Les biomatériaux sont très largement utilisés dans le soin de maladies, de brûlures ou de blessures. Ils sont utilisés sous la forme de dispositifs médicaux destinés à des applications extra ou intra corporelles : pansement, prothèses vasculaire, filet de réparation de hernie, ligament artificiel etc.. Ils se doivent donc notamment d’être biocompatibles et hémocompatibles, mais la recherche vise actuellement à leur apporter des propriétés bioactives supplémentaires (antibactérienne, anti inflammatoire, anti-thrombotique, régénérative etc.). Le chitosan (CHT) est un polymère cationique biosourcé couramment utilisé en tant que biomatériau pour ses propriétés biologiques intrinsèques (biocompatible, bio résorbable, antibactérien, hémostatique, pro-cicatrisant). Dans ce contexte, nous avons élaboré deux types de membranes bioactives (antibactérienne et anti thrombotique) constituées d’enchevêtrements de nanofibres (NFs) à base de chitosan grâce à la technologie innovante de l’electrospinning. Premièrement, des NF antibactériennes ont été élaborées par association du CHT avec un polymère anionique de cyclodextrine (PCD), molécule cage connue pour piéger puis libérer de façon ralentie des molécules bioactives. Deux types de NFs chargées en triclosan (TCL) choisi comme principe actif antibactérien ont été préparées : 1) par mélange homogène CHT+PCD/TCL, ou en structure cœur-peau avec [PCD/TCL] en cœur, et [CHT] en peau. Deuxièmement, des NFs à activité anti-thrombotiques ont été obtenues en modifiant chimiquement le CHT par des fonctions sulfonates qui ont apporté des propriétés anticoagulantes similaires à celles de l’héparine (heparin-like), suivi de l’étape d’électrofilage. / Biomaterials are designed to cure people suffering from chronic diseases or suffer injuries or burns. They are developed for intra or extra bodily applications (wound dressings, vascular prostheses, inguinal meshes artificial ligaments etc.). Thus, they must be biocompatible and hemocompatible at first, but research presently aims to give them additional properties (antibacterial, anti-thrombotic, regenerative). Chitosan (CHT) is a cationic biosourced polymer commonly used for these applications thanks to its intrinsic biological properties (biocompatible, bioresorbable, antibacterial, hemostatic, healing)In this context, we developed two kinds of bioactive membranes based on chitosan nanofibers by using the innovative electrospinning technology. Firtsly antibacterial NF have been obtaines by associating CHT with a anionic cyclodextrin polymer (PCD), known to trap and slowly release some bioactive compounds. Twotwo kinds of NFs loaded with triclosan (TCL) have been prepared: mixed CHT+PCD/TCL and core-sheath with PCD/TCL in core, and [CHT] as sheath. Secondly, antithrombotic NFs have been elaborated by chemically modifying CHT with sulfonate groups giving heparin-like properties to the NFs after electrospinning.

Bibliography: p. 184-215. / xvii, 215, [122] p., [21] leaves of plates : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Aims to clone the gene for [alpha]-L-iduronidase, to enable molecular genetic diagnosis of mutations causing Mucopolysaccharidosis type I for more accurate disease prognosis, and make possible new therapy protocols such as enzyme replacement therapy and gene replacement therapy. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Pathology, 1993

La menace d’une pandémie mondiale (du type H1N1) amène nos sociétés à se protéger des microorganismes infectieux. Différentes solutions permettent de se protéger de ces microorganismes. En dehors de la vaccination et autres prophylaxies, il existe des moyens de protection individuelle ou collective qui consistent à filtrer l’air respiré pour en extraire les aérosols infectieux. L’objet de cette thèse a consisté à élaborer une structure textile filtrante pourvue de propriétés biocides. Dans un premier temps, le textile a été fonctionnalisé par la cyclodextrine, molécule cage connue pour ses propriétés complexantes vis-à-vis de molécules variées. Les paramètres de l’ennoblissement du textile par la cyclodextrine ont été optimisés afin de ne pas dégrader le support. Des tests biologiques ont mis en évidence une bonne cytocompatibilité du textile modifié. Les textiles ont ensuite été activés par imprégnation par des agents biocides. Des essais de cinétiques de libération ont montré que les biocides étaient solidement fixés sur le support. Des tests de microbiologie ont révélé leur bonne biodisponibilité par le biais d’une réduction remarquable de l’adhésion bactérienne. Enfin, l’étude a été complétée par des tests de filtration d’aérosols standards, qui ont montré que la modification des fibres ne perturbait pas les propriétés filtrantes du textile. Ainsi nous avons réussi conférer des propriétés anti-infectieuses à une structure textile sans détériorer ses performances de filtration. / The threat of a worldwide pandemic (like H1N1) leads occidental societies to develop protections against infectious microorganisms. Defenses against microorganisms can be organized around some solutions. Apart from vaccination or other prophylaxis, individual or collective protections consist in the filtration of the air in order to remove infectious particles. The aim of this thesis consisted of working out a textile structure capable of biocidal properties. First, textile has been functionalized by cyclodextrin. Cyclodextrins are host molecules which have the capability to make inclusions (or host–guest) complexes with a wide range of molecules. Parameters of the curing were improved in order to minimize the textile structure spoiling. Biological tests have proved the good cytocompatibility of the modified textile. Then textiles have been activated with biocidal molecules. Kinetics of release have shown that biocides were durably fixed on the textile and microbiological tests have demonstrated their bioavailability through a striking reduction of the bacterial adhesion. Finally, this study was completed by mechanical and filtration tests which have revealed that fibers modification did not disturb filtration properties of textile. Finally, we succeeded in offering biocidal properties to a textile structure without affecting its filtration performances.

Longtemps sous-estimées, les complications (douleurs, infections) en chirurgie viscérale par pose d’implants pariétaux s’avère critique par leur implication sur le retour à une activité normale du patient. Les techniques actuelles (ex. infiltration cicatricielle) ne parviennent à assurer qu’une analgésie de courte durée, voir des effets indésirables. La solution proposée a consisté à modifier deux implants pariétaux, l’un biostable (PET) et l’autre résorbable (PLA), par un polymère de cyclodextrine (polyCD), molécule cage connue pour sa capacité à former des complexes d'inclusions réversibles avec des médicaments. L'étude a d'abord porté sur la fonctionnalisation des supports en faisant varier les paramètres afin de maîtriser le degré de polyCD présent sur le textile, ensuite caractérisé par diverses techniques. Une étude de cytocompatibilité in vitro a été réalisée afin de détecter l'impact du polyCD sur la vitalité cellulaire. Les supports ont été imprégnés de ciprofloxacine. Après avoir mesuré leur capacité de chargement, des études de libération in vitro ont été menées, suivies de tests microbiologiques sur E. coli et S. aureus. Ces derniers ont montré la contribution du polyCD à augmenter la durée de l'activité antibactérienne. Puis deux molécules anesthésiques (lidocaïne et ropivacaine) ont été étudiées. D'abord, leur inclusion dans la cavité de la CD a été observée en solution par RMN et électrophorèse capillaire. Leurs isothermes d'adsorption ont été réalisées pour évaluer leur taux de chargement respectif sur le textile modifié. Ce taux s’est avéré correspondre aux doses thérapeutiques couramment appliquées localement dans les thérapies existantes. / For a long time underestimated, complications (pain, infection) in visceral surgery with implants, are critical in their impact on the return to normal activity of the patient. Current techniques (scar infiltration, ...) fail to ensure a short analgesia with sometimes side effects. The proposed solution is to confer bioactivity to the prosthesis. To this end, two textiles, a biostable (PET) and an absorbable (PLA), were modified by coating fibers with a cyclodextrin polymer (polyCD). Cyclodextrins are cage molecules known for their ability to form reversible inclusion complexes with bioactive molecules. The study initially focused on the functionalization of materials by varying the parameters to control the degree of polyCD, then characterized by various techniques. Cytocompatibility study was performed to detect the polyCDs impact on the vitality of cells. Concerning the biological activation of the materials, a series of tests was performed with ciprofloxacin. After measuring their loading capacity, release studies were conducted in vitro, followed by microbiological tests on E. coli and S. aureus. The latter showed the contribution of polyCD on the duration of the antibacterial activity. Then two local anesthetics (lidocaine and ropivacaine) were studied. First, their inclusion in the cyclodextrin was observed in solution by NMR and capillary electrophoresis. Their sorption isotherms were conducted to evaluate their respective loading rate, which corresponded to therapeutic doses commonly used in usual therapeutics.

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Pour pallier les inconvénients intrinsèques de l’amidon (hydrophilie, faibles propriétés mécaniques), deux voies de modification de ce polysaccharide ont été étudiées: la substitution des fonctions hydroxy par une fonction chimique hydrophobe de longueur variable d’une part, et le greffage par voie radicalaire de (co)polymères d’acrylate et de styrène d’autre part. Par la première voie, des degrés de substitution (DS) proches de 3 ont été visés conduisant à des matériaux hydrophobes dont la stabilité thermique est nettement améliorée par rapport à celle de l’amidon. Ces matériaux s’organisent sous forme de feuillets contenant les chaines amylacées séparés par les chaines alkyles qui peuvent s’interpénétrer et cristalliser si elles sont suffisamment longues. Le suivi de l’évolution structurale induite par déformation a révélé une orientation des chaînes amylacées parallèle à l’axe de sollicitation dans le cas des matériaux contenant les chaines alkyles les plus longues. La voie du greffage menée sur trois substrats amylacés de Mw distinctes a conduit à l’obtention de matériaux amorphes biphasés composés de chaines amylacés sur lesquelles ont été greffées quelques longues chaines de (co)polymères d’acrylate et de styrène. Ces matériaux hydrophiles liés à leur DS extrêmement faible présentent un comportement fragile dès que l’une des deux phases est à l’état vitreux. / In order to overcome the intrinsic disadvantages of starch (hydrophilicity, low mechanical properties), two modification ways of this polysaccharide have been studied: the substitution of the hydroxy groups by a hydrophobic chemical function of variable length on the one hand, and the radical grafting of (co)polymers of acrylate and styrene on the other hand.Using the first route, degrees of substitution (DS) near 3 were targeted leading to hydrophobic materials whose thermal stability is significantly improved over that of starch. These materials are organized into a sheet-like structure in which the starch chains are organized in planes separated by the alkyl chains which can interpenetrate and crystallize if they are long enough. The study of the structural evolution induced by deformation revealed an orientation of the starch chains towards the draw axis in the case of the materials containing the longest alkyl chains. The grafting way carried out on three starch substrates of different Mw led to the production of two-phase amorphous materials composed of starch chains onto which a few long chains of acrylate and styrene (co)polymers have been grafted. These hydrophilic materials linked to their extremely low DS exhibit a brittle behavior as soon as one of the two phases is in a glassy state.

Designing new materials with improved or tailored properties is one of the main goals of the chemists. Two common ways are mainly used to get a material with improved or new properties: blending or chemical synthesis. Chemical synthesis is an unlimited method to get new substances with well-defined properties even it is often time consuming and not seldom costly.A rheology study has shown a considerable increase in viscosity of 1% aqueous solutions, 40 and 120 times at 550C, for the graft copolymers with a composition 67 and 80% in PNIPAM respectively as temperature increases above 350C. This behaviour is also related with a critical concentration that has been found around 0.6% for the same copolymers. Fluorescence measurements have shown that this behavior is related with the hydrophobic character and aggregation of PNIPAM chains by increasing temperature over 350C. A dynamic light scattering study in dilute aqueous solutions by varying temperature could provide more information on the kind of the transition taking place and the nature of the particles formed as temperature increases. / Ο σχεδιασμός νέων υλικών με βελτιωμένες ιδιότητες είναι ένας από τους κύριους στόχους των χημικών. Δύο είναι οι πιο συνηθισμένοι τρόποι που χρησιμοποιούνται κυρίως για τη παραλαβή ενός υλικού με βελτιωμένες ή νέες ιδιότητες: ανάμειξη ή χημική σύνθεση. Χημική σύνθεση είναι η μέθοδος όπου λαμβάνονται νέα υλικά με καθορισμένες ιδιότητες αλλά έχει ως μειονέκτημα το κόστος και είναι συχνά χρονοβόρα.Μετρήσεις ρεολογίας έδειξαν μια αξιοσημείωτη αύξηση στο ιξώδες του 1% υδατικού διαλύματος, από 40 μέχρι 120 φορές στους 550C, για συστάσεις του εμβολιασμένου συμπολυμερούς σε PNIPAM 67 εως 80% αντίστοιχα, καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται πάνω από τους 350C. Επιπλέον αυτή η συμπεριφορά σχετίζεται με μια κρίσιμη συγκέντρωση που βρέθηκε ίση με 0,6% για τα ίδια συμπολυμερή. Μετρήσεις φθορισμού έδειξαν ότι αυτή η συμπεριφορά σχετίζεται άμεσα με τον υδρόφοβο χαρακτήρα του PNIPAM καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται πάνω από τους 350C. Μετρήσεις με δυναμική σκέδαση φωτός σε αραιά υδατικά διαλύματα σε διάφορες θερμοκρασίες μπορούν να δώσουν επιπλέον πληροφορίες για τη μετάπτωση που λαμβάνει χώρα και τη φύση των σωματιδίων όσο η θερμοκρασία αυξάνεται.

A l’interface entre le développement de résines végétales et l’étude des propriétés mécaniques associées, ces travaux se sont focalisés sur la caractérisation structurale d’amidons modifiés chimiquement afin de distinguer des différences structurales induites par les procédés de synthèse. La transposition de méthodes analytiques et de caractérisation structurale ainsi que le développement de méthodes de préparation ont permis de proposer une stratégie de caractérisation multi-échelle pour déterminer les paramètres suivants : composition chimique, degré de substitution, répartition des substituants et organisation des particules.La composition d’amidons modèles a été déterminée par plusieurs techniques, la combinaison des méthodes a mis en évidence une similarité entre les éléments détectés en surface et ceux présents dans la masse. Grâce au développement de méthodes de préparation, la répartition des substituants sur les chaînes et les unités anhydroglucoses a été identifiée et s’est révélée dépendante des procédés de synthèse. Les techniques à l’état liquide ont montré des limitations pour la détermination du degré de substitution des amidons modèles, favorisant une approche par RMN du solide. L’organisation des copolymères a impliqué le développement de méthodes de préparation de fractions ensuite caractérisées par chromatographie ou par couplage flux-force hydrodynamique. L’application de cette stratégie combinant caractérisation moléculaire et macromoléculaire sur des prototypes innovants a permis de mettre en évidence l’influence des procédés de synthèse sur les paramètres ciblés. Des structures particulaires ont été proposées pour chaque type de modification. / At the interface between the development of plant resins and the study of associated mechanical properties, this work focused on the structural characterization of chemically modified starches in order to distinguish structural differences induced by synthesis processes. The transposition of analytical and structural methods and the development of preparation methods allowed to propose a multi-scale characterization strategy to determine the following parameters: chemical composition, degree of substitution, distribution of the substituents and organization of the particles. The composition of model starches was determined by several techniques, the combination of different methods showed a similarity between the elements detected on the surface and those present in bulk. Thanks to the development of preparation methods, the distribution of the substituents on the chains and the anhydroglucose units was identified and was found to depend on the synthesis methods. Liquid-state techniques for the determination of the degree of substitution of model starches showed limitations, favoring a solid-state NMR approach. The organization of the copolymers required the development of methods of preparation, each fraction then being characterized by chromatographic or asymmetrical flow field flow fractionation. The application of this strategy combining molecular and macromolecular characterization on new samples made it possible to demonstrate the influence of the synthesis processes on the targeted parameters. Particular structures have been proposed for each type of modification.