Controlled synthesis of polyvinylamine-based (co)polymers for gene transfection

par Mathilde Dréan

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Philippe Guégan, Antoine Debuigne et de Jutta Rieger.

Soutenue le 10-10-2016

à Paris 6 en cotutelle avec l'Université de Liège , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) .

Le président du jury était Thibaud Coradin.

Le jury était composé de Patrick Midoux, Christine Jérôme.

Les rapporteurs étaient Didier Gigmes, Véronique Préat.

  • Titre traduit

    Synthese contrôlée de copolymères à base de polyvinylamine pour le transfert de gènes


  • Résumé

    Le transfert de gènes consiste en l’introduction d’acides nucléiques au sein de cellules afin de modifier leur activité dans un but essentiellement thérapeutique. Pour préserver le matériel génétique de toute dégradation, il faut recourir à des vecteurs. Parmi ceux-ci, les polymères cationiques sont très prometteurs, en particulier, la polyéthylènimine, considérée comme le vecteur non-viral de référence. Néanmoins, il présente une cytotoxicité élevée. Ainsi, de nombreuses recherches ont pour but d’identifier et de développer de nouveaux polymères combinant efficacité de transfection et haute viabilité cellulaire. Cette thèse vise le développement de méthodes d’ingénierie macromoléculaire donnant accès à une large gamme de dérivés à base de polyvinylamine et l’évaluation de leurs performances en tant que vecteurs de transfection. Différentes techniques de polymérisation radicalaire conventionnelle et contrôlée ont été mises au point afin de synthétiser des (co)polymères à base de polyvinylamine constitués d’amines primaires et secondaires. L’efficacité du transfert d’ADN plasmidique et la viabilité cellulaire ont été évaluées sur des cellules HeLa. L’influence de différents paramètres macromoléculaires sur les performances de transfection a été investiguée. Cette étude a permis de démontrer que certains dérivés de polyvinylamine possédaient une efficacité de transfection aussi élevée que la PEI tout en étant moins toxique. De manière générale, ce travail rend compte du haut potentiel des (co)polyvinylamines en tant que vecteurs pour le transfert de gènes.


  • Résumé

    Gene transfection consists in the introduction of genetic materials (DNA or RNA) in cells in order to modulate the cell activity, with therapeutic purposes in most cases. To deliver the genetic materials into cells without degradation, vectors are necessary. Among them, cationic polymers are promising candidates. For instance, polyethylenimine has emerged as a gold standard due to its high transfection ability. Nevertheless, this polymer exhibits high cytotoxicity, and current research aims at identifying and developing new polymers with improved cell viability and high gene transfer efficiency. In this context, the aim of this thesis was to develop efficient macromolecular engineering tools to prepare a library of polyvinylamine-containing (co)polymers and to evaluate their performances as DNA carriers. Consequently, free radical polymerization (FRP) and controlled radical polymerization (CRP) have been explored and a series of (co)polyvinylamines, containing primary and secondary amines, as well as vinylimidazole and guanidine moieties, have been synthesized. The transfection efficiency of plasmid DNA (pDNA) and cell viability were evaluated on HeLa cells. The influence of different macromolecular parameters such as molar mass, molar mass distribution and composition, was also studied. The most promising polymers for pDNA transfection were also tested for siRNA delivery and on other cell lines. Overall, several polymers were competitive with PEI regarding the transfection efficiency but were much less toxic. (Co)polyvinylamines, which have often been disregarded for transfection purposes, should definitely be considered as valuable gene carriers.

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