Revêtements surfaciques à base de polymères et de composants naturels : applications à la mise au point de surfaces mécano-sensibles et de substrats cellulaires nourriciers

Design of surface coatings with polymers and natural compounds : applications to the development of mechanosensitive surfaces and ECM-mimicking feeder substrate

• Auteur / Autrice : Julien Barthes
• Direction : Philippe Lavalle, Bernard Senger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 24/09/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomatériaux et bioingénierie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Roucoules
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Halima-Assia Kerdjoudj
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Pauthe, Karine Glinel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomatériaux

Gélatine

Biomolécules actives

Polyélectrolytes

Langmuir-Blodgett, Couches de

Mots clés libres

Films multicouches de polyélectrolytes

Surface mécano-responsive

Libération contrôlée

Dégradation enzymatique

Substrat de culture cellulaire

Matrice extracellulaire

Antibactérien

Polyelectrolytes multilayers films

Mechanosensitive surface

Controlled delivery

Enzymatic degradation

Cell culture substrate

Extracellular matrix

Mechanosensing

Antibacterial

Résumé

Cette thèse s’est articulée autour de l’élaboration de revêtements surfaciques à base de polymères et de composants naturels. Dans un premier projet, des surfaces mécano-sensibles pour des applications de libération de molécules bioactives ont été élaborées. Des films de multicouches polyélectrolytes constitués d'une strate « réservoir » permettant le chargement d’une molécule bioactive, le paclitaxel, et d'une strate « barrière » mécano-sensible recouvrant ce réservoir et confinant le paclitaxel ont été élaborés. Lors de la mise sous étirement du film, la barrière est rendue perméable vis-à-vis d'une enzyme présente dans le surnageant. Cette enzyme induit ensuite la dégradation enzymatique du « réservoir » et la libération du paclitaxel. Dans un second projet, des substrats cellulaires nourriciers ont été réalisés à partir de films minces de gélatine réticulés mimant la matrice extracellulaire. Ces films peuvent être chargés: 1) en facteurs de croissance, ce qui permet de s'affranchir ensuite de l'ajout de ces molécules dans le milieu de culture; 2) en nanoparticules afin de moduler les propriétés mécaniques des films; 3) en agents antimicrobiens pour assurer une stérilité de la culture cellulaire. Ainsi, ces substrats aux propriétés biochimiques et biophysiques modulables permettent un contrôle précis du microenvironnement cellulaire.

This PhD work is about designing surface coatings with polymers and natural compounds. In the first project, mechanosensitive surfaces have been developed for drug release applications. Polyelectrolyte multilayer films have been designed with i) one reservoir strata for the loading of a bioactive molecule, paclitaxel, and ii) one mechanosensitive barrier strata on top of the reservoir to confine the molecule. When a mechanical stretch is applied on the structure, the barrier becomes permeable and enables the diffusion of an enzyme within the film.This enzyme degrades the reservoir strata and triggers the release of paclitaxel. In a second project, ECM-mimicking feeder substrate has been developed with crosslinked gelatin thin films. These films can be loaded with: i) growth factors to prevent any further addition of these compounds in the culture medium; ii) nanoparticles to modulate mechanical properties of the substrate; iii) antimicrobial agents to ensure sterility during cell culture experiments. Finally, these substrates have some biochemical and biophysical tunable properties that enable the precise control of cell microenvironment.