et masses molaires ont été utilisées. La séparation de phase a été étudiée sur les vésicules géantes à l’échelle micrométrique et nanométrique respectivement par microscopie confocale et imagerie de fluorescence résolue en temps (FLIM), tandis que pour les LHUVs, différentes techniques comme la diffusion de neutrons, la Cryo-microscopie et la spectroscopie de fluorescence résolue dans le temps ont été combinées. Nous avons pu montrer que la fraction lipide/polymère, l'état physique du lipide et la tension de la ligne aux interfaces lipide/polymère modulable par la masse molaire et l'architecture du copolymère sont les facteurs importants régissant la formation et la structuration des vésicules hybrides. Enfin, nous avons montré que les propriétés élastiques de la membrane peuvent être modulées via la composition polymère lipide.


  • Résumé

    Hybrid copolymer/lipid vesicle are recently developed self-assembled structures that could present biocompatibility and biofunctionality of liposomes, as well as robustness, low permeability and functionality variability conferred by the copolymer chains. However, to date, physical and molecular parameters governing copolymer/lipid phase separation in these hybrid membranes are not well understood. In this work, we studied in detail the formation and phase separation in the membranes of both Giant Unilamellar Hybrid Vesicles(GHUVs) and Large Unilamellar Hybrid Vesicles (LHUVs) obtained from the mixture of phospholipids in the fluid (liquid disordered) or gel state (solid ordered) with various copolymers based on poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and poly(ethylene glycol) (PEO) with different architectures (grafted, triblock) and molar masses. For GHUVs, phase separation at the micron scale and nanoscale was evaluated through confocal microscopy, and Fluorescence lifetime imaging microscopy technique (FLIM) respectively, where as acombination of Small angle neutron scattering (SANS), Cryo-transmission electron microscopy (Cryo-TEM) and Time-resolved Förster resonance energy transfer (TR-FRET) techniques was used for LHUVs. We demonstrate that the lipid/polymer fraction, lipid physical state, and the line tension at lipid polymer/lipid boundaries which can be finely modulated by the molar mass and architecture of the copolymer are important factors that govern the formation and structuration of hybrid vesicles. We also evidence that elasticity ofthe hybrid membrane can be modulated via the lipid polymer composition, through the use of micropipettes techniques.


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