Die Radiomarkierung biologisch relevanter Verbindungen mit dem Radionuklid 18F erlaubt Untersuchungen mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Mit Hilfe der PET werden quantitative Informationen über die räumliche und zeitliche Verteilung von Radiotracern im lebenden Organismus erhalten. Diese Radiotracer sind Grundlage für die in vivo-Erforschung der Physiologie des menschlichen Organismus, sowie zur Aufklärung und Nachverfolgung pathologischer Prozesse. Neben bekannten Ansätzen der Acylierung, Thioetherbildung und Hydrazonbildung ist es notwendig neue Markierungsmethoden zu entwickeln, um Probleme bei Markierungsreaktionen, wie niedrige Ausbeuten und Denaturierung empfindlicher biologisch relevanter Moleküle, zu umgehen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation der Click-Chemie, speziell der 1,3 dipolaren [3+2]Cycloaddition von Alkin- und Azid-Derivaten als neue, alternative Reaktion zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen. Ziel der Arbeit war es einen 18F markierten, bifunktionellen Markierungsbaustein, versehen mit einer Alkinfunktion durch eine vollautomatisierte Synthese (Modulsynthese) herzustellen. Ein Peptid, ein Protein und ein Oligonukleotid als biologisch relevante Moleküle, sollten mit einer Azidfunktionalität versehen werden. Mit Hilfe eines geeigneten Katalysator-Ligandsystems sollten ein bifunktioneller Markierungsbaustein, sowie ein azidfunktionalisiertes biologisch relevantes Molekül miteinander gekuppelt werden unter Verwendung der 1,3-dipolaren [3+2]Cycloaddition. Die untersuchte Methode sollte mit anderen Markierungsmethoden verglichen werden. Es wurde eine Modulsynthese zur einfachen, schnellen und vollautomatisierten Herstellung eines alkinfunktionalisierten Synthesebausteins, 4-[18F]Fluor-N-methyl-N-(prop-2-inyl)benzolsulfonamid, p[18F]F SA, entwickelt. Dieser basiert auf einem Sulfonamid-Derivat und ist mit dem Positronenstrahler 18F gekuppelt. Ausgehend von einer Trimethylammonium-Markierungsvorstufe kann das p[18F]F SA mit einer radiochemischen Ausbeute von 27-40% und einer radiochemischen Reinheit >99% innerhalb von 80 min hergestellt werden. Die Reaktion läuft in Sulfolan bei 80°C innerhalb von 10 min ab. Das Produkt liegt aufgrund der HPLC-Reinigung mit einem hohen Reinheitsgrad (RCR >99%) vor und weist eine spezifische Aktivität von 120 570 GBq/µmol auf. p[18F]F SA eignet sich zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen, da es unter den Markierungsbedingungen der Cycloaddition stabil ist und eine für das Arbeiten im wässrigen Milieu günstige Lipophilie (logP = 1,7) aufweist. Die verschiedenen Beispiele der drei Verbindungsklassen werden mit einer Azidfunktion versehen. Ein Phosphopeptid (H-MQSpTPL-OH), HSA und ein Aminohexylspacer tragendes Oligonukleotid (NH2 (CH2)6 pCCG CAC CGC ACA GCC GC) werden mit Succinimidyl-5-azidvalerat umgesetzt, wodurch eine Funktionalisierung an den Aminogruppen erfolgt. Während das Phosphopeptid und das Oligonukleotid einfach azidfunktionalisiert vorliegen, werden durch diese Methode 27 Azidreste an das HSA angebracht. Damit stehen Alkin- und Azid-Derivat für die Cycloaddition zur Verfügung. Das Phosphopeptid konnte mit einer Ausbeute von 29% innerhalb von 45 min hergestellt werden. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Gemisch aus Kupfersulfat und Natriumascorbat in Boratpuffer (pH = 8,4) eingesetzt. Man geht von 0,3-0,4 mg der peptidischen Markierungsvorstufe aus. Die Methode wurde mit der [18F]SFB-Markierung des Phosphopeptids verglichen. Man erhält ähnliche Ausbeuten und Reinheiten bei ähnlichen Reaktionsbedingungen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Höhe der spezifischen Aktivität des eingesetzten p[18F]F SA, die bis zu zehnfach höher ist, als die des [18F]SFB. Das führt vermutlich zu einem ähnlichen Unterschied der spezifischen Aktivitäten der markierten Peptide, die jedoch nicht genau bestimmt wurden. Auch sind die Reaktionszeiten zur Peptidmarkierung bei Nutzung von p[18F]F SA um ein Drittel geringer. Das führt zur Verminderung der gesamten Synthesezeit. Die Markierung von azidfunktionalisiertem HSA (Beispielprotein) erfolgt mit einer radiochemischen Ausbeute von 57% innerhalb von ca. 45 min. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen in Phosphatpuffer (pH = 7,4) / Dimethylsulfoxid verwendet. Die Masse der eingesetzten Markierungsvorstufe beträgt 0,3 mg. Ein Vergleich der Markierungsmethode erfolgte mit der Markierung mit den bifunktionellen Markierungsbausteinen [18F]SFB und [18F]FBA. Bei gleicher Proteinkonzentration ist der Umsatz von p[18F]F SA mit 94% am höchsten. Die Reaktion des hydrazinfunktionalisierten HSA mit [18F]FBA erfordert Temperaturen von 50-60°C, um einen Umsatz des Markierungsbausteins in ähnlicher Höhe wie bei Markierungen mit p[18F]F SA und [18F]SFB zu erreichen. Die Bedingungen für die Markierung mit [18F]SFB weicht dahingehend ab, dass ein pH Wert von 8,4 angewandt wird um eine Markierung zu erreichen. Grund ist die Notwendigkeit der Deprotonierung der im HSA vorhandenen, bei niedrigeren pH Werten protonierten Aminogruppen. Das limitiert die Reaktion auf einen Bereich um diesen pH-Wert. Die Untersuchung der Markierung von Oligonukleotiden ergab, dass ebenfalls ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen notwendig ist. Als Lösungsmittel dient ein Gemisch aus 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung, Acetonitril und Dimethylsulfoxid (14:5:1). Nach 20 min Reaktionszeit bei 10°C kann das Produkt mit einem Anteil von 30% im Reaktionsgemisch nachgewiesen werden. Damit ist nachgewiesen, dass auch die Markierung von Oligonukleotiden unter milden Bedingungen mit dieser Reaktion möglich ist. Zusammenfassend kann man feststellen, dass sich die Click-Reaktion hervorragend für die schonende Markierung der biologisch relevanten Moleküle Phosphopeptid, HSA und Oligonukleotid eignet. TBTA wirkt während der Reaktion als Chelatbildner für die Kupfer(I)-Ionen und verhindert somit eine Bindung an die zu markierenden Moleküle oder deren Zersetzung. Damit wird die Stabilität der biologisch relevanten Moleküle gewährleistet und bei in vivo-Anwendung, das Einbringen cytotoxischen Kupfers verhindert. Im Zuge der Untersuchungen wurde ein Vergleich der Markierungsreaktionen Acylierung, Thioetherbildung, sowie Hydrazon- und Oximbildung durchgeführt. Die bifunktionellen Markierungsbausteine [18F]SFB, [18F]FBAM und [18F]FBA wurden dafür herangezogen. Die 1,3-dipolare [3+2]Cycloaddition unterscheidet sich von den zum Vergleich herangezogenen Reaktionen. Sie vereint die positiven Eigenschaften der anderen Markierungsreaktionen in sich: • Die Reaktion läuft unter milden Reaktionsbedingungen ab. • Der verwendete Markierungsbaustein p[18F]F SA ist unter den Markierungsbedingungen stabil und lässt sich in einer Einschrittsynthese mit Hilfe eines vollautomatisierten Synthesemoduls einfach in hohen Ausbeuten und Reinheiten, sowie mit einer hohen spezifischen Aktivität herstellen. Damit erweitert die 1,3 dipolare [3+2]Cycloaddition das Spektrum der Markierungsreaktionen und bietet das Potential zur Markierung verschiedenster biologisch relevanter Moleküle.

Investigation of RNA and DNA function often requires sequence-specific incorporation of various reporter and affinity probes. This can be achieved using AdoMet-dependent methyltransferases (MTases) as they can be active with synthetic AdoMet analogues equipped with transferable chains larger than the methyl group. These chains usually carry reactive groups that can be further chemically appended with required reporters. For this, azide-alkyne 1,3-cycloaddition (AAC), also called “click”, reaction is particularly attractive. This work shows that the HhaI cytosine-5 DNA MTase (variant Q82A/Y254S/N204A) catalyzes efficient sequence-specific transfer of hex-2-ynyl side chains containing terminal alkyne or azide groups from synthetic cofactor analogues to DNA. Both the enzymatic transfer and subsequent “click” coupling of a fluorophore can be performed even in cell lysates. For RNA labeling, the activity of an archaeal RNA 2‘-O-MTase C/D ribonucleoprotein complex (RNP) with synthetic cofactors was investigated. It was shown that synthetically reprogrammed guide RNA sequences can be used to direct the C/D RNP-dependent transfer of a prop-2-ynyl group to predetermined nucleotides in substrate RNAs. Followed by AAC this can be used for programmable sequence-specific labeling of a variety of RNA substrates in vitro. These new possibilities for specific labeling of nucleic acids can be adopted in biochemistry, biomedical, nanotechnology, etc. research. / Tiriant DNR ir RNR, neretai svarbu prijungti įvairius reporterinius ar giminingumo žymenis griežtai apibrėžtose (sekos) vietose – t.y. specifiškai. Tam galima pasitelkti fermentus metiltransferazes (MTazes). Natūraliai jos naudoja kofaktorių AdoMet, tačiau gali būti aktyvios ir su sintetiniais jo analogais, turinčiais ilgesnes nei metil- pernešamas grandines. Jei šios grandinės turi galines funkcines grupes, prie jų vėliau cheminių reakcijų pagalba galima prijungti norimus žymenis. Tam itin patogi azidų-alkinų cikloprijungimo (AAC), dar vadinama „click“, reakcija. Šiame darbe parodyta, kad DNR citozino-5 MTazė HhaI (variantas Q82A/Y254S/N204A) efektyviai katalizuoja sekai specifinę heks-2-inil- grandinių, turinčių galines alkinil- arba azido- grupes, pernašą nuo sintetinių kofaktorių ant DNR. Naudojant šią MTazės-kofaktorių sistemą bei AAC, visą specifinio DNR žymėjimo procesą galima atlikti netgi ląstelių lizate. RNR žymėjimui ištirtas archėjų RNR 2‘-O-MTazės C/D ribonukleoproteininio komplekso aktyvumas su sintetiniais kofaktoriais. Parodyta galimybė sintetiškai keičiant kreipiančiąją RNR, prop-2-inilgrupės pernašą nukreipti į norimas įvairių substratinių RNR sekos vietas ir po to AAC reakcijos pagalba prijungti fluoroforą. Taigi, sukurtas naujas molekulinis įrankis, leidžiantis be suvaržymų pasirinkti norimą pažymėti RNR seką. Šios naujos specifinio nukleorūgščių žymėjimo galimybės gali būti pritaikytos biochemijos, biomedicinos, nanotechnologijų ir kitose tyrimų srityse... [toliau žr. visą tekstą]

Tiriant DNR ir RNR, neretai svarbu prijungti įvairius reporterinius ar giminingumo žymenis griežtai apibrėžtose (sekos) vietose – t.y. specifiškai. Tam galima pasitelkti fermentus metiltransferazes (MTazes). Natūraliai jos naudoja kofaktorių AdoMet, tačiau gali būti aktyvios ir su sintetiniais jo analogais, turinčiais ilgesnes nei metil- pernešamas grandines. Jei šios grandinės turi galines funkcines grupes, prie jų vėliau cheminių reakcijų pagalba galima prijungti norimus žymenis. Tam itin patogi azidų-alkinų cikloprijungimo (AAC), dar vadinama „click“, reakcija. Šiame darbe parodyta, kad DNR citozino-5 MTazė HhaI (variantas Q82A/Y254S/N204A) efektyviai katalizuoja sekai specifinę heks-2-inil- grandinių, turinčių galines alkinil- arba azido- grupes, pernašą nuo sintetinių kofaktorių ant DNR. Naudojant šią MTazės-kofaktorių sistemą bei AAC, visą specifinio DNR žymėjimo procesą galima atlikti netgi ląstelių lizate. RNR žymėjimui ištirtas archėjų RNR 2‘-O-MTazės C/D ribonukleoproteininio komplekso aktyvumas su sintetiniais kofaktoriais. Parodyta galimybė sintetiškai keičiant kreipiančiąją RNR, prop-2-inilgrupės pernašą nukreipti į norimas įvairių substratinių RNR sekos vietas ir po to AAC reakcijos pagalba prijungti fluoroforą. Taigi, sukurtas naujas molekulinis įrankis, leidžiantis be suvaržymų pasirinkti norimą pažymėti RNR seką. Šios naujos specifinio nukleorūgščių žymėjimo galimybės gali būti pritaikytos biochemijos, biomedicinos, nanotechnologijų ir kitose tyrimų srityse... [toliau žr. visą tekstą] / Investigation of RNA and DNA function often requires sequence-specific incorporation of various reporter and affinity probes. This can be achieved using AdoMet-dependent methyltransferases (MTases) as they can be active with synthetic AdoMet analogues equipped with transferable chains larger than the methyl group. These chains usually carry reactive groups that can be further chemically appended with required reporters. For this, azide-alkyne 1,3-cycloaddition (AAC), also called “click”, reaction is particularly attractive. This work shows that the HhaI cytosine-5 DNA MTase (variant Q82A/Y254S/N204A) catalyzes efficient sequence-specific transfer of hex-2-ynyl side chains containing terminal alkyne or azide groups from synthetic cofactor analogues to DNA. Both the enzymatic transfer and subsequent “click” coupling of a fluorophore can be performed even in cell lysates. For RNA labeling, the activity of an archaeal RNA 2‘-O-MTase C/D ribonucleoprotein complex (RNP) with synthetic cofactors was investigated. It was shown that synthetically reprogrammed guide RNA sequences can be used to direct the C/D RNP-dependent transfer of a prop-2-ynyl group to predetermined nucleotides in substrate RNAs. Followed by AAC this can be used for programmable sequence-specific labeling of a variety of RNA substrates in vitro. These new possibilities for specific labeling of nucleic acids can be adopted in biochemistry, biomedical, nanotechnology, etc. research.

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L'interaction non-covalente entre un ligand et un récepteur selon un modèle clé-serrure constitue une des bases essentielles de tout système biologique. La présence de multiples clés et serrures sur les biomolécules conduit à des interactions multivalentes. Les lectines sont très fréquemment structurées en homo-multimères et sont donc des cibles de choix pour l'étude des interactions avec des structures multivalentes glycosylées. Ligands et récepteurs multivalents peuvent obéir à plusieurs mécanismes d'association conduisant à des profils thermodynamiques et cinétiques permettant de rationnaliser les améliorations spectaculaires d'affinité souvent observées. L'utilisation de ligands de faible valence et de petite taille permet une présentation contrôlée des sucres au travers d'une structure unique bien définie. Ces glycoclusters sont des plateformes adaptées à l'étude de l'influence de la topologie de la présentation des sucres sur l'interaction. La synthèse de glycoclusters a été optimisée selon une voie convergente de glycosylation puis de couplage par CuAAC permettant la synthèse de structures multi-glycosylées telles que des calix[4]arènes de différentes conformations, des peptoïdes linéaires et cycliques ou encore des porphyrines. Ces ligands ont été évalués par quatre techniques d'analyse des interactions (HIA, ELLA, SPR, ITC) principalement en présence de la lectine PA-IL de Pseudomonas aeruginosa mais également avec la Galectine-1 humaine et la lectine d'Erythrina cristagalli (légumineuse). Des glycoclusters de seconde génération ont été ensuite été préparés avec l'objectif d'optimiser les composantes enthalpiques et entropiques de l'interaction. Les résultats indiquent que de légères modifications de la présentation des sucres peuvent induire des mécanismes d'association différents. La conception de structures rigidifiées a révélé des profils thermodynamiques contre-intuitifs qui ont pu être modélisés. Par cette étude, plusieurs ligands ont montré des affinités sans précédent pour la lectine PA-IL. Le meilleur ligand multivalent de première génération a confirmé un potentiel thérapeutique prometteur in vivo.

Two classes of ion-channels comprising 22 members were prepared. Three members were linear oligo-esters with terephthalate core designed to span both leaflets of the bilayer; these were prepared in a modular synthesis in three linear steps. 19 half-channels based on cyclodextrins with functionalized primary-rims were prepared by the Huisgen Cu+-catalyzed [3+2]-cyclization; three distinct synthetic protocols were established to be applicable to these substrates. The voltage-clamp experiment was used to characterize the ion transport properties of these 22 compounds as well as 5 oligo-esters previously prepared by solid-phase synthesis. All but two were active in bilayers, with the majority of these compounds showing highly complex conductance activities. Exponentially voltage-dependent currents were observed for two compounds (both terephthalate-derived); exclusive “square-top” activities were observed for one solid-phase–derived compound and one cyclodextrin-based channels; fractal openings were observed for at least two cyclodextrin-based channels. An “activity grid” notation was proposed as an empirical, coarse, but model-free method of treating the complex data. Through an exhaustive analysis of previously published synthetic ion channels, disparate compounds were found to share modes of activity. Supporting software were developed to facilitate the preparation of activity grids from current traces acquired for the aforementioned 27 compounds. Resulting activity grids for individual experiments were collated to generate an activity profile for each compound, from which a structure–activity map was established and could be compared to the literature data. Four core findings emerged. First, the activity grid notation is sufficiently expressive to denote highly complex mixture of activities. Second, systematic application of the notation reduces selection bias in data analysis. Third, many synthetic ion channels share highly sim- ilar activities and suggests the participation of the lipids, water, and ions in pore-formation. Lastly, the cyclodextrin half-channels are generally membrane active, and their activities are clearly modulated by structural variations. / Graduate

Histone deacetylase (HDAC) inhibition is an emerging novel therapeutic strategy in cancer therapy. HDAC inhibitors (HDACi) have shown ability to block angiogenesis and cell cycling, as well as initiate differentiation and apoptosis. In fact, suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) is the first in the class of HDACi approved by the FDA for the treatment of cutaneous T cell lymphoma. On the other hand, there is a sustained interest in the use of gold nanoparticles (AuNPs) for various cancer diagnostic and therapeutic applications - bioimaging, drug delivery, and binary therapy techniques such as photodynamic and photothermal therapies. This interest in AuNPs is facilitated by favorable attributes such as ease of fabrication, bioconjugation and biocompatibility, and unique optical and electronic properties. However, HDACi- and AuNPs- based antitumor agents are plagued with problems common to all chemotherapeutic agents such as lack of selectivity, which often results in systemic toxicity. Therefore, availability of a methodology to selectively deliver AuNPs and HDACi to cancer cells will significantly improve their therapeutic indices and lead to the identification of novel agents for use in diagnostic imaging and targeted cancer therapy applications.

Cette thèse de doctorat a été réalisée au Centre de Recherche sur les Macromolécules Végétales (CERMAV) sous la direction du Dr Sébastien Fort, responsable de l'équipe Chimie et Biotechnologie des Oligosaccharides (CBO) et du Dr Sami Halila de l'équipe PhysicoChimie des Glycopolymères (PCG). Cette thèse intitulée « Synthèse par chimie click non metallo-catalysée de glycoconjugués macromoléculaires pour des applications médicales» est financée par le ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche (bourse MESR). L'objectif de ce travail était de développer de nouvelles méthodes de modification et de couplage regiosélectif d'oligosaccharides pour la préparation de glycoconjugués par une chimie « click » sans catalyse métallique. Ces travaux s'appuient sur l'expertise de l'équipe CBO pour la synthèse chimio-enzymatique d'oligosaccharides complexes ainsi que sur les méthodes de modification sélective de la position réductrice des oses.Un premier aspect concerne l'utilisation des propriétés physico-chimiques des oligosaccharides pour l'obtention de nanoparticules de taille contrôlée. Ces particules sont constituées de copolymères à blocs hybrides obtenus par couplage entre un polymère de synthèse et un oligosaccharide. La structure des nano-objets préparés sera analysée au sein de l'équipe PCG.Le deuxième aspect concerne l'utilisation des propriétés de reconnaissance biochimique des oligosaccharides. Cette partie sera focalisée sur le couplage efficace d'oligosaccharides d'intérêt biologiques sur support solide pour la purification de protéines. / The aim of the project is to develop new anomeric modification of oligosaccharides for the synthesis of glycoconjugates by metal-free click chemistry. Synthetic glycans have shown a great potential in medical and nanotechnology related fields. The current use of metallic catalyst during synthesis and the risk of contamination of the final product represent a drawback which could restrain their applications. Therefore an efficient metal free synthesis of glycoconjugates could be of great interest to circumvent this obstacle.Two distinct synthetic strategies have been explored for the metal free coupling of complex oligosaccharides on polymers to yield block-copolymers and glycoadsorbants. The glycopolymers were synthetized by a Michael addition between a thiol functionalized oligosaccharide and a maleimide or bromo-maleimide functionalized polymer. The nanoparticles obtained from the self-assembly of theses amphiphilic copolymers in water were characterized. The polycaprolactone-b-xylooligosaccharides copolymers presenting a reducible linkage were self-assembled into nanoparticles and assessed as model for the delivery of hydrophobic drugs. This system showed a selective release of the entrapped molecules in reducing environment making it an interesting system for the intra-tumoral delivery of anti-cancer drugs. Glycoadsorbents were prepared by a Diels Alder reaction between a solid matrix displaying a maleimide moiety and furyl functionalized oligosaccharides. The affinity matrixes obtained allowed the selective purification of lectins. The blood group antigen (A;B) grafted matrixes displayed good properties for the trapping of corresponding anti-A or anti-B antibodies. These types of immunoadsorbants have great potential for the treatment of immune diseases like the Guillain-Barré syndrome.To conclude, two efficient anomeric modification and coupling strategies of oligosaccharides have been developed, opening the way to the metal free synthesis of various glycoconjugates.

Dans ce travail, nous avons développé différentes méthodes pour la co-immobilisation sur des électrodes poreuses de carbone de déshydrogénases NAD-dépendantes avec le complexe (2,2'-bipyridyle)(pentaméthylcyclopentadiényl)-rhodium ([Cp*Rh(bpy)Cl]+) pour des applications de synthèse électroenzymatique d’alcools et de sucres chiraux. L'objectif était d'éviter la dégradation de l'activité enzymatique provenant de l'interaction entre les groupes fonctionnels de surface de l'enzyme (-SH, -NH2) et le complexe [Cp*Rh(bpy)Cl]+, et également de permettre le recyclage des catalyseurs. L’électrogreffage de sels de diazonium a été utilisé pour introduire des fonctions alcène et/ou azoture sur une surface de carbone (carbone vitreux plan, feutre de carbone poreux ou couches de nanotubes de carbone). La chimie click « thiol-ène » a été utilisée pour lier de manière covalente une D-sorbitol déshydrogénase modifiée par un tag cystéine (soit 1 ou 2 fragments cystéine à l'extrémité N-terminale de la chaîne polypeptidique) à des électrodes de carbone. Ensuite, la réaction de cyclo-addition de Huisgen alcyne-azoture a été utilisée pour lier le complexe [Cp*Rh(bpy)Cl]+ à l’électrode. Ensuite la co-immobilisation des enzymes redox (D-sorbitol et galactitol déshydrogénases) avec le complexe [Cp*Rh(bpy)Cl]+ a été testée par l'encapsulation des protéines dans une couche de gel de silice, à l'intérieur d'un feutre de carbone poreux préalablement fonctionnalisé par le complexe de rhodium. Le catalyseur est alors stable pendant plusieurs semaines pour la réaction de régénération de NADH, mais cette architecture d'électrode conduit à l'inhibition de l'activité enzymatique, probablement causée par un microenvironnement local (augmentation du pH et de la concentration du produit). La combinaison des chimies clicks « thiol-ène » et cyclo-addition de Huisgen a ensuite été étudiée pour l'immobilisation séquentielle de [Cp*Rh(bpy)Cl]+ et d’une D-sorbitol déshydrogénase porteuse d’un tag cystéine, sur une électrode poreuse bi-fonctionnalisée par les groupes azoture et alcène. Enfin, compte tenu de la différence de durée de vie des enzymes et du complexe [Cp*Rh(bpy)Cl]+ et de la nécessité d'améliorer la séparation de ces éléments du système bioélectrochimique, l’assemblage optimal a été obtenu en associant une couche poreuse de silice dans laquelle est immobilisée l’enzyme avec un papier de nanotubes de carbone fonctionnalisé par le complexe de rhodium. Le catalyseur [Cp*Rh(bpy)Cl]+ pour la régénération de NADH peut être réutilisé successivement avec plusieurs couches de protéines. Ce système optimal a finalement été appliqué à la conversion bioélectrochimique du D-fructose en D-sorbitol / In this work we developed methods for the co-immobilization of NAD-dependent dehydrogenases and the (2,2'-bipyridyl) (pentamethylcyclopentadienyl)-rhodium complex ([Cp*Rh(bpy)Cl]+) on porous carbon electrodes for application in the electroenzymatic synthesis of chiral alcohols and sugars. The goal was to avoid the degradation of the enzymatic activity coming from the interaction of functional groups from the enzyme surface (eg.-SH, -NH2) with [Cp*Rh(bpy)Cl]+ and to promote the recyclability of the catalyst. Diazonium electrografting was used to introduce alkene and azide groups on a carbon surface (flat glassy carbon, porous carbon felt or carbon nanotubes layers). Thiol-ene click chemistry was applied to bind a D-sorbitol dehydrogenase with cysteine tags (either 1 or 2 cysteine moieties at the N terminus of the polypeptide chain) onto carbon electrodes. Azide-alkyne Huisgen cyclo-addition reaction was used to bind an alkyne-modified [Cp*Rh(bpy)Cl]+. Then co-immobilization of the redox enzymes (D-sorbitol and galactitol dehydrogenase) with the complex [Cp*Rh(bpy)Cl]+ was tested by encapsulation of the proteins in a silica gel layer, inside a rhodium-functionalized porous carbon felt. The immobilized [Cp*Rh(bpy)Cl]+ was stable over weeks for NADH regeneration, but this electrode architecture led to the inhibition of the enzymatic activity, possibly because of the local environment (increase of pH and product accumulation in the porous electrode). The combination of ‘thiol-ene’ and Huisgen cyclo-addition was then investigated for sequential immobilization of [Cp*Rh(bpy)Cl]+ and cysteine-tagged D-sorbitol dehydrogenase on an azide-alkene bi-functionalized electrode. Finally, considering the different lifetime of enzymes and [Cp*Rh(bpy)Cl]+ catalyst, and the need for a better separation of these elements from the bioelectrochemical system, the best configuration was achieved by associating a porous silica layer with the immobilized enzyme with a bucky paper of carbon nanotubes functionalized with [Cp*Rh(bpy)Cl]+. The reusability of this functionalized electrode was proved and the designed bioelectrode was successfully applied to a bioelectrochemical conversion of D-fructose to D-sorbitol

Le développement de nouveaux systèmes pour la délivrance locale et contrôlée de principes actifs (PA) peut avoir plusieurs intérêts : augmenter la biodisponibilité du PA, délivrer une forte dose prolongée en limitant les effets secondaires, et améliorer le confort du patient. Pour développer ces nouveaux systèmes de délivrance, des matériaux composites ont été élaborés. Ces matériaux sont constitués d’une matrice hydrogel intégrant des nanoparticules lipidiques (LNPs) capables de solubiliser un principe actif hydrophobe. Cette double encapsulation a pour but de solubiliser puis de délivrer un principe actif hydrophobe qui ne pourrait pas être encapsulé directement dans la matrice hydrophile, et de retarder sa libération en créant des interactions particules/polymères. Nous avons élaboré différents matériaux en sélectionnant 2 polysaccharides largement utilisés pour des applications biomédicales : la carboxyméthylcellulose (CMC) et le chitosane (CS). Ces 2 polymères ont été mélangés à du poly(éthylène glycol) (PEG), un polymère synthétique flexible, pour augmenter les possibilités de moduler la structure et les propriétés mécaniques de la matrice. Ces hydrogels hybrides de CMC/PEG ou CS/PEG réticulés chimiquement par chimies clics, ont été proposés sous forme d’hydrogel en volume, de films ou d’éponges. Après un travail sur le développement et la caractérisation de ces nouvelles matrices hydrogels, les propriétés des matériaux composites polysaccharides/LNPs ont été évaluées et corrélées à la diffusion des particules dans le réseau hydrogel. / Due to their high biocompatibility, macroscale hydrogels have been studied as promising materials for the design of drug delivery systems (DDS). Such systems devoted to the local administration and prolonged drug release can improve the efficacy of pharmaceutical coumpounds while limiting undesired side-effects. Hydrogels present a high water content and soft consistency with mechanical properties that can match those of biological tissues. Nevertheless, these systems are essentially limited to the delivery of hydrophilic drugs. Our approach for extended release of hydrophobic drugs is to design composite materials composed of lipid nanoparticles (LNPs) entrapped within polysaccharide hydrogels. We selected two polysaccharides which are currently used in pharmaceutical and biomedical applications: carboxymethylcellulose (CMC) and chitosan (CS). We also used poly(ethylene glycol) (PEG) as a plasticizer to tune the matrix mechanical properties. Three types of LNP-loaded hybrid materials were studied; i) bulk CMC/PEG hydrogels, ii) CS/PEG films, and iii) CS/PEG sponges. These materials were chemically crosslinked through attractive click reactions. LNPs were successfully entrapped within the three materials without affecting their properties. A deeper study was conducted with the CMC/PEG composite hydrogel. The LNP release profiles were correlated with the network structure and particles properties. The different materials appear promising systems for the time-controlled delivery of therapeutics.