New poly(hydroxyalkanoate)-based copolymers : from synthesis to tunable self-assembled systems

par Ghislaine Barouti

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Sophie Guillaume.

Soutenue le 27-09-2016

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Sciences chimiques (Rennes) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Copolymères originaux dérivés de poly(hydroxyalkanoate)s : Synthèse et formulation de systèmes auto-assemblés modulables


  • Résumé

    Les copolymères à blocs amphiphiles s’auto-assemblent en solution aqueuse grâce à l’association de leurs segments hydrophobes. Les nanoparticules formées à partir de copolymères biocompatibles et biodégradables tels que les poly(hydroxyalkanoates) (PHAs) sont particulièrement attractives pour la conception de systèmes à libération prolongée de principes actifs. La relation entre la composition/structure chimique du copolymère, ses propriétés d’auto-assemblage et ses effets sur les cellules in-vitro doit être étudiée. Des copolymères à blocs poly(acide malique)-b-poly(3-hydroxybutyrate) (PMLA-b-PHB), PMLA-b-PHB-b-PMLA et poly(triméthylène carbonate)-b-poly(acide-malique) (PTMC-b-PMLA) ont été synthétisés par polymérisation par ouverture cycle (ROP) des monomères correspondants, suivie d’une hydrogénolyse. Une gamme de copolymères bien définis, caractérisés par spectroscopie RMN 1H, 13C{1H}, HSQC, HMBC, et DOSY, par analyses SEC, DSC, TGA, et mesure des angles de contact, présentant des balances hydrophile/hydrophobe modulables, a été obtenue grâce au control précis de la fraction hydrophile f (11-82%). Des auto-assemblages modulables ont été formés par nanoprécipitation des copolymères en l’absence d’agent tensio-actif. De larges agrégats ainsi que des micelles cœur-couronne (Rh = 16-335 nm) ont été obtenus en fonction du copolymère utilisé (dibloc vs. tribloc). Des micelles stables pendant 10 jours à 37 °C en solution aqueuse ont été obtenues pour les copolymères avec f allant jusqu’à 50%. Les copolymères PMLA-b-PHB et PTMC-b-PMLA n’ont pas révélé de toxicité aigüe in-vitro. De plus, l’utilisation du PHB a avantageusement permis de diminuer la captation des nano-objets par les macrophages et d’augmenter la captation par les cellules hépatiques.


  • Résumé

    Amphiphilic block copolymers are able to form self-assembled systems in aqueous solution by association of their hydrophobic segments. Nanoparticles formed from biodegradable and biocompatible polymers such as poly(hydroxyalkanoate) copolymers are particularly attractive for drug delivery applications. The relationship between the chemical structure/composition of the macromolecule, its self-assembly properties and its effect on cells in-vitro has to be studied.The synthesis of poly(-malic acid)-b-poly(3-hydroxybutyrate) (PMLA-b-PHB), PMLA-b-PHB-b-PMLA, and poly(trimethylene carbonate)-b-poly(-malic acid) (PTMC-b-PMLA) was established through the ring-opening polymerization (ROP) of the corresponding monomers followed by hydrogenolysis. A range of well-defined copolymers characterized by 1H, 13C{1H}, HSQC, HMBC, DOSY NMR spectroscopy, SEC, DSC, TGA, contact angle analyses, with tunable hydrophilic/hydrophobic balance were thus obtained through the precise control of the hydrophilic weight fraction f (11-82%). Tunable self-assembled systems were obtained by nanoprecipitation of the amphiphilic PHA-based copolymers without the use of a surfactant. Large aggregates and core-shell micelles (Rh = 16-335nm) were obtained depending on the polymer topology. PHB-based copolymers with f up to 50% formed highly stable micelles at 37 °C over a period of 10 days in aqueous solution. PMLA-b-PHB as well as PTMC-b-PMLA copolymers revealed no acute in-vitro cytotoxicity. The use of PHB as hydrophobic segment enabled to minimize the non-specific scavenging by macrophages cells while the cellular uptake by hepatocytes was favored.


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